小学语文【百科探秘】之航空航天（2025年第1-2期）书签版

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刘　勇　孙正凡　余　恒　宋媛媛　张　治　 张敬宜　邵明辉　施　韡　彭柳蓉　曾翔龙 戴建峰　魏朝博 出 版 人　马玉秀　　　　主　　编　杨丽萍　 执行主编　刘长鸿　　　　责任编辑　门艳杰 美术编辑　刘峙岩　　　　责任校对　肖婷婷　　　 　　　　　 国际标准刊号: ISSN 1003-7349 国内统一刊号: CN 12-1428/N 主管:天津出版传媒集团有限公司 主办·出版:新蕾出版社（天津）有限公司 编辑:《百科探秘》编辑部 地址:天津市和平区西康路 35 号 1316 室 邮编: 300051 编辑部电话: （022）23332673　23332418 投稿邮箱: tanmi65@126.com 印刷:天津新华印务有限公司 发行范围:国内外公开发行 订阅处:全国各地邮局　　邮发代号:6－5　　 出版日期: 1 月 15 日　　　定价: 24.00 元 书刊营销中心电话: （022）23332351　23332677 广告经营许可证: 120101000026158 本刊作品版权归新蕾出版社（天津 ）有限公司所有， 未经许可，不得转载、摘编。 新蕾出版社期刊中心优秀期刊群 《百科探秘》 《作文通讯》 《小学生作文》 《童话王国》 《艺术启蒙》 《奇妙博物馆》　　 详见新蕾出版社网站 www.newbuds.com.cn 版权声明 来稿凡经本刊采用，如无电子版、有声版方 面的特殊说明，即视为投稿者同意授权本刊及本 刊合作媒体进行信息网络传播发行。本刊支付的 稿费包括上述使用方式的稿费。本刊拥有改编、 出版已刊发作品的权利，作者向本刊投稿即视为 同意以上约定，若有异议请事先说明，以便本刊 酌情处理。本刊作品版权归新蕾出版社（天津）有 限公司所有，未经许可，不得转载、摘编。 因部分图文作者联系方式不详，请见刊后速 与我社联系，以便寄奉稿酬。 投稿须知 本刊各栏目欢迎读者投稿， 来稿不退，敬请作者自留底稿，一 个月内如未收到采用通知，稿件请 自行处理。作者须保证作品的原 创性、科学性和知识准确性，不 得抄袭、剽窃，切勿一稿多投。 ●中国航空学会单位会员 ●中国科普作家协会单位会员 ●中国科普期刊研究会单位会员 目 次 41　星舰：不走寻常路 47　航天仿生，谁与争锋？ 53　诗词中的天文学 　　　——欢度元日 57　诗词中的天文学 　　　——乐品元宵 60　皇帝也是天文爱好者 64　汪望望望远镜指南 66　鹰影影天文摄影指南 94　京津冀公民科学素质大赛真题 96　冲关我最棒 75　百年 89　婼星行记设定 68　物候跟我们有什么关系？ 本杂志配备电 子资源， 可用微信扫码 获取。 扫码和小编互 动， 赢图书盲盒！ 蛇是我们中华民族早期的图腾之一。它象征着美好，受到我们先祖的崇拜，“人文初祖” 黄帝在一些传说中就是人面蛇身。黄帝姓姬，根据闻一多的考证，上古时期的“姬”通“巳”， 而“巳”就是大蛇，这种大蛇又被人们称作龙。黄帝的母族是有蟜氏，“蟜”可以指龙、蛇一类。 另外，《山海经》《淮 南子》《史记》等古代 文献中也记载了不少黄 帝及其部落与龙、蛇相 关的故事。 在古老的神话中， 同样是人面蛇身的还有 伏羲和女娲。他们二人 是我国文献记载最早的 创世神。《山海经》说 “女娲，古神女而帝者， 人面蛇身，一日中七十 变”。伏羲、女娲的传 说遍及全国各地，所以 在壁画、石砖、帛画等 文 / 叶　飞　图 / 肖猷洪　蚊　子 长蛇天上游 金龙腾空去，灵蛇驾云来。在新年的爆竹声中，我们就要跟龙年告别，进入农历蛇年了。 龙是我们祖先想象并创造出来的神物，它的主体参照了蛇的形象，比如龙颈和龙身就参照蛇的 身体。先有蛇后有龙，龙大蛇小，蛇也常常被人们称作小龙。 中国的蛇神话 ◎出土于新疆吐鲁番的《伏羲女娲图》 5 特别策划 各种出土文物上，我们都能看到他们人面蛇身的具体 形象，有时是单体出现，有时是两者交缠出现。 20 世纪以来，新疆吐鲁番的晋唐墓葬中出土了上 百幅《伏羲女娲图》。这些《伏羲女娲图》不仅让我 们看到了伏羲、女娲人面蛇身的具体样貌，也是专家 们进一步研究我国传说时代历史文化的珍贵资料。以 1965 年在新疆阿斯塔那出土的唐代绢画《伏羲女娲图》 来看——伏羲与女娲上身搭肩而依，伏羲手持矩，女 娲手持规。在古人的意识里，规是圆的，象征天；矩 为方，象征地。因此女娲手上的圆规代表着浑圆的苍 穹，伏羲手上的矩尺代表着四方的大地，规矩象征着 天圆地方。伏羲与女娲的蛇尾交缠在一起，在他们身 体的周围，用墨线勾绘了日月星辰的图案，以此象征 天体在宇宙中不停运行。从图中星星的连线，我们能 看出对应的星象：图的右边斗勺七颗星是北斗七星， 左下构成三角形的三颗星为南极座。 巧合的是，在其他文明古国中，也有类似我国伏羲、女娲这种创世神的设定。起源于两河 流域的古巴比伦，他们的神话里就有这样一对神祇（qí）——智慧之神恩基和他的妻子宁神，也 是人首蛇身。他们在一起创造了人类，给人类带来了文明。还有古希腊的塞拉庇斯和他的妻子 伊西丝，也是蛇形神祇。蛇作为生命力极强的生物，被古人视为“死而复生”的象征，因此在 众多文明中都有类似的蛇形神祇的传说出现，这反映出古人对自然界的认知与敬畏。 在天上，还有我们想象不到的“蛇”呢！在中国古代天文学二十八星宿的体系里，东方青龙、 南方朱雀、西方白虎、北方玄武是传说中上天指派的掌控大地四方的神灵，又被称为四方神。 其中的玄武又名龟蛇，是由龟和蛇组合成的一种灵物。 玄武起源于原始社会人们对自然的崇拜。《山海经 • 大荒北经》中说“北海之渚中，有神， 人面鸟身，珥两青蛇，践两赤蛇（用两条青蛇做耳饰，脚下还踩着两条红蛇），名曰禺疆（禺 一样又不一样的蛇 女娲 伏羲 规 矩 6 强）”；《庄子 • 大宗师》中说“北海之神，名曰禺强，灵龟为之使”，意思是禺强是北海 海神，并提到它能驱使灵龟。夏人的一个支系涂山氏受封于巴国，《山海经》记载“西南有巴 国……又有朱卷之国有黑蛇，青首，食象”，还有《列子》里也说夏后氏长着蛇身人首。大量 古籍的记录反映出夏人既以龟也以蛇作为他们的图腾。 既然玄武是龟和蛇的合体，那 么往天上看，它到底在哪里呢？在 北方天空，虚宿二星与危宿三星（所 处星座为宝瓶座、飞马座、小马座） 这五颗星组成了一个五边形，古人 认为这片区域就代表北方玄武。那 蛇呢？北方七宿中的室宿有“螣蛇” 星官，螣蛇又作腾蛇，是中国民间 传说中的一种能飞的蛇。《荀子 • 劝 学》中写“螣蛇无足而飞”，指螣 蛇虽然无足，却能够腾云驾雾，游 走空中。腾蛇星的星数众多，又有 蜿蜒曲折的形状，与蛇的形象非常 契合。 ◎螣蛇 ◎玄武 7 在西方划分的星座中， 也有带“蛇”的星座，比 如长蛇座、蛇夫座、巨蛇 座等。其中，长蛇座是全 天长度最长、面积最大的 星座，横穿整个天际的四 分之一。但是长蛇座因为 缺乏耀眼的亮星，所以在 全天星座中并不是很惹人 注目。它最亮的亮星是星 宿一（长蛇座 α），位于 轩辕十四的西南面，是一 颗红色的二等星，相当于长蛇的心脏。长蛇座也是早期托勒密所列的 48 星座之一，关于它，还 有个有趣的传说。 希腊神话中有个九头蛇怪许德拉（Hydra）。传说他有九颗头，当一颗头被砍掉的时候，从 断口处会立即长出新的头。 许德拉为害一方，于是希腊 神话中的大英雄赫拉克勒斯 （Herakles）接受任务，前去 绞杀这只怪物。赫拉克勒斯和 他的侄子一起赶到许德拉所 在的沼泽，引他出现，双方随 即展开大战。为了应对许德拉 的头被砍后不断长出新的来， 赫拉克勒斯想出一个办法，每 砍下一个头，便命侄子用火 烧其断口处，令头无法再生， 西方的蛇星座 ◎19世纪西方星图中的长蛇座 长蛇座 8 最后打落正中间的主头埋于土中，再用巨石压住，这才铲除了许德拉。为了纪念赫拉克勒斯的 功绩，神王宙斯将九头蛇怪升入天空，成为长蛇座。 蛇夫座和巨蛇座这两个星座其实是交织在一起的，这在全天星座中是仅有的现象。蛇夫座 是希腊神话中的医学之神阿斯克勒庇俄斯，他力大无穷，手握一条巨蛇。他手中的巨蛇就是巨 蛇座，蛇头在蛇夫座的西边，蛇尾在蛇夫座的东边。巨蛇的身体缠上蛇夫的身体，成为蛇夫腰 带的一部分。 蛇年有“青蛇逢双春”的说法，这又是什么意思呢？按天干地支纪年法，今年是乙巳年。 地支中的“巳”对应的是生肖中的蛇，也就是说，每当地支轮到“巳”时，这一年的生肖年就 是蛇年。而天干是和阴阳五行相结合的，“乙”为木，所代表的颜色是绿色和青色，所以称为 青蛇年。又因为闰月的关系，今年农历蛇年将出现两个立春节气，这就是所谓“双春年”。祥 蛇献瑞万家欢，祝福同学们平安如意享幸福！ 蛇夫座太阳 巨蛇座 9 文 / 孟新河 我们人类 孤独吗？ “叶文洁打开结果文件，人 类第一次读到了来自宇宙中另一 个世界的信息，其内容出乎所有 人的想象，它是三条重复的警告： 不要回答！不要回答！！不要回 答！！！”《三体》中这段情节， 描述了“三体”文明和人类文明 的第一次接触。在这部科幻小说 中，这一历史性的时刻发生在叶 文洁记忆中的红岸基地，是在她 利用太阳镜面增益反射效应向宇 宙发射无线电信号 8 年后收到的 回复！ 叶文洁在红岸基地是通过大 型射电望远镜设备发射和接收三 体世界的信息。从 20 世纪许多科 ◎红岸基地（绘者：芒朔， 2025　三体宇宙） 10 幻电影、小说故事中的奥特曼星云、时间旅行、星际空间穿越、E.T. 外星人、UFO、智子、三体人等， 到今天的量子纠缠、隐形传态、量子幂级数增速计算、大规模人工智能普遍应用等，都与射电 天文望远镜息息相关。这些天文观测与研究项目你追我赶，使像背景引力波信号、脉冲星快速 射电暴这样的天文新发现层出不穷。那么，借助不断增强的科技力量，我们离发现地外智慧还 有多远呢？ 世界科技进步的步伐从未停止，且越来越快。目前人类能利用更加先进的科技手段来更高 效地探索地外文明，如人工智能、量子计算和航天科技等。在天文领域，我们可利用更加灵敏 的射电和光学等望远镜观测其他星球是否存在生命的迹象，或者通过接收无线电波搜索来自外 星文明发出的有规律的信息，或者由航空器取样或靠天外来客陨石挟带的信息探查有没有构成 生物的基本物质等。 近些年，人类已经从宇宙中获取了很多信息，比如通过对采集到的月壤进行成分分析，我 们对月球的形成过程、机制和年龄有了进一步的科学认识；由多波段观测设备读取的数据，我 们得到了关于其他星球的信息、关于星系和宇宙整体演化的信息、关于有机大分子光谱发现以 及类地行星的更多发现等。在不远的将来，我们一定可以获取更多宇宙信息，在探索地外智慧 方面有更多的进展。十年前，我们谈论地外生命大都停留在科幻阶段，但是今天，地外智慧探 索已经开始从幻想走向现实，已经有不少经济发展大国和有远见的科技强国开始将地外智慧探 索作为重点资助科学研究和科学探求的热门领域。 如今的天文观测发现，像太阳系这样的天体系统在今天的可观测宇宙中至少有成千上万亿 个。从统计学上讲，太阳系一点儿也不特别！那么太阳系里在第三个椭圆轨道运行的蓝色地球 在整个观测宇宙里，从统计学来看就不会是独一无二的了。以此类推，类似地球上的生物应该 科技日新月异，地外智慧探索已起程 宇宙中的人类孤独吗？ 11 在可观测宇宙里许多星球上普遍存在，即人类不是唯一的智慧生命。在宇宙中，可能存在着其 他智慧生命形式，只是我们还没有发现。几十年来，科学家们一直在努力寻找外星生命的存在， 例如在宇宙中搜索规则无线电发射信号、观测外星文明的迹象等。虽然目前还没有确凿的证据 表明外星生命以某一种形式存在，但人类的探索步伐在加快，各种各样的发现手段在不断使用， 如现在通过观测遥远光谱，人类发现了多种宇宙有机大分子。 宇宙空间充满了存在地球 2.0 的可能性。在宇宙中，存在许多类似地球的行星，它们拥有与 地球相似的物理特性和化学组成，因此被称为地球 2.0，也被称为超级地球或类地行星。太阳系 中类地行星包括水星、金星、地球本身和火星，还有木星和土星的卫星。这些行星是以硅酸盐 石为主要成分的，都有坚实的表面和铁质的核心，有的还有类似地球的大气、水分和保护性磁场。 而对于位于宜居带附近的小行星带里的诸多有趣的小行星，人们也充满了想象。 开普勒 -452b 是一颗被认为可能是地球 2.0 的行星。它围绕天鹅座的 G 型主序星开普勒 -452 运转，距离地球约 1402 光年。开普勒 -452b 是发现的第一颗潜在的超级地球岩质行星，在一颗 类太阳恒星的宜居带内运行。然而，目前我们还没有直接探测到这些类地行星上是否存在生命， 还需要进一步的大量研究和探测。 12 探索宇宙有哪些方法？ 目前，人类探索宇宙的方法主要包括宇宙观测、发射宇宙探测器、人类航天和理论模拟。 宇宙观测，即人类使用望远镜和其他仪器观测宇宙中的星系、恒星、行星等天体，以及宇 宙辐射和背景辐射等物理现象。 通过发射宇宙探测器，人类对行星、卫星、彗星、小行星等进行探测，获取它们的物理、 化学和地质信息。 人类航天，即通过发射载人航天器进行太空探索，进行实验和观测，探索太空环境和人类 在太空中的适应性。 理论模拟主要通过建立物理模型和天文观测大数据模拟比对，在还没条件实现定量探测某 些极端环境的情况时，得到理论逻辑上的合理结果，用来指导将来进行实验观测探求。 这些方法帮助我们获取了关于宇宙的大量信息，并不断推动着人类对宇宙的认知和我们对 自己的认识——我们从哪里来？到哪里去？我们是谁？我们是宇宙中的唯一吗？ 探测地外生命，目前人类能运用的工具主要包括以下几种： 毫无疑问，这些方法都能够帮助我们寻找和发现可能存在的地外生命，尤其现在和将来量 子计算、量子模拟、量子精确测量和方兴未艾的大规模人工智能应用，都可以成为我们更加高 效的工具。 射电望远镜 通过探测地外文明发送的电磁波信号，分析信号的频率和模式来确定信号 的来源和意义。 光学望远镜 通过观察地外星球的光谱来确定其中是否存在生命体征，例如大气中存在 的生物标志物。 太空望远镜 避免地球大气层对观测的影响，为人类提供更加清晰和准确的观测结果。 太空探测器 在太阳系内搜索可能存在的地外生命体征，例如在火星上探测水或其他化 学物质的存在。 深空探测器 在太阳系外的行星系统中搜索可能存在的地外生命。 人工智能 分析和解释从地外文明发出的信号，并确定其含义。 13 当前，地球人能从宇宙中获取哪些信息？发出了哪些沟通意愿呢？目前人类具有的前沿性 科研手段和科技设施与过去几百年相比已经不可同日而语，利用媒介探测信号范围从射电、微 波到伽马射线等的电磁波段，宇宙线、中微子、引力波和不断增强的地面及空间光学望远镜探测； 另外，人类探测宇宙的时间和空间尺度也在不断扩张。近年来，射电望远镜发现了重复性爆发 的快速射电暴 FRBs，哈佛大学天体物理教授对这种极短时间内释放极大能量的射电天文现象给 出过一个比较有趣的解释：其高能、短暂、重复性爆发可能是地外智慧，如三体人、智子那类 高级文明的智慧生物给我们地球人发出的联络信号。这虽是一家之言，但也确实有趣，是不是 也打开了更多科学家的研究思路呢？ 现在，让我们先回顾一下人类与地外智慧尝试沟通的简短历史 * 吧： 1802 年，年轻的德国数学家卡尔 • 弗里德里希 • 高斯（Carl Friedrich Gauss）提出了一个 想法——向可能存在的火星人宣告地球文明的存在。具体的措施就是将西伯利亚的森林清理出 一大片区域，种上小麦，并在此基础上绘制一个表示毕达哥拉斯定理（勾股定理）的巨型图案。 约 80 年 后， 为 了 向 火 星 人 展 示 人 类 的 存 在， 天 文 学 家 帕 西 瓦 尔 • 罗 威 尔（Percival Lowell）建议在撒哈拉沙漠中挖运河。罗威尔是罗威尔天文台的创建者，该天文台位于美国亚利 桑那州的弗拉格斯塔夫。他也是火星表面存在运河假说的支持者。他的计划是在挖好的运河中 倒入油，然后点燃，从而吸引火星人的注意。他敢想敢说，虽然没有人去实施，但这大胆的想 法仍富有启发性。 20 世纪 60 年代还有个有趣的小插曲：剑桥大学的天体物理学家首次收到脉冲星信号，一 些人误认为这些有规律的电磁波是外星文明发给我们的，还给这个不存在的外星文明起了个有 趣的名字——小绿人（Little Green Man）。 人类真正付诸行动，是多年前美国航空航天局（NASA）在太阳系航天器里携带了录有人类 文明信息的金质光盘，希望有地外智慧生命能截获它，知道这是太阳系里绕太阳运行的第三颗 蓝色行星上友好的人类在展现文明，给外星人发出的邀请。遗憾的是，它至今还没有遇到外星人， 仍然在茫茫太空里一路狂奔、勇往直前地遨游。 尽管上面的那两个想法没有付诸实践，但它们却是关于“科技信号”或“科技标记物”的 观测宇宙，地球人从未停歇 *此部分内容取自文章Scanning the cosmos for signs of technology（《扫描宇宙寻找技术痕 迹》），原发表于2021年10月英国IOP出版的Physics World（《物理世界》）杂志。 14 两个典型案例，暗示了过去或者 当前正在进行的科技活动，进而 证明先进行星文明的存在。在茫 茫宇宙中搜寻这种文明信号可能 听起来有些科幻，然而在过去的 几年里，天文学家们已经在制订 和实施探测地外文明科技信号的 计划了。因为新一代地面射电望 远镜如“中国天眼”FAST 和国外 的太空望远镜具备了这样的能力 来探测到它们。 近 60 年来，射电天文学家一直在想方设法提高射电望远镜的观测能力，寻找可能源自地外 高级文明的信号。直到今天，这种高级信号的探测仍未被证实，但天文学家已经发现了几个非 ◎旅行者1号挟带的记录地球文明信息的金质光盘 ◎位于中国贵州的500米口径射电望远镜——中国天眼（FAST） 15 常有趣的太空信号。其中非常有 名的是一个长达 72 秒的 “WOW” 信号，另一个是著名的射电信号， 简称为 BLC1。目前天文学家仍在 分析它们的含义。这会是“三体 人”对人类的恶作剧吗？ 最近几十年，人们发现了超 过 4400 颗系外行星，还有众多 行星候选体等待确认。随着如此 之多的系外行星得到发现，天体生物学家们也在研究来自这些遥远行星的生物学信号。类似于 上述的文明信号，生物学信号代表着遥远世界存在生命的迹象，可能是高级智慧生命，也可能 有其他解释。当目标行星运行到其宿主恒星和我们地球之间的位置，科学家通过分析行星大气 的电磁吸收谱，就能推断该行星的大气层中是否存在氧气、甲烷、水蒸气和臭氧等有机大分子。 到目前为止，天文学家已经通过这种方式研究分析了几颗类木系外行星的大气层。接下来，他 们将利用更强大的詹姆斯·韦布空间望远镜来分析体积更小的类地行星。 随着这一领域的研究不断推进，天文学家意识到上述研究方法也能应用到地外高级文明信 号的搜寻中。并不需要单独为此进行观测，利用寻找生物学信号的数据就已足够，甚至通过挖 掘数十年前的存档数据，也可能有所收获。 “对于这一研究领域，数据就是王道。” NASA 戈达德空间飞行中心的行星科学家拉维 • 科帕帕拉普（Ravi Kopparapu）说。NASA 和美国国家科学基金会已经资助了至少三个相关项目， 通过了两项拨款。 虽然科学家们正在持续不断地搜寻地外生命，但仍有很多人有疑问：它们真的存在吗？如 今，我们清楚地知道在大约 22% 的类太阳恒星的宜居带中，均存在一个类地行星，恒星宜居带 中行星表面的温度允许液态水的存在。在我们的银河系，就有 1000 亿到 4000 亿颗恒星。如此 算下来，仅仅在银河系中就有数百亿颗行星适合生命生存。 问题是，我们能看到它们吗？假定任何可观测的文明信号，都必须限制在我们过去的时间 光锥范围内，意大利罗马第二大学的理论天体物理兼天体生物学家阿米地奥 • 巴比（Amedeo Balbi） 提出一个简单但稳健的结论，要获得一个文明发出的信号，这个文明的诞生必须要早于 我们的文明。因为光的传播速度有限，光信号传到我们这里需要一定的时间。在银河系的历史 ◎著名的“WOW” 信号 16 长河中，如果外星文明不是集中在 一个特殊时期出现（也就是说在各 个时间段文明出现的概率是不变 的），巴比推断，那么探测到外星 文明信号的主要因素是该文明持续 的时间足够久，最好能在一亿年到 十亿年之间。 2020 年，在一个由 NASA 赞助 的线上研讨会上，巴比说：“我们 不应该专注于地外文明或者物种存 活时间的长短，而是应该关注文明 信号的持续时间。”他认为，制定 观测方案，最好聚焦于搜寻少数延 续时间长的文明信号，而非数量较 多却短暂的文明信号。 关于我们可能从地球上看到的 文明信号，多年来有很多线索，包 括夜晚的城市灯光、大气污染、太 阳能集热器和影响行星自身反光的 硅基光伏阵列。我们接收的外星文 明信号可能来自行星表面的科技设 施、密集的轨道卫星星座网、巨型 设施产生的废热（比如戴森球）。 另一个极端的可能是“星体改造工 程”，也就是说外星文明的先进程 度足以改造恒星或者其他天体的表 面模样。其他文明信号源包括产生 无线电波或者激光脉冲的电磁灯 塔 , 外星文明发射的宇宙飞船（正 ◎时间光锥是一个对光传递延时的形象比喻，指从一个 事件散开的光在四维的时空里形成一个三维的圆锥 17 向我们太阳系飞来）。 我们人类已经做过类似的事情， 先驱者 10 号和 11 号、旅行者 1 号和 2 号无人探测器正在飞离太阳系， 行驶在星际空间中。所谓搜寻地外 文明计划（SETI），是寻找外星文明 信号的合法化设施，尽管有时会有 荒唐的结论出现，比如发现火星上 的一张人脸。 另一类文明信号可能来源于正 运行在太阳系中的人造航天器，它 们离地球的距离可能更远，比如在 包围着太阳系的球体云团——奥尔 特云中，或者在位于海王星轨道外 侧、延伸到距离太阳约 50 个天文单位的区域——柯依伯带中，通过自身反射太阳光的方式被我 们探测到。一个正在运行的自然物体，其反射太阳光的强度与一个人造发光体的强度在观测上 是不同的。地球黑夜面的城市灯光彰显了人类的存在。我们是不是也可以在系外行星的夜晚面 ◎奥尔特云和太阳系各大行星及最接近的两颗恒星相对距离示意图 ◎20世纪90年代和2001年NASA的探测器在飞越中发现 “火星脸”只是一个多岩石山 18 寻找外星高级文明创造的照明光源，同时利用日冕仪来挡住背景恒星的强烈光芒呢？ 为了搞清楚能否探测到这种信号，美国亚利桑那大学斯图尔德天文台的天文学家托马斯 • 比提（Thomas Beatty）对此进行了评估——如果把人类现有的高能光源放到近邻类地系外行星上， 它能被地球上的望远镜探测 到的概率有多大？我们目前 已经发现，距离太阳 32 光 年的范围内，存在数十颗宜 居行星。 这里需要注意的是，地 球表面仅有约 0.05% 的面积 被高度城市化，比如纽约和 东京夜晚的照明程度是最高的。比提的计算表明，从环绕红矮星（红矮星是指一类比太阳更暗、 温度更低的恒星）运行的行星上传来的文明信号，可以被 NASA 正在筹建的两个太空望远镜观 测到。它们分别是大型紫外可见光红外巡天太空望远镜（LUVOIR）和可居住系外行星成像望远 镜（HabEx），后者配备有一个日冕仪和一个可折叠恒星遮光伞，可以对类地行星直接成像。 比提的研究发现，对于城市覆盖率在 0.4%~3% 的行星（0.4% 相当于地球城市覆盖率的 8 倍）， 在利用日冕仪的情况下，需要长达 100 小时的观测时间才能探测到其发出的文明信号。对于环 ◎LUVOIR-A概念图 ◎HabEx与星影遮光罩，星影遮光罩可以帮助HabEx遮挡来自太阳的干扰光 ◎东京夜晚城市照明情况 19 绕类太阳恒星的行星来说，如果城市覆盖率达到 10% 或者更高，就能轻易探测到其发出的文明 信号了，因为宿主恒星越亮，就越难观测到。比提也考虑到了“城市星球”的概念，就是行星 表面大部分被城市所覆盖。假设我们观测到的文明信号主要是来自行星表面的水泥和马路反射 恒星的光芒，并且假设该行星的云层覆盖率和地球类似，比提的计算发现，利用上述两个太空 望远镜，在邻近的大约 50 颗恒星中，我们均能探测到这样的行星。 2015 年，一位业余天文科学家发现了一颗 1467 光年外的 F 型主序恒星的光变曲线有古怪的 起伏。这一发现很快吸引了职业天文学家的注意，包括耶鲁大学的塔贝莎 • 博亚吉安（Tabetha Boyajian）。他发现当行星在视线方向上经过宿主恒星时（也就是宿主恒星被行星遮掩），宿主 恒星的亮度能下降 22% 之多。对于此现象的解释，人们有过多种猜测，比如行星残骸、外星高 级文明建造的巨型设施、不受行星引力束缚的天然卫星，后来人们断定最可能的原因是太空尘 埃的干扰。 虽然最终的解释索然无味，但是 NASA 艾姆斯研究中心的天文学家安 • 玛丽 • 科迪（Ann Marie Cody）受此事件的启发，开始从凌日系外行星巡天卫星（TESS）的观测数据中寻找相似的 观测事件。自 2018 年起，TESS 就一直在监测约 1000 万颗恒星的亮度变化。科迪当前正致力于 用全自动的方法，从 TESS 的观测数据中寻找那些恒星亮度变化十分显著的光变曲线。人工智能 可以在该领域大显身手！ ◎TESS及它探测到的部分系外行星 20 利用百余种不同的统计测量方法，科迪希望能够区分出自然现象（比如掩食双星系统）和 非自然现象，比如恒星表面的遮挡物、太阳能板、环绕型恒星运行的巨型文明设施或者其他未 知的巨型结构。这些非自然现象的候选体，将交给地面的大型望远镜做更精细的观测，比如 SETI 的射电望远镜。 另一种文明信号可能来自外星文明在早期科技发展中排放进大气层的污染物。通过分析光 谱数据，大气污染物的化学组成可以得到确认，正如我们寻找氧气和甲烷等生物学信号。 2014 年，哈佛大学的天文学家亨利 • 林（Henry Lin）和同事发现，地球大气层中的污染物， 比如氯氟碳化合物，有很强的吸收谱线，正好处在詹姆斯·韦布空间望远镜的可观测波长范围内。 他们发现，在环绕低光度、高密度、高温度的恒星——白矮星运行的类地行星大气层中，如果 这类物质的比例是地球大气层中的十倍， 那么它们就能够被人类的望远镜观测到。 另一种可能被探测到的文明污染物是二氧化氮。这类物质在地球上是十分常见的污染物， 主要来自机动车尾气和化石燃料的燃烧。在科帕帕拉普和同事的一项研究中，他们分析了在距 离我们 32 光年的范围内，我们能否探测到系外行星大气层中的二氧化氮。如果目标行星没有云 层，并且大气层中二氧化氮的含量与地球类似（地球城市上空二氧化氮的含量约为十亿分之五）， 那么利用未来升空的 LUVOIR 望远镜就能在红外波段观测到它们。今天的我们利用更短的观测时 间就能发现它们排入大气中的二氧化氮。 2020 年 6 月，NASA 将半数的探寻（非射电波段）文明信号的资金，用来支持纽约罗切斯 21 特大学的天文学家亚当 • 弗兰克（Adam Frank）。他主要搜寻二氧化氮和氯氟碳化合物谱线信号。 这笔资金高达 28.7 万美元，主要用于建立线上光谱库。弗兰克的目标是调查什么样的外星文明 技术能够在我们观测的光谱中留下蛛丝马迹。光谱模板的构建将基于行星气候模型，而影响行 星气候模型的因素包括行星本身和其所环绕的宿主恒星的特性以及我们可能用到的观测设备的 性能。通过把这些由模型生成的模板与实际观测到的光谱比对，天文学家能够获得这些观测谱 线的详细信息。 另一半资金用于建立类似的光谱模板，这些光谱主要来自地面太阳能板的反射。系外行星 表面的太阳能板反射恒星的光芒，如果被遥远的地球观测到的话，天文学家便能比对光谱模板， 进而了解那里的太阳能板是由什么物质组成的。“最难的部分是如何运行行星气候模型来获得 这些模板。”弗兰克说。 戴森球，可能会成为探测外星文明信号的主要来源之一。戴森球是一种假想的巨型文明设施， 这一概念于 1960 年由弗里曼 • 戴森（Freeman Dyson）提出。这种巨型设施最初被设想为一种 中空的球壳结构，由先进的外星文明建造，体积大到足以包裹整颗恒星，球面能够接收恒星发 出的所有能量。外星文明如果足够先进，那么 其建造的戴森球甚至有可能足以包围整个星系， 从而利用星系中所有恒星和黑洞释放出的电磁 能量。对于我们所在的银河系来说，它所发出 的总能量至少是太阳的 4000 亿倍。 几项关于戴森球的研究已经持续多年，既 有聚焦于银河系内的，也有关于银河系外的。 除非外星生命真的飞临地球，否则的话，为了 找到外星生命存在的证据，我们依然需要在海 量的观测数据中寻找生物学和文明信号。 ◎戴森球模型想象图 一起讨论外星文明 22 人类真正开始搜寻地外文明，是在 20 世纪 60 年代。彼时，SETI 的研究在美国兴起。SETI 假 设地外生物正在以足够的功率广播其信号，以便在地球上的人类能够探测到它。虽然我们人类 的雷达、无线电和电视广播也向太空发送信号，但这些信号非常微弱，因此，人类使用现有的 SETI 技术无法探测到来自其他星球的类似信号，除非它们来自离人类很近的星球。 换言之，现在可能有数以百万计的行星上有着生命的存在，他们散布在宇宙中，而且可能 每个行星都有一个与人类一样的 SETI 探测项目或程序，但谁也没有探测到任何东西。他们可能 和人类一样，也会好奇地询问：“大家都在哪里？” 为了使 SETI 计划获得成功，1971 年，NASA 号召多位天文学家集思广益，设想哪些技术可以 在天空中搜寻 SETI 信号。他们提出了一个雄心勃勃的“望远镜森林”计划：建造一个由 1000 架 射电望远镜组成的巨大阵列。科学家们希望以此搜寻到通信信号，尤其是那些在无线电频段上 覆盖范围很窄的信号。 和宇宙中自然产生的、以宽波段为主的无线电信号不一样，这样的信号很容易分辨。天文 学家希望监测到另一个文明为了吸引宇宙邻居注意而广播的无线电信号，甚至窃听到两个外星 文明之间的无线电通信。 虽然这项“望远镜森林”计划最终没能实现，但它成为 SETI 项目的基石。1992 年 10 月，在 波多黎各和加利福尼亚州，两架射电望远镜开始在夜空中搜寻宇宙深处可能来自外星文明的信 号。 地外生命是否存在，科学家一直在争论。如果完全从常识出发来推论，外星文明存在的可 能性很大。在外星文明问题上发表过大量作品的卡尔 • 萨根（Carl Sagan）认为，我们没有理 由自诩为空前绝后或最理想的生物，“在宇宙戏剧中，我们不是主角”。一个简单的事实是， 至今人类既没有发现外星文明存在的确凿证据，也未能证实外星文明不存在。这仍然是个需要 回答的开放性大问题。 搜寻地外智慧已在进行中 23 ◎100米口径的绿岸射电望远镜 ◎64米口径的帕克斯射电望远镜 几十年来，天文学家一直在想方设法提高望远镜的观测能力，突破极限提高分辨率和灵敏度， 寻找可能源自地外高级文明的信号。非常有名的是上面提到的一个长达 72 秒的 “WOW” 信号， 它由美国俄亥俄州立大学的大耳朵射电望远镜于 1977 年 8 月 15 日探测到。 “大耳朵”其实就是著名的突破聆听计划，是历史上规模最大的搜寻地外智慧生命的项目。 最初，“大耳朵”主要由位于美国西弗吉尼亚州的 100 米口径的绿岸（Green Bank）射电望远镜 和位于澳大利亚的 64 米口径的帕克斯（Parkes）射电望远镜充当。 值得一提的是，有着“中国天眼”之称的 500 米口径球面射电望远镜也于 2016 年加入了突 24 破聆听计划。FAST 于 2016 年 9 月建成并完成“初光”，经过三年多的调试和试观测，终于在 2020 年 1 月通过国家验收、正式开放运行。目前，它已经开展了地外文明搜索的工作，发现了 许多脉冲星和令人新奇的快速射电暴信号，并且正在做升级规划。通过扩大视野，它可发现更 多令人想破解的快速射电暴，尤其是重复性爆发事件搜寻记录。未来，这些望远镜可能会通过 交换观测计划、共享观测数据等方式，更好地完成监听任务。 另一个著名射电信号 BLC1 在 2019 年 4 月和 5 月分别被探测到。虽然 “WOW” 信号中包含 了诸多地外起源的特征，但类似的信号后来再也没有被探测到。有关这两个信号，至今仍然是 许多科幻小说开展故事想象发展的对象。 自 1992 年首次发现两颗系外行星，天文学家们就开始充分利用开普勒以及其他太空望远镜， 发现了超过 4000 颗系外行星和众多行星候选体。这些系外行星的物理性质千差万别，从类地行 星到超级地球，从类海王星到热木星等。总体来看，每颗恒星都有一颗环绕其自身运行的行星， 其中一些恒星甚至有多颗行星，就像我们的太阳有 8 颗大行星环绕。 发现了如此之多的系外行星，天体生物学家们也对遥远行星的生物学信号有了更多好奇。 比如，开普勒 -22b 就是开普勒太空望远镜发现的一颗可能适宜居住的行星，距离地球大约 600 光年。根据天文学家的计算，这颗行星的半径大约是地球的 2.4 倍，且恰好位于它所围绕的那颗 恒星的宜居带内。如果开普勒 -22b 的性质与地球相似，那么，在其地表就可能存在生命生存所 必需的液态水，自然也有可能成为一些生命体的家园。 ◎FAST，它第一个捕捉到来自重复快速射电暴 FRB121102 的脉冲 25 ◎寻找另一个地球 ◎开普勒-186f 开普勒 -186f 也是开普勒太空望远镜的著名发现之一，距离地球大约 500 光年。它是其所 在恒星系中的第五颗行星，体积跟地球相似，且位于所在恒星的宜居带内。另外，根据研究人 员的分析，开普勒 -186f 跟地球类似，转轴倾角似乎也能保持稳定，这表明它也许同样可以定期 季节更替。跟地球有这么多相似点，开普勒 -186f 自然会让人们产生更多的期待。 也许，未来这些行星中的某颗或某几颗会用事实告诉我们：在浩瀚的宇宙中，人类其实并 不孤独。 26 20 世纪 60 年代开始，科学家们就推动了以无线电搜寻地外文明信息的 SETI 计划和主动向 外星发送地球文明信息的 METI 计划。这样做的主要理由是人们幻想人类可以通过与外星文明的 接触和交往来获得更快的科技进步。 但也有人强烈反对与外星文明交往。比如以写科幻作品著称的科学家大卫 • 布林（David Brin）猜测说，人类之所以未能发现任何地外文明的踪迹，是因为有一种目前还不为人类所知的 危险，让所有其他外星文明都保持沉默——这被称为“大沉默”。在此情形下，人类向外太空 发送信息，暴露自己在太空中的位置，就很有可能招致那些侵略性文明的攻击。英国著名天体 物理学家霍金曾告诫我们：很危险，不要联系，不要试图和地外智慧接触，在我们还没有完全 准备好时，他们会毁了我们的一切！ 不仅如此，对地外文明的探索，还指向了一个更遥远的方向——我们能在宇宙里留下什么？ 恐龙在地球上生活了大约 1.6 亿年。它们为了食物和生存领地而战，想方设法不被捕食者吃 掉。和人类一样，它们也会照顾幼崽，并试图保护自己的后代免受捕食者的侵害。恐龙存活了 数千万代，但如今，却已经从这个蓝色星球上消失。这个物种中无数曾活过的个体是为了什么 而活？它们曾经的存在有何意义？一些恐龙物种进化成了今天的鸟类。如果人类没有发现恐龙 我们应该拥抱外星文明吗？ ◎开普勒-186f 　我的存在，就像流星坠落划 过这片 天际，几分钟后在天空中不见 踪迹， 虽然绽放过，留下过痕迹，但 转眼就 飘散如烟，只剩留给你的回忆 …… 27 化石，那么在浩渺宇宙中，很可能没有物种会 知道恐龙曾经在地球上存在过。 没有人知道人类的明天究竟还有多久。如 果人类灭绝，以后会有其他物种知道人类曾经 存在过，曾经生活在这个蓝色星球上吗？如果 他们没有找到人类遗骸，那么人类在科学、艺术、 文化和历史上所取得的一切成就都将永远消失， 就如同从未存在。 但向外星文明的探索无疑给人类留下了存 在的痕迹。事实上，让外星文明知道人类的存 在这一事实本身就很有价值，这就好像如果我 们知道宇宙的其他地方曾有生命存在一样，我 们人类会多么激动。 除了曾经存在的事实，我们还可以向外星 文明介绍人类历史，并向他们传授知识。想象 一下，如果恐龙能告诉我们它们是如何生活的， 是什么导致了它们灭绝，又会给我们人类带来 怎样的启发？并且，因为人类具有独特的智慧， 我们还可以告诉外星文明那些比恐龙可以告诉 我们的更有价值的东西。 此外，我们或许还有机会记录并传达人类 灭绝的原因。比如，如果我们现在能够了解遥 远星球上的外星生命是由于自我引起的气候变 化而灭绝的，那么我们就会更认真地对待当前 的气候状况。了解其他外星生命存在了多久及 其灭绝的原因，能帮助我们生存得更久。 人类永远无法精准地预知未来，或许，探 索地外生命的意义，比我们想象的还要深远、 重要。人类不知道探索地外生命为我们带来的 28