外星生命

羅世杰教授（香港科技大學生命科學系兼任教授）

「有時我覺得我們在宇宙中是孤獨的，有時又覺得不是這樣。不過無論孤獨與否，哪種想法都令人感到無比震撼。」—— Arthur C Clarke（註一）。

他所指的「我們」，並沒有指明是任何形式的生命，還是具備智慧的物種。

我們總喜歡認為人類有智慧。證據顯示，某些動物亦能展現出一定程度的「人類智慧」。然而，當我們在宇宙尺度上考量「智慧」時，必須考慮到地球不過是太陽系八大行星的其中一員，太陽也不過是銀河系2,000到4,000億顆恆星中的其中一顆，而銀河系亦不過是可觀測宇宙中一萬億到二萬億個星系的其中之一。以人類認知作為衡量智慧的標準既不充分，也不合適。我們必須尋找其他可量度的定義，而最終選擇了以在太空通訊的能力作為「智慧」的指標，所以科學家建立了一系列計劃，試圖從宇宙的某個地方探測「有意義」的訊號。

在沒有物理接觸的情況下傳輸資訊，最早是由Michael Faraday於1831年以電磁感應的形式達成。最簡單的描述是：磁鐵穿過導電線圈的運動，會使線圈產生可被探測的電流。這為後來Guglielmo Marconi及Karl Ferdinand Braun（1909 年諾貝爾物理學獎得主）利用無線電波發展無線電報奠定基礎。當人們開始思考宇宙中是否存在外星智慧時，問題亦轉為：他們是否也有興趣透過這種無線技術與我們溝通？科學家展開了「搜尋地外文明計劃」（Search for Extra-Terrestrial Intelligence / SETI），嘗試在電磁波譜的各個頻段探測訊號。直到俄亥俄州立大學的SETI計畫啟動，才建立了第一個持續且系統性的掃描設施，尋找宇宙起源的無線電訊號。俄亥俄州立大學的無線電望遠鏡被稱為「大耳朵」（Big Ear），於1956年開始建造，1961年竣工。在1963年至1971年間，俄亥俄巡天計劃（Ohio Sky Survey）貢獻了一份銀河外無線電波源列表。從1973年起，「大耳朵」專門用於SETI計畫，直至1995年退役。

無線電波源的巡天觀測一般尋找強度為恆定或呈規律循環的波源，但與之不同，SETI旨在尋找隨時間變化的非週期訊號。1977年8月15日 02:16 UTC（協調世界時，繼格林威治標準時間後的新標準），Jerry Ehman在檢查「大耳朵」收集得來的記錄時，發現了一個異常訊號。這個訊號持續了72秒，呈鐘形曲線狀。Ehman在印刷出來的紙上寫下「WOW（嘩！）」，從此這個訊號就被大眾稱為「WOW訊號」。由於當時的儲存裝置容量只有1 Mb，標準程序是將數據清除以騰空容量供重複記錄之用，因此只有這個紙本記錄留下。儘管後來世界各地許多望遠鏡都嘗試尋回這個訊號，但它再不復見。此外，科學家也未能找到證據顯示訊號是由地球發出。

儘管我們未能確定WOW訊號的來源，但亦嘗試反客為主，以各種方式與外星智慧交流。早期嘗試可見於搭載在1972年「先鋒10號」（Pioneer 10）和1973年「先鋒11號」（Pioneer 11）太空船上的兩塊金屬牌（圖一）。這些金屬牌由陽極氧化鍍金鋁板製成，尺吋為9吋乘6吋，厚度為0.05吋，重約4.2盎司（等於約226.6毫米 x 152.4毫米 x 1.27毫米，重120克）（註二）。

圖一 「先鋒10號」與「先鋒11號」上的金屬牌。

金屬牌上的蝕刻圖案經過精心設計，提供大量資訊，包括我們在銀河系的位置、我們的太陽系、基礎科學的基本知識，以及我們「智人」（Homo sapiens）的樣貌。然而，這設計假設任何先進文明都能理解我們的符號，難道不是一個根本缺陷嗎？但無論如何，它們已經被送上太空了。截至 2022 年，「先鋒10號」距離我們約131.6 AU遠（註三），並以每年4億公里的速度遠去，相當於每秒12.6公里（光速 = 每秒300,000公里）。它距離我們不到一光日的距離，需要大約75,000年才能到達太陽系外最近的恆星 —— 4.2光年外的比鄰星（Proxima Centauri）。

與其說科學家由衷指望金屬牌會被能看懂內容的外星智慧拾獲，不如說他們享受對其設計的挖苦和辯論。假設只有行星能孕育智慧物種，那麼金屬牌要進入鄰近行星系統附近，就需要大約75,000年。到時候，人類可能早已滅絕，地球上也再沒有智慧物種了。

另一次更為正式的嘗試，是1974年發送的「阿雷西博訊息」（Arecibo message）。位於波多黎各的阿雷西博電離層天文台由美國擁有，隸屬美國國家科學基金會，其主要儀器為直徑達1,000吋（約305米）的阿雷西博望遠鏡（見註二及四）。該望遠鏡於1950年代中期動工，1963年建成，用途包括作無線電波天文學和大氣科學研究，探測包含流星和飛彈在內的近地天體，以及搜尋地外文明計劃（SETI）。

阿雷西博望遠鏡對SETI最著名的貢獻，是1974年11月16日的「阿雷西博廣播」。訊息（圖二）由1679個二進制數字組成，以每秒約10位元及450 kW的功率向M13星團發射（註五）。M13由超過100,000顆恆星組成，位於大約由300,000顆恆星組成銀河系裡，距離我們23,000光年，且位於銀道面（galactic plane）外。計劃的基本理念是地球與M13之間相對沒有太多恆星阻擋，而且透過瞄準如此密集的恆星系統，擊中智慧文明的機會比較高。1679是個半質數（semiprime），為兩個質數73 x 23的乘積。當訊息以23行乘73列的格式排列時，會顯示出一幅對人類來說「有意義」的圖像，但改以79列乘23行排列則會變得毫無意義。這幅圖像的解析度極低，指望任何外星人能看懂它其實有點荒謬。事實上，如果沒有設計者解說，我們要看懂它仍然非常困難。

圖二  阿雷西博訊息，關於圖像的解釋可參考 https://en.wikipedia.org/wiki/Arecibo_message

WOW訊號的其中一個問題在於沒有「重複訊號」讓接收者確認。諷刺的是，「阿雷西博廣播」也只發送了一次。假設目的地真的存在具智慧的接收者，他們為了等待並尋找確認訊息，恐怕也會同樣感到挫折。

就我們今日所知，資訊的傳輸速度無法超越每秒300,000公里的光速。下表展示將訊息傳送至各個目的地的所需時間：

以上僅為單向傳輸的時間；如果我們真的想「溝通」：假設接收的智慧生物能理解訊息，亦有意願與我們交流，且具備發送回覆的技術，那麼我們收到回覆的時間將會翻倍。以火星為例，收到回覆平均需要等待20分鐘 —— 收發訊息仍是可能，但非常不方便。（下次講電話時，試著在回話前先停頓一秒。我敢肯定這段對話會令雙方感到焦燥不安。）與天倉五星系通訊，回覆則需要等待超過24年；那裡確實有行星，其中幾顆甚至被認為「宜居」，但目前沒有任何生命形式存在的證據。且讓我們忽略更遙遠的恆星系統，因為通訊並不可行。

或許Arthur C Clarke對外星生物存在與否亦感震撼這一想法非常確切：即使我們在宇宙中並不孤獨，宇宙嚴格的速度限制注定我們必須忍受這份漫長的孤寂。最終，無論宇宙中是充滿生命還是空無一物，那浩瀚無垠的空間，實際上都把我們遺在孤獨之中，各安天命。

致謝

感謝香港中文大學榮休教授楊綱凱對本文初稿的斧正。

附註

1.  Arthur C Clarke（1917–2008）：多產的科幻小說家，最著名的作品為小說及電影《2001太空漫遊》。

2.  金屬牌於美國製造，因此尺寸採用英寸，重量採用盎司。

3.  AU為「Astronomical Unit」的縮寫，中文是「天文單位」，即地球與太陽之間的平均距離，約為1.5億公里。

4.  阿雷西博望遠鏡經歷纜線斷裂事故後，於2020年被拆除退役。

5.  M13星團的位置：http://www.galaxies3d.org/starcl-messier-objects-mw.htm

6.  南門二實際上是一個三合星系統，由較大南門二甲和南門二乙，以及較小的比鄰星組成，三者受引力維繫。南門二甲為G型恆星，南門二乙為K型恆星，而比鄰星則為M型恆星或紅矮星。

7.  G型恆星也被稱為黃矮星，我們的太陽是其中一例。