寻找外星人的先驱、SETI项目的创立者，弗兰克·德雷克

2022年9月2日，美国著名天文学家与天体物理学家，搜寻地外文明计划创立者，德雷克方程式及阿雷西博信息的发现者弗兰克·德雷克去世，享年92岁。他的辉煌事业彻底改变了他的研究领域，但人类仍未首次发现地球以外的生命。他的遗产将与我们的后代一起，当我们第一次发现地外生命，甚至地外智慧生命时，我们都要感谢他。

费米悖论

纵观人类历史，每当我们抬头仰望夜空中闪闪发光的行星、恒星、银河等天体的时候，我们都无法阻止自己去想：那里可能有什么。在我们所居住的浩瀚宇宙中，是否还有其他像太阳一样的恒星，其他像地球一样的世界，以及其他有生命、有智慧、有自我意识的生物，或许他们与人类没有太大的区别。

随着天文学和天体物理学作为一门科学在过去的几个世纪和几千年里的发展，我们对外太空的知识有了巨大的增长。然而，我们对地球以外存在生命的可能性的探究从未减弱。

1950年，著名的物理学家恩里科·费米大声问道：“但是人都到哪里去了？”到了2022年，这个问题——现在被称为费米悖论——仍然困扰着我们，没有一个明确的答案。但在费米提出这个问题不到十年后，德雷克就开始着手将这个问题从哲学问题转变为科学问题。

德雷克是第一个开始寻找技术先进的外星生命信号的人，开创了地外文明搜索计划 (SETI)，设计了人类向任何好奇的外星人广播的第一条信息，并第一个提出了一种估计目前可能存在的外星智慧文明数量的方法，也就是德雷克方程，以便未来我们与之交流。

SETI之父

德雷克是第一个意识到射电天文学在智能文明之间的星际通信中的力量的人。在宇宙中传播的所有信号中，没有比光子传播得更快的了：光子是构成宇宙中所有光形式的无质量粒子。在真空中以光速行进——星际/星系间空间是已知宇宙中最好的真空——唯一能与之媲美的通信手段是引力波和宇宙中微子，而这两种方式都很难被探测到。

光有许多不同的波长，我们的眼睛仅能看到可见光。波长较短的光，比如紫外线、x射线和伽玛射线，比可见光拥有更多的能量/光子。波长较长的，有红外、微波和无线电波，它们对应较低的光子能量。

以无线电波为例，你可以在这个频率范围内产生超过100万个光子，而产生一个可见光光子所需的能量是相同的。用无线电信号编码大量信息是有可能的，因为只需要花费很少的能量。

虽然自然无线电信号在宇宙中随处可见，但德雷克意识到，技术先进的外星文明可以故意制造出一种明确的信号，宣布“我们在这里，我们不是自然的。”像数学上可识别的脉冲模式、视频或音频信号，以及其他类型的编码信息，都可以从接收到的任何无线电信号中提取出来。而这一行为只受选择这样广播的外星物种的想象力和技术的限制。

德雷克成为了第一个推荐并实施了在天空中寻找这样的智能外星人信号的人。虽然随着时间的推移，出现了无数的候选者，但没有一个是不能通过自然的天体物理过程解释的。如今，搜寻地外智慧生命 (SETI) 等活动继续着德雷克的工作，搜索来自银河系及其他星系的全套无线电数据，以寻找任何可能是有意为之的智能造物的信号。

阿雷西博信息

德雷克还设想了这样一种可能性：也许经过数千年或数百万年，甚至更长的时间向宇宙宣布他们的存在后，银河系内的智能外星人干脆放弃了有人在那里的可能性。也许我们的陆地文明，在地球上，是当时最先进的物种。他意识到，如果是这样的话，我们就应该成为第一个向他人宣布我们存在的人：参与一项被称为“主动SETI”或“METI：向外星人发送信息”的行动。

德雷克意识到，要创造出一条信息，让穿越浩瀚星际的文明能够接收到，需要惊人的能量——至少，相对于地球上通常用于无线电广播的能量而言是如此。当波多黎各的阿雷西博望远镜完工时，德雷克设计了现在被称为“阿雷西博信息”的东西：一个简单的信号，只包含几百字节的信息，但它在本质上无疑是智能的。

这是我们第一次故意向外星智慧观测者广播信息，里面充满了我们是谁、是什么、在哪里的信息，以及用来理解这条信息的数学“指令代码”。

费米最初的问题

可以说，德雷克对科学领域最持久的贡献，是一个现在以他的名字命名的方程：德雷克方程。费米最初的问题，“但是每个人都在哪里？”实际上有三个假设：

1. 地球上没有、也从来没有外星人。
2. 如果智慧生命在银河系中普遍存在，那么某个文明在技术上的进步应该只是时间问题，他们已经探索了整个银河系，并在这个时候应该与我们“接触”。
3. 因此，我们的思路和我们得出的结论是错误的，或者至少是令人困惑的。

这个论点的缺陷在哪里？或许，智慧生命是极其罕见的吗？生命可能是智能的，但星际探索的挑战太大了——不管技术如何——考虑到物理定律的限制了吗？人类是不是太原始，太无趣，或者太有缺陷，以至于没有人愿意与我们接触？在德雷克之前和之后，这样的想法都被认为是解决费米悖论的可能方法。

德雷克方程

德雷克的方法是革命性的，他采取了将这个复杂的问题分解成更小、更容易解决的部分的方法。这些小问题中的每一个都有可能以科学的方式来回答，但每一个答案都将使我们更接近我们的总体目标，即理解我们的期望应该是什么，从而对目前存在的、供我们交流的文明的数量作出准确的估计。

德雷克将智慧生命的存在可能性分解成一系列因子的乘积，这些因子包括：

• 恒星形成率（即每年形成的新恒星数量），德雷克假设是恒定的
• 总体而言拥有行星的恒星的比例
• 由每个拥有行星的恒星周围的类地行星（即潜在可居住）的数量
• 那些确实出现生命的行星的比例
• 有智慧生命出现的行星的比例
• 拥有智能生命的行星，并能达到接收和发送星际通信所需的技术水平，并且进行这项努力的比例
• 平均而言，这种文明在灭绝之前存在的时间

通过德雷克公式，你最终会得到一个数字，它反映了现在有多少智能文明可供人类与之交流。

这种方法的优点显而易见。是的，在对这些术语中的每一个都不了解的情况下，我们不可能精确地估计有多少外星智慧文明存在。但是，通过把一个大的、复杂的问题分解成更小的、更容易理解的部分，德雷克方程给我们提供了一种系统的方式，来开始调查各种因素，这些因素对外星文明的存在有多少影响，以及在这一过程中每一步有多少“部分成功”。

德雷克方程可能看起来很复杂，但它的原理其实很简单。简单的说，这个公式表明，在一个和我们一样古老的星系中，通过传播它们的存在而被探测到的文明的数量，必须等于它们产生的速度，乘以它们的平均寿命。

孕育生命的行星

给文明出现的速度的估计似乎是一种猜测，但德雷克意识到，它可以被分解成更容易处理的部分。他说，文明出现的总速率等于合适恒星形成的速率，乘以有行星的恒星的比例；然后乘以每个系统有能力孕育生命的行星的数量，乘以生命开始的行星的比例，乘以生命变得有智慧的行星的比例，再乘以传播它们存在的行星的比例。

当德雷克第一次提出他的方程时，唯一确定的项是恒星形成的速度——大约每年30颗。而在20世纪60年代，我们没有任何证据表明任何其他恒星有行星。当时，十分之一似乎已经是一个乐观的猜测了。然而，从20世纪90年代开始，人们发现了系外行星 (围绕其他恒星运行的行星) 。到了本世纪，我们确信大多数恒星都有行星。

常识表明，大多数由多颗行星组成的系统中，都会有一颗与恒星的距离合适，从而能够维持生命。地球是我们太阳系中的行星。此外，火星可能在过去适合丰富的生命——当然它现在仍有可能孕育生命。

今天，我们也意识到，行星表面不需要足够的温度，来维持液态水的存在以支持生命。生命可以出现在被冰覆盖的内部海洋中，由放射性或潮汐产生的热量支持，而不是阳光。

例如，在木星和土星的卫星中有几个可能的候选者。事实上，当我们把能够承载生命的卫星算上时，每个行星系统的可居住天体的平均数量很容易超过一个。在一个恒星周围应该有许多行星，它们的条件可能使它们成为潜在的类地行星：那里存在着生命出现的原始成分和合理条件，这是我们可以通过天文学的努力来发现的。

在银河系和宇宙中应该有很多例子——生命从非生命中产生——不管生命曾经变得多么复杂、多么分化或多么聪明。而且，即使在今天的银河系中只有少数的智能文明 (甚至可能只有一个)，也不能排除在过去，可能有许多文明，它们只是通过自然方式或由于自我毁灭而消失了。

生命的起源

然而，方程右侧各项的值仍然更容易受到质疑。有些人会认为，给我们几百万年的时间，生命会在任何合适的地方开始。还有人说，我们至今没有证据证明生命起源于地球以外的任何地方，而生命的起源实际上可能是极其罕见的事件。

生命一旦开始，最终会进化出智能吗？它可能要经过微生物阶段，首先成为多细胞细胞。

有证据表明，多细胞生命在地球上不止一次出现，所以成为多细胞生命可能不是一个障碍。然而，另一些人指出，在地球上，持续进化的多细胞生命“合适的类型”只出现过一次，在银河系的规模上可能很罕见。

智慧可能会赋予某个物种一种竞争优势，这意味着它的进化可能是相当有可能的。但我们不确定。智慧生命会不会发展到 (有意或无意地) 在太空中传播自己的存在？也许对于像我们这样的地表居民来说是这样，但对于没有大气层的冰冻世界的内部海洋居民来说可能是罕见的。

文明能持续多久?

一个可探测的文明的平均寿命是多少呢？20世纪50年代，我们的电视传输开始让地球暴露在宇宙中，在我们自己的情况下，L的最小值约为70年。

总的来说，一个文明的寿命可能会因为某些自然条件而受到限制。而某些人为的因素更是可能导致整个文明的迅速消失。艾薇·迈克核试验是世界上第一个热核装置：裂变和聚变反应结合在一起，产生的能量比裂变炸弹单独产生的能量更大。在广岛和长崎投下的原子弹的当量是数万吨TNT炸药，而热核装置的当量可以达到数十甚至数百吨TNT炸药当量。现在，在我们的星球上，已经有足够多的这样的装置来彻底终结地球上的人类文明。

如果一个可探测的文明的平均寿命超过1000年，可探测文明的数量可能会超过100个。在2010年的一次采访中，德雷克说他对此的最佳猜测是1万个左右。

德雷克方程的一点点缺陷

当然，鉴于今天对宇宙的理解，我们很容易指出德雷克方程中的许多缺陷和疏忽。

例如，恒星的形成速率会随着宇宙的历史而变化，就像恒星形成时周围有行星的比例一样。这在宇宙中是不可避免的，宇宙始于有限时间前的一次热大爆炸，没有形成像地球这样的岩石行星所需的重元素，也没有生命的原始成分。但德雷克不可能知道这一点。当他第一次写出他的方程时，支持热大爆炸作为我们首选宇宙起源的关键证据——宇宙微波背景——还没有被发现。

今天，我们可以更好地估计可能存在的类地行星的数量，我们可以更细致地了解：它们中有多少围绕着不同大小、质量、寿命和金属度的恒星 (即，与我们自己的太阳系的数量相比，重元素的特定比例)。 这些数字都是可以计算的。

然而，德雷克所推荐的想法和方法却被保留了下来，即使他提出的一些细节已经变化了。今天，科学家们正采取三步走的方法，试图实现德雷克的梦想：发现地球以外的外星生命。

第一步是探索我们太阳系的世界。曾经潮湿的火星上是否有休眠或石化的生命？在金星的云层中是否存在类似地球的生命？在木卫二或土卫二这样的卫星上，次表层海洋底部的热液喷口周围会有生命吗？如果生命在宇宙中是常见的，“星际古生物学”可能会导致它的发现。

第二步是搜索系外行星上的生物特征。一些可见的迹象可以表明，这个星球上是否有生命存在。以地球为例，大陆随季节变化呈绿色和棕色，二氧化碳水平每年都在上升和下降，我们富含氧气的大气层是由生命创造的，氯氟烃的存在表明人类的存在。随着凌日光谱学和行星直接成像等天文学领域的进展，这可能是我们在未来几十年找到外星生命的最大希望。

第三步是继续搜寻外星智慧生物。SETI仍有可能成功。如果有智慧外星人的信号存在——无论是通过无线电信号还是其他通讯方式——只要我们继续探索如何、何时、何地监测宇宙，我们就有可能发现一些惊人的东西。

虽然它还没有发生，但随着我们在这些领域的每一项科技进步，成功发现地外智慧生命的可能性正在不断增加。

宇宙中还有谁？

如今，全世界成千上万的科学家都在积极地寻找地外生命和地外智慧生物。虽然我们不知道它将以何种方式或何时发生，但毫无疑问，在不久的将来，我们将迎来第一次发现地球以外存在生命的那一天。

也许它会是原始的，稀有的，在我们太阳系的某个星球或某个星球的碎片上发现的。也许会有压倒性的间接证据，来自绕着一颗距离我们许多光年的恒星运行的系外行星。或许我们会探测到它，因为我们以正确的方式观看、收听或向宇宙发送信息，并发现作为智能的、技术先进的生命形式，我们终究不是“孤独的”。

然而，有一件事是肯定的：如果我们希望发现他们，我们将不再依赖外星人来到地球，并向我们宣布他们的存在。相反，在我们的星球之外寻找生命——包括智慧生命——现在是坚定的科学努力，而弗兰克·德雷克就是那个给我们的文明带来革命性飞跃的人。让我们通过实现他的终极梦想来纪念他的遗产，并继续寻找可能是最大的存在主义问题的答案：宇宙中还有谁？