作者：環球科學
你對地外生命的探索感到好奇嗎？說到這個話題的話。科幻迷們一定會想到一部電影叫《超時空接觸》，這部電影可以說半改編自卡爾·薩根的《接觸》，因為這個劇本就是卡爾·薩根本人寫的。
卡爾·薩跟撰寫的《接觸》
大概在1979年薩根就開始構思這部電影的原型了。只不過這部電影中間遭遇了一些變故，從開始寫一直到97年才正式拍出來。那個時候卡爾·薩根就已經離開我們了，他可能沒有看到最終的成片。
《超時空接觸》電影海報
但這依舊不影響這部電影是一個非常優秀的作品。尤其是那位女主演，我覺得演得特別好，演出了那種又絕望又期待的心情。所以，后來當我知道這個角色是有一個原型的時候，還蠻震撼的。沒有想到真實世界中真的有這樣一位科學家。
女演員叫茱迪·福斯特，是一位很出名的演員，她的原型也是來自美國的一個地外文明探索的機構叫做SETI（Search for ExtraTerrestrialIntelligence），而她就是這個機構的創始科學家，叫吉爾·塔特。
吉爾·塔特
吉爾·塔特當時花了很長的時間做地外生命的探索。美國加利福尼亞那邊有一個叫做艾倫射電望遠鏡陣列的地方，就是他們籌資做的一個射電陣列。他們可以通過這個射電望遠鏡陣列來開展搜索地外生命信號的研究。
艾倫射電望遠鏡陣列
在這個電影里其實也提到了遠在波多黎各的阿雷西博射電望遠鏡，它在SETI的工作中也起到了很大的作用。而且當時科學家還通過這個望遠鏡向地外發射過一份信息。
科學家在上世紀七八十年代的時候做了很多瘋狂的事情，比如說阿雷西博信息。在1974年，科學家通過阿雷西博射電望遠鏡曾發出過一段信息。阿雷西博信息里提到了數字，提到了人類的DNA，提到了地球在太陽系中的位置，甚至提到了發射這段信息所用的射電望遠鏡，以及它的大概規模。如果這個信息真的是被外星人收到的話，很有可能因此知道很多地球上的信息。
阿雷西博射電望遠鏡
當時信息發向了一個恒星非常密集的地方，叫做球狀星團的梅西耶13號。那一片距離我們特別遠，短時間內應該不會被誰接收到。當時可能完全沒有考慮要不要這么冒險的問題。現在《三體》火了以后，大家都開始討論這樣的行為有多冒險。
阿雷西博信息
回過頭來，我們發現，外星生命探索其實也涉及到兩個點——科學家在探索外星文明的時候，一般情況下會分為兩種方式。第一種方式可能就像我們之前提到的，假設外星文明已經先進到能夠發射電磁波，我們就可以在地球上通過一定的射電設備或者是其他的一些方式去搜索電磁波，然后看一下電磁波里面有沒有一些所謂的結構性的東西。一旦有結構性的東西的話，它可能就代表著信息，或許就是智慧生命傳來的。
當然還有一些其他的方向，比如說我們主動尋找一些外星文明的特征，其中最經典的可能就是戴森球。戴森球的概念是弗里曼·戴森在1960年以前提出來的，那個時候大家其實也是陷入了尋找外星人熱。所以會想，如果一個外星文明它已經達到了一定的高度，它在使用能源的時候會有一些什么樣的行動？
弗里曼·戴森
根據一型文明、二型文明、三型文明的分型，發現如果他達到了二型文明，要使用它整個恒星的能量，他可能會設置一個吸收所有太陽能的電板，罩在他們的恒星上，盡可能地去吸收太陽發出來的能量。這樣造成了一個問題，在我們收集到的信號中，太陽的光就不那么恒定了，可能會表現出人為改變它光線的特征。一旦發現這種信號，我們可能會覺得有人在利用太陽能，而能夠達到這樣的級別去利用太陽能的文明，可能是一個非常高級的文明。
這讓我想到之前看到一個很有意思的事情，最開始人們會用凌星法來觀測地外行星。凌星法是因為大部分情況下，你看到遠處的恒星是比較清楚的，恒星會發光，但是你很難直接看到行星，但是如果行星正好運動到你和恒星之間的話，它就會稍微遮掩一部分恒星的光芒。
通過亮度的變化，就能分析出一些關于行星可能它運動周期它的大小的一些數據。之前有人很偶然地發現有一顆行星在路過它的恒星或者說它的太陽的時候，一下子太陽的亮度變化非常大，可能降了10%~20%。所以當時人們就很激動，說會不會有可能這個是行星上的人建了一個已經有一點類似于戴森球的構造了，然后把太陽的光線擋住了。但是后來經過長時間的討論，大家認為，是一些星際灰塵遮擋了恒星的光芒，而不是我們所期望的一些文明的造物。
如何尋找外星生命
以上很多嘗試還是基于地球上人類的文明為藍本來探索的。我覺得之前有一個說法就很好，你很難去想象一個沒有見過的東西，一個你從來不知道是什么樣的東西。之前也有一個說法，如果你丟了一件東西的話，可能你喜歡在路燈下尋找，這是一個習慣性的動作。但實際上在探索外星文明的時候，我們可能有很多不一樣的點，他們的生活環境，他們的形成方式，甚至他們的文明的進程可能都跟我們地球文明的完全不太一樣。
但是科學家在尋找的時候其實也沒有什么辦法，比如說常規的思路，我們首先去尋找一個宜居的行星，這也是無論是開普勒計劃還是之前的很多計劃在做的事情。然后找到了行星以后，我們再看它是不是在宜居帶，宜居帶證明它的水能夠在0℃左右存在（或者在當地的氣壓下以液態形式存在），有了這樣一個條件以后，我們才去考慮它的大氣成分是怎么樣的。
如果這個上面的文明并不是一個智慧文明的話，之前科學家還在覺得，但凡它上面顯示出了氧氣或者甲烷，會覺得這是一個生物改造的行為，然后也是把它作為具有生命存在的一個比較好的指征。但實際上后續的科學研究發現，它可能也并不是。因為很多的自然現象，其實也可以在大氣中生成氧氣和甲烷。雖然它是一個高活性的物質，之前一直認為它可能會被消耗掉，無法長時間存在。但實際上它也可以通過一些地質活動或者是一些其他的行為不斷產生，充盈在大氣里。所以目前來講，科學家已經不再明確地使用這兩點作為外星生命存在的一個典型特征了。
但是尋找外星生命這個事情還要繼續，所以科學家們我感覺他們更像是真的有點像大海撈針，大家可能會去尋找各種各樣的，它有可能會反映生命活動的一些規律，一些痕跡。
全新的裝配理論
其實在國際上現在有很多的研究所也在做類似的事情，比如說在有一篇文章里邊提到的未知生命信號實驗室，就在做這個事情，它的簡稱是LAB（Laboratory for Agnostic Biosignatures），他們可能就會想著用更根本的方式去區分這個所謂的自然行為和生命行為。
里面提到的一些概念給我的印象非常深，其中一個是去年提出來的。有科學家提出了裝配理論，這個理論主要是去判斷分子的復雜度。比如說拿奧陌陌這個名字舉例，裝配理論認為，如果你想把奧陌陌就是這一串字符拼出來的話，你首先要在o后面加一個u——這是第一步，然后后面加一個m加一個u加一個a，然后mua這3個字母它可以被視為1個組合，然后你現在相當于再往后面再加1個mua這個組合。所以一共你就相當于加了5步。
那么奧陌陌這個系統，它的裝配復雜度它就是5，他的一個核心思想就是他認為如果是跟生命有關的分子的話，那么它的復雜度應該更高，尤其是它在測試了很多的分子，然后總結出來發現如果它的復雜度已經超過15了，那么他有很大可能性，就是一個跟生命有關的分子。
他們也做了一些模型計算，就認為如果它復雜度超過15，那么它在自然情況下直接生成這樣分子的可能性可能只有10^23次方分之1，就是一個非常小的概率。
NASA專門考了考這個科學家，他們拿了拿了很多種樣品，然后不告訴科學家這些是什么，讓他自己去分辨這里面分別是什么。里面有很多測試樣品還是會讓你感覺蠻難為人的，比如有一個是1400萬年前的化石樣本，你想都已經變成化石了，就從地質學上來看它都已經石化了。按理說我們可能會認為它和巖石的成分其實沒有什么區別。但實際上它還是有辦法去區分。另外還有一個樣本是來自于隕石的。那就是莫奇森隕石，它有一個特點，上面其實有很多有機物。但它不是它并不能代表是有生命特征的。而它也是出了名的成分復雜。這個測試中，裝配理論也明確指出，這個成分不是生命的成分。所以從整體上來講，裝配理論在目前的測試環節來說是可以比較好地區分，哪些是通過生命形成的，哪些并不是。
莫奇森隕石
最開始剛看到這個理論的時候，可能還覺得稍微有一點太理論了，但是你看到他后面做的這些測試居然真的能成功，似乎又會對它產生興趣。因為本質上它的理論的基線就是在于，他認為達到某一個復雜線以上的物質，一定是由生命的活動造成的。所以這個事情在宇宙環境中是不是通用，我覺得其實也是一個打問號的事情，但他在總結出裝配數的時候，其實是通過了一些真真正正的哪些是生命的，哪些不是生命的，總結出了這樣一個標準。所以從經驗的角度來講，這個可能是有效的，只是它未來是否繼續有效，我們可能還要經過進一步的驗證。
從另一個角度講，如果探索對象特別近的時候，比如說像我們的月球火星這些地方的時候，我們其實是可以派探測器，然后到這個地方去真實的去驗證一下環境里邊有沒有水，有沒有復雜的分子，以及有沒有一些生命留下的痕跡。但是如果過遠的話，我們可能會通過一些遠程的方式來做了。
在火星上其實已經做了很多的原位實驗。科學家在20世紀70年代的時候在火星上做了一個放射性碳14的實驗。他們把放射性碳14混雜到了火星的土壤里，作為實驗組，然后對照組他們是給土壤經過了160℃的高溫消毒，我們姑且假設160℃足夠消滅掉火星上的微生物。
但是結果真的很厲害，他們發現這個實驗組，也就是沒有經過高溫的這一組，它真的釋放出了含有放射性碳14的二氧化碳，另一組就沒有。但是問題又在于同期的其他探測，尤其是一些就是原位尋找有機碳的一些努力，都沒有結果，所以相當于這個實驗它就是一個孤證，然后我們很難根據這一個實驗，就說它可能有效。
鎖鑰結構
還有另一個問題，就是我們所有的這些其實都還是限制在我們地球的一個生命體系當中，或者說我們可能現在的探測技術還是會限制在地球生命體。
這算是一個目前比較難以走出去的困境，雖然說我們一直在強調說要以更本質的方式去認識生命與非生命的區別，然后以更本質的、不以地球為藍本的方式去做一些識別。剛才我們提到了比如說像提到的裝配理論，也是在做這樣一些嘗試，但是目前可能還是有不少路要走。而且除了裝配理論以外，其實還有1到2個方式來也是在做這方面的工作的。
比如說“鎖鑰結構”，我覺得這個理論很有意思，它認為，在自然界里，雖然復雜的礦物能夠形成一些比較規律的排列，但它這種規律的排列也是比較機械化的，但是如果它是一個生命結構的話，它可能需要有一些比較靈活的結構，就是像鎖和鑰匙之間的這種能夠扣在一塊的，或者說能夠巧妙結合在一起，能夠靶向的一些結構。這樣結構可能跟生命的活動有本質的關系。如果一個物質里大量存在這樣的結構，它可能跟生命活動相關。這個理論不在乎這些東西是硅基的碳基的還是怎么樣的，它可能希望通過一些結構化的東西來判定這個東西跟非生物的東西有什么樣的區別，然后以此來做一個系統化的評判。
剛才我們提到的鎖鑰結構其實就在講，在一般的非生命的物質層面，可能也存在一定的結合點，但是這種精細的結構并沒有達到一定的閾值。但是如果你是一個生命的行為，一個主動的生命的行為的話，因為復雜的生化需求，可能有大量的這樣的鎖鑰結構，以至于它可以完全的跟周圍的這種非生命的物質區分開來。
但是當然這也是一個理論層面的討論，已經拋開了我們認識的生命，只是從一個生命特別本質的一些現象方面去找到它的共同點，然后提出這樣一個理論。
總而言之，雖然地球那么小，都已經有這么多生命了，宇宙那么大，如果只有我們那豈不是——太浪費了！
本文為科普中國·星空計劃扶持作品
團隊/作者名稱：環球科學
審核：周曉亮
出品：中國科協科普部
監制：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司
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