搜狐科技《思想大爆炸——對話科學家》欄目第115期，對話北京師范大學物理與天文學院教授張同杰。
嘉賓簡介：
張同杰，北京師范大學物理與天文學院教授、博導。中國天文學會會員；國際天文聯(lián)合會（IAU） 宇宙學分會會員；曾任國際宇航大會（IAC）搜索地外文明計劃常設委員會（IAA SETI） 會員。研究領域包括天體物理宇宙學及地外智慧生命射電搜尋等。
如果太陽系外存在生物活動被確認，確實是里程碑式的意義，但目前的結果還有待考證。
地外生命探索分為有機分子、氨基酸、低級生物、智慧生命或者高級生命四步，日本已經(jīng)在小行星探測中發(fā)現(xiàn)了氨基酸。
在地外生命探索方面我國起步晚，但研究水平與其他國家齊頭并進。
基于平庸原理、德雷克公式和大量系外行星發(fā)現(xiàn)，地外存在生命是有物理宇宙學和觀測根據(jù)的。
出品｜搜狐科技
作者｜周錦童
編輯｜楊 錦
浩瀚宇宙，星河萬千，人類對 “地球之外是否存在生命”的探索從未停歇……
近日，英國劍橋大學天文學家團隊通過詹姆斯?韋布空間望遠鏡，在位于宜居帶的系外行星 K2-18b 大氣層中，檢測到了地球上主要由生物過程產(chǎn)生的二甲基硫醚和二甲基二硫醚的化學特征，并且濃度比地球高上萬倍。
這一發(fā)現(xiàn)，可能是一項潛在的里程碑式發(fā)現(xiàn)，如果被確認，將是迄今為止太陽系外存在生物活動的“最有力證據(jù)”。
然而，事實真是如此嗎？帶著這樣的疑問，搜狐科技走進了北京師范大學物理與天文學院，對話了張同杰教授。
“地外文明一旦被發(fā)現(xiàn)，
其他科學都會黯然失色”
推開張同杰辦公室的門，最“搶眼”的便是墻上浩瀚的銀河系星圖，當搜狐科技談及這一話題時，他直言，“如果結果被確認，確實是里程碑式的意義，畢竟是我們第一次在地球之外探索到了生命可能存在的證據(jù)?！?/p>
不過，他認為，目前的結果還有待考證，存在不確定性，“現(xiàn)在的結論不夠嚴謹，有些夸張了?！?/strong>
這項發(fā)現(xiàn)被“爆”出來之后，國際上不少科學家持懷疑態(tài)度，因為非生物過程也可以產(chǎn)生這些化學物質，并且這種物質也不是第一次在地球以外的地方被發(fā)現(xiàn)了，比如科學家們在彗星上以及星際介質中也的確發(fā)現(xiàn)了這種物質，而我們通常也不會認為這些地方是宜居的。
“目前的結果給出的結果是3個sigma的置信度，還沒到天體物理領域的黃金標準5個sigma的置信度?；蛟S進一步觀測會發(fā)現(xiàn)有地方出錯了，比如數(shù)據(jù)處理的方式出了問題，最后發(fā)現(xiàn)的光譜并不一定來自二甲基硫醚或者二甲基二硫醚，而可能是其他的物質?！?/p>
“就像2021年Nature上的一篇文章稱發(fā)現(xiàn)了金星大氣中存在磷化氫，當時也有許多科學家質疑，最后也被發(fā)現(xiàn)是錯的。退一步講，即使最后證實了是二甲基硫醚或者二甲基二硫醚的光譜，還要排除所有非生物途徑產(chǎn)生的可能性，到那時候才能給出靠譜的結論。”張同杰如是說。
談及與以往發(fā)現(xiàn)相比具有哪些特殊之處，張同杰對搜狐科技坦言這是沒有可比性的。
“就比如愛因斯坦早就在廣義相對論中預言宇宙存在引力波， 由LIGO在2015年9月14日首次觀測到。但地外生命探索過于特殊，畢竟我們目前僅知生命存在于地球，所以國內外科學家都在搜索生物標志物?！?/p>
二甲基硫醚和二甲基二硫醚在地球上主要由海洋里的藻類等微生物產(chǎn)生，而劍橋大學團隊給出的結果認為這兩種物質在K2-18b上的濃度比地球上高很多。
“那也有可能是行星的特殊環(huán)境造成的，可能在一些特殊的環(huán)境下，非生物的途徑也能高效合成這兩種物質，只是目前我們沒有這樣的認知。探索地外生命也是以地球的認知為基礎的，畢竟我們沒有統(tǒng)一標準，但也許地球上的認知未必適合外太空?！睆埻苷f道。
在張同杰看來，引力波的發(fā)現(xiàn)是對科學的一種驗證，的確能夠巨大地改變我們對宇宙物理規(guī)律的認知，但并沒有引起“顛覆性”的改變，而如果地外生命被發(fā)現(xiàn)并確定了，將會改變人們對自己在宇宙中獨特唯一性地位的認知，也會引發(fā)有關國際空間法、空間倫理等一系列深入的哲學思考，也會影響未來人類文明發(fā)展的方向。
“用FAST主頁上寫的那句話來說：‘地外文明搜尋（SETI）的學科風險是不言而喻的，但它一旦成功，將使人類所有的科學成就黯然失色?！睆埻軐λ押萍佳a充道。
“沒有觀測到才是正常的”
地外生命的探索并沒有想象中的簡單，分好幾個步驟、好幾個級別。
“有機分子是最初級的，然后是氨基酸，再之后是單細胞或者有生物標志物的低級生物，最后一步才是智慧生命或者高級生命或者地外文明，目前日本的探測器在小行星取樣中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了氨基酸。此次如果確定，可能是處在發(fā)現(xiàn)低級生命的階段，人類搜尋地外生命的步伐又前進了一步。”張同杰對搜狐科技科普道。
早在20世紀60年代，美國就已經(jīng)開始地外生命探索的相關研究，自由的學術氛圍和包容的環(huán)境讓科學家們更有興趣、更愿意投入時間和精力去研究，比如“突破聆聽（Breakthrough Lisen）”計劃在10年內就投入1億美元用于探索地外文明。
張同杰最初的主業(yè)是研究天體物理宇宙學的理論和觀測，在2013年他才開始關注和規(guī)劃有關地外高級智慧生命探索的研究，因此地外文明信號射電搜尋是他近10年來開拓的一個新的天文研究方向。
“在這方面中國比別的國家落后一些的，目前有關地外低級生命的探索沒有人在做或者剛開始在做，而高級智慧生命的探索也只有我們團隊在做，從0到1的創(chuàng)新性還是不夠。”張同杰無奈地表示。
好在去年國家發(fā)布了國家空間科學中長期發(fā)展規(guī)劃（2024-2050年），其中“地外生命探尋”項目是最引人注目的17個優(yōu)先發(fā)展方向之一。有了官方政策，這也可以讓張同杰的研究工作更好地開展。而且雖然我國起步晚，但借助 FAST 等設備，在研究水平上可以與其他國家齊頭并進，提出的一些國際領先的觀測和診斷策略。
能否觀測到地外生命有著巨大的不確定性，在他看來，沒有觀測到才是正常的，這本就是小概率事件，日常的觀測數(shù)據(jù)也是有價值的，數(shù)據(jù)的處理過程也可以作為成果，“至少可以告訴其他科學家，我在這個星球上探索過了，下次你可以換一個搜尋方式和觀測目標。”
此外，張同杰還提到了詹姆斯?韋布空間望遠鏡的技術優(yōu)勢。它的主反射鏡是由鍍金鈹鏡制成的，口徑很大，可以達到6.5米，分辨率高、范圍廣，在近紅外波段工作。雖然許多科學家認為它已經(jīng)達到極限，但劍橋團隊稱還是會繼續(xù)用韋布空間望遠鏡去探索，收集更多的數(shù)據(jù)。
“我覺得雖然已經(jīng)達到了它的極限，但目前數(shù)據(jù)置信度不高，而且相關化合物的光譜與甲烷也有重合，繼續(xù)收集數(shù)據(jù)來證實這些不確定性也是可以的，況且根據(jù)聯(lián)合國地外生命探測公約，還需要不同的團隊來證實才行?！睆埻苋缡钦f。
“對地外生命的科學結果我們當然要有慎之又慎的態(tài)度，這一點國外尤其是美國比我們做的超前、成熟和專業(yè)。2021年美國NASA科學家在《自然》發(fā)表文章呼吁，應該要達成一項富有成效的方式，來宣布發(fā)現(xiàn)外星生命，因為地外生命確實有可能很快被發(fā)現(xiàn)?！?/p>
未來會用FAST繼續(xù)探測
張同杰解釋道：“我們做宇宙學的，是必須相信宇宙學原理的。宇宙是平權的，宇宙中任何地方都大致相同，沒有特殊的地方，包括我們所在的地球。這也是平庸原理的觀點，也叫平庸原理（mediocrity principle），即我們人類或者地球在宇宙中沒有任何的特殊性。如果基于這個原理，地球不應該是唯一有生命的地方。”
“第二個根據(jù)是德雷克公式，用這個公式來估算銀河系內存在生命的數(shù)量。目前觀測表明在銀河系中已經(jīng)確認了5800多顆系外行星，其中很多位于宜居帶，就像K2-18b行星就位于宜居帶上。這么多的系外行星，總會出現(xiàn)生命的，我們堅信這一點，國際和國內上一些知名的天文學家也堅信這一點?！?/p>
有沒有可能那些外星人也在觀測我們？
張同杰表示是這樣的，國外地外生命搜尋專家不僅在研究哪些星球上的外星人能夠看到我們，甚至創(chuàng)立SETI后探測中心（SETI Post-Detection Hub），研究檢測到地外生命信號后的社會和社會后果，涉及人類廣泛的文化追求，包括藝術、語言、教育、科學、人類學、社會學、心理學、法律、政治和制度問題、與媒體的互動、公眾外聯(lián)和風險溝通。還在考慮如何與外星人和諧共處，如何制定宇宙國際空間法等等。
張同杰早在2013年就與FAST的相關專家討論過地外生命探索的事情，在2014年去美國伯克利交流時，又機緣巧合認識了從90年代就開始做地外文明探測研究的“合作者”，美國加州大學伯克利分校地外智慧生命搜尋（SETI）研究中心的Dan Werthimer教授。他也意識到在中國天眼FAST開展這個研究方向很重要，于是他們“一拍即合”開始推動中國在SETI領域的研究。
“當然光喜歡也不行，還要考慮可行性，我會問自己：是否可以做？我有沒有條件做？即實施的可行性。而且在FAST的其他四大研究目標中已經(jīng)涌現(xiàn)出了許多特別優(yōu)秀的研究者和重大成果了，我想做到國內和國際前沿，那恐怕只能另辟蹊徑，還要抓住時機?！睆埻苤v述道。
2015年，張同杰宇宙學團隊就曾經(jīng)抓住“天河二號”超算剛剛建成用戶很少的時機，啟用了“天河二號”全系統(tǒng)中的1萬4千個結點，共計運算50多個小時，成功地運行了含有中微子和暗物質的3萬億粒子數(shù)的世界最大宇宙學數(shù)值模擬。研究成果在Nature Astronomy發(fā)表，入選2017年度中國天文十大科技進展。
張同杰團隊目前在讀的8位博士生中有4位在進行SETI方向的研究，去年第一位SETI博士已經(jīng)畢業(yè)繼續(xù)從事SETI研究。他們只有一個目標，那就是要找到地外智慧生命文明的射電信號。3 月份Dan Werthimer教授受邀訪問國臺時順訪北師大，曾經(jīng)贊賞北師大SETI團隊竟然5位SETI專業(yè)博士，規(guī)模之大在國際上也是少有的。
張同杰表示，團隊未來會繼續(xù)利用FAST進行地外智慧生命信號的全方位深度射電搜尋，同時也將參與國際上SKA射電陣對地外智慧生命探測的項目，也考慮與民間資本的合作。
運營編輯 |曹倩審核｜孟莎莎
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