搜狐科技《思想大爆炸——對(duì)話科學(xué)家》欄目第115期，對(duì)話北京師范大學(xué)物理與天文學(xué)院教授張同杰。
嘉賓簡(jiǎn)介：
張同杰，北京師范大學(xué)物理與天文學(xué)院教授、博導(dǎo)。中國(guó)天文學(xué)會(huì)會(huì)員；國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)（IAU） 宇宙學(xué)分會(huì)會(huì)員；曾任國(guó)際宇航大會(huì)（IAC）搜索地外文明計(jì)劃常設(shè)委員會(huì)（IAA SETI） 會(huì)員。研究領(lǐng)域包括天體物理宇宙學(xué)及地外智慧生命射電搜尋等。
如果太陽(yáng)系外存在生物活動(dòng)被確認(rèn)，確實(shí)是里程碑式的意義，但目前的結(jié)果還有待考證。
地外生命探索分為有機(jī)分子、氨基酸、低級(jí)生物、智慧生命或者高級(jí)生命四步，日本已經(jīng)在小行星探測(cè)中發(fā)現(xiàn)了氨基酸。
在地外生命探索方面我國(guó)起步晚，但研究水平與其他國(guó)家齊頭并進(jìn)。
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(xué)和觀測(cè)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(wàn)千，人類對(duì) “地球之外是否存在生命”的探索從未停歇……
近日，英國(guó)劍橋大學(xué)天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)通過(guò)詹姆斯?韋布空間望遠(yuǎn)鏡，在位于宜居帶的系外行星 K2-18b 大氣層中，檢測(cè)到了地球上主要由生物過(guò)程產(chǎn)生的二甲基硫醚和二甲基二硫醚的化學(xué)特征，并且濃度比地球高上萬(wàn)倍。
這一發(fā)現(xiàn)，可能是一項(xiàng)潛在的里程碑式發(fā)現(xiàn)，如果被確認(rèn)，將是迄今為止太陽(yáng)系外存在生物活動(dòng)的“最有力證據(jù)”。
然而，事實(shí)真是如此嗎？帶著這樣的疑問(wèn)，搜狐科技走進(jìn)了北京師范大學(xué)物理與天文學(xué)院，對(duì)話了張同杰教授。
“地外文明一旦被發(fā)現(xiàn)，
其他科學(xué)都會(huì)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(dāng)搜狐科技談及這一話題時(shí)，他直言，“如果結(jié)果被確認(rèn)，確實(shí)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(guò)，他認(rèn)為，目前的結(jié)果還有待考證，存在不確定性，“現(xiàn)在的結(jié)論不夠嚴(yán)謹(jǐn)，有些夸張了?！?/strong>
這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)被“爆”出來(lái)之后，國(guó)際上不少科學(xué)家持懷疑態(tài)度，因?yàn)榉巧镞^(guò)程也可以產(chǎn)生這些化學(xué)物質(zhì)，并且這種物質(zhì)也不是第一次在地球以外的地方被發(fā)現(xiàn)了，比如科學(xué)家們?cè)阱缧巧弦约靶请H介質(zhì)中也的確發(fā)現(xiàn)了這種物質(zhì)，而我們通常也不會(huì)認(rèn)為這些地方是宜居的。
“目前的結(jié)果給出的結(jié)果是3個(gè)sigma的置信度，還沒(méi)到天體物理領(lǐng)域的黃金標(biāo)準(zhǔn)5個(gè)sigma的置信度。或許進(jìn)一步觀測(cè)會(huì)發(fā)現(xiàn)有地方出錯(cuò)了，比如數(shù)據(jù)處理的方式出了問(wèn)題，最后發(fā)現(xiàn)的光譜并不一定來(lái)自二甲基硫醚或者二甲基二硫醚，而可能是其他的物質(zhì)。”
“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(dāng)時(shí)也有許多科學(xué)家質(zhì)疑，最后也被發(fā)現(xiàn)是錯(cuò)的。退一步講，即使最后證實(shí)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(shí)候才能給出靠譜的結(jié)論?！睆埻苋缡钦f(shuō)。
談及與以往發(fā)現(xiàn)相比具有哪些特殊之處，張同杰對(duì)搜狐科技坦言這是沒(méi)有可比性的。
“就比如愛因斯坦早就在廣義相對(duì)論中預(yù)言宇宙存在引力波， 由LIGO在2015年9月14日首次觀測(cè)到。但地外生命探索過(guò)于特殊，畢竟我們目前僅知生命存在于地球，所以國(guó)內(nèi)外科學(xué)家都在搜索生物標(biāo)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(xué)團(tuán)隊(duì)給出的結(jié)果認(rèn)為這兩種物質(zhì)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(zhì)，只是目前我們沒(méi)有這樣的認(rèn)知。探索地外生命也是以地球的認(rèn)知為基礎(chǔ)的，畢竟我們沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但也許地球上的認(rèn)知未必適合外太空?！睆埻苷f(shuō)道。
在張同杰看來(lái)，引力波的發(fā)現(xiàn)是對(duì)科學(xué)的一種驗(yàn)證，的確能夠巨大地改變我們對(duì)宇宙物理規(guī)律的認(rèn)知，但并沒(méi)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(huì)改變?nèi)藗儗?duì)自己在宇宙中獨(dú)特唯一性地位的認(rèn)知，也會(huì)引發(fā)有關(guān)國(guó)際空間法、空間倫理等一系列深入的哲學(xué)思考，也會(huì)影響未來(lái)人類文明發(fā)展的方向。
“用FAST主頁(yè)上寫的那句話來(lái)說(shuō)：‘地外文明搜尋（SETI）的學(xué)科風(fēng)險(xiǎn)是不言而喻的，但它一旦成功，將使人類所有的科學(xué)成就黯然失色?！睆埻軐?duì)搜狐科技補(bǔ)充道。
“沒(méi)有觀測(cè)到才是正常的”
地外生命的探索并沒(méi)有想象中的簡(jiǎn)單，分好幾個(gè)步驟、好幾個(gè)級(jí)別。
“有機(jī)分子是最初級(jí)的，然后是氨基酸，再之后是單細(xì)胞或者有生物標(biāo)志物的低級(jí)生物，最后一步才是智慧生命或者高級(jí)生命或者地外文明，目前日本的探測(cè)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(jí)生命的階段，人類搜尋地外生命的步伐又前進(jìn)了一步。”張同杰對(duì)搜狐科技科普道。
早在20世紀(jì)60年代，美國(guó)就已經(jīng)開始地外生命探索的相關(guān)研究，自由的學(xué)術(shù)氛圍和包容的環(huán)境讓科學(xué)家們更有興趣、更愿意投入時(shí)間和精力去研究，比如“突破聆聽（Breakthrough Lisen）”計(jì)劃在10年內(nèi)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(xué)的理論和觀測(cè)，在2013年他才開始關(guān)注和規(guī)劃有關(guān)地外高級(jí)智慧生命探索的研究，因此地外文明信號(hào)射電搜尋是他近10年來(lái)開拓的一個(gè)新的天文研究方向。
“在這方面中國(guó)比別的國(guó)家落后一些的，目前有關(guān)地外低級(jí)生命的探索沒(méi)有人在做或者剛開始在做，而高級(jí)智慧生命的探索也只有我們團(tuán)隊(duì)在做，從0到1的創(chuàng)新性還是不夠。”張同杰無(wú)奈地表示。
好在去年國(guó)家發(fā)布了國(guó)家空間科學(xué)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2024-2050年），其中“地外生命探尋”項(xiàng)目是最引人注目的17個(gè)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(guó)起步晚，但借助 FAST 等設(shè)備，在研究水平上可以與其他國(guó)家齊頭并進(jìn)，提出的一些國(guó)際領(lǐng)先的觀測(cè)和診斷策略。
能否觀測(cè)到地外生命有著巨大的不確定性，在他看來(lái)，沒(méi)有觀測(cè)到才是正常的，這本就是小概率事件，日常的觀測(cè)數(shù)據(jù)也是有價(jià)值的，數(shù)據(jù)的處理過(guò)程也可以作為成果，“至少可以告訴其他科學(xué)家，我在這個(gè)星球上探索過(guò)了，下次你可以換一個(gè)搜尋方式和觀測(cè)目標(biāo)。”
此外，張同杰還提到了詹姆斯?韋布空間望遠(yuǎn)鏡的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。它的主反射鏡是由鍍金鈹鏡制成的，口徑很大，可以達(dá)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(xué)家認(rèn)為它已經(jīng)達(dá)到極限，但劍橋團(tuán)隊(duì)稱還是會(huì)繼續(xù)用韋布空間望遠(yuǎn)鏡去探索，收集更多的數(shù)據(jù)。
“我覺得雖然已經(jīng)達(dá)到了它的極限，但目前數(shù)據(jù)置信度不高，而且相關(guān)化合物的光譜與甲烷也有重合，繼續(xù)收集數(shù)據(jù)來(lái)證實(shí)這些不確定性也是可以的，況且根據(jù)聯(lián)合國(guó)地外生命探測(cè)公約，還需要不同的團(tuán)隊(duì)來(lái)證實(shí)才行?！睆埻苋缡钦f(shuō)。
“對(duì)地外生命的科學(xué)結(jié)果我們當(dāng)然要有慎之又慎的態(tài)度，這一點(diǎn)國(guó)外尤其是美國(guó)比我們做的超前、成熟和專業(yè)。2021年美國(guó)NASA科學(xué)家在《自然》發(fā)表文章呼吁，應(yīng)該要達(dá)成一項(xiàng)富有成效的方式，來(lái)宣布發(fā)現(xiàn)外星生命，因?yàn)榈赝馍_實(shí)有可能很快被發(fā)現(xiàn)?！?/p>
未來(lái)會(huì)用FAST繼續(xù)探測(cè)
張同杰解釋道：“我們做宇宙學(xué)的，是必須相信宇宙學(xué)原理的。宇宙是平權(quán)的，宇宙中任何地方都大致相同，沒(méi)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(diǎn)，也叫平庸原理（mediocrity principle），即我們?nèi)祟惢蛘叩厍蛟谟钪嬷袥](méi)有任何的特殊性。如果基于這個(gè)原理，地球不應(yīng)該是唯一有生命的地方?！?/p>
“第二個(gè)根據(jù)是德雷克公式，用這個(gè)公式來(lái)估算銀河系內(nèi)存在生命的數(shù)量。目前觀測(cè)表明在銀河系中已經(jīng)確認(rèn)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(huì)出現(xiàn)生命的，我們堅(jiān)信這一點(diǎn)，國(guó)際和國(guó)內(nèi)上一些知名的天文學(xué)家也堅(jiān)信這一點(diǎn)。”
有沒(méi)有可能那些外星人也在觀測(cè)我們？
張同杰表示是這樣的，國(guó)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(cè)中心（SETI Post-Detection Hub），研究檢測(cè)到地外生命信號(hào)后的社會(huì)和社會(huì)后果，涉及人類廣泛的文化追求，包括藝術(shù)、語(yǔ)言、教育、科學(xué)、人類學(xué)、社會(huì)學(xué)、心理學(xué)、法律、政治和制度問(wèn)題、與媒體的互動(dòng)、公眾外聯(lián)和風(fēng)險(xiǎn)溝通。還在考慮如何與外星人和諧共處，如何制定宇宙國(guó)際空間法等等。
張同杰早在2013年就與FAST的相關(guān)專家討論過(guò)地外生命探索的事情，在2014年去美國(guó)伯克利交流時(shí)，又機(jī)緣巧合認(rèn)識(shí)了從90年代就開始做地外文明探測(cè)研究的“合作者”，美國(guó)加州大學(xué)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(shí)到在中國(guó)天眼FAST開展這個(gè)研究方向很重要，于是他們“一拍即合”開始推動(dòng)中國(guó)在SETI領(lǐng)域的研究。
“當(dāng)然光喜歡也不行，還要考慮可行性，我會(huì)問(wèn)自己：是否可以做？我有沒(méi)有條件做？即實(shí)施的可行性。而且在FAST的其他四大研究目標(biāo)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(guó)內(nèi)和國(guó)際前沿，那恐怕只能另辟蹊徑，還要抓住時(shí)機(jī)。”張同杰講述道。
2015年，張同杰宇宙學(xué)團(tuán)隊(duì)就曾經(jīng)抓住“天河二號(hào)”超算剛剛建成用戶很少的時(shí)機(jī)，啟用了“天河二號(hào)”全系統(tǒng)中的1萬(wàn)4千個(gè)結(jié)點(diǎn)，共計(jì)運(yùn)算50多個(gè)小時(shí)，成功地運(yùn)行了含有中微子和暗物質(zhì)的3萬(wàn)億粒子數(shù)的世界最大宇宙學(xué)數(shù)值模擬。研究成果在Nature Astronomy發(fā)表，入選2017年度中國(guó)天文十大科技進(jìn)展。
張同杰團(tuán)隊(duì)目前在讀的8位博士生中有4位在進(jìn)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(gè)目標(biāo)，那就是要找到地外智慧生命文明的射電信號(hào)。3 月份Dan Werthimer教授受邀訪問(wèn)國(guó)臺(tái)時(shí)順訪北師大，曾經(jīng)贊賞北師大SETI團(tuán)隊(duì)竟然5位SETI專業(yè)博士，規(guī)模之大在國(guó)際上也是少有的。
張同杰表示，團(tuán)隊(duì)未來(lái)會(huì)繼續(xù)利用FAST進(jìn)行地外智慧生命信號(hào)的全方位深度射電搜尋，同時(shí)也將參與國(guó)際上SKA射電陣對(duì)地外智慧生命探測(cè)的項(xiàng)目，也考慮與民間資本的合作。
運(yùn)營(yíng)編輯 |曹倩審核｜孟莎莎
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