齐林北京大学访问学者(发现宇宙：地球是独一无二的吗？人类科学对地外文明的探索与局限)

在夏威夷毛伊岛，架在火山上的“泛星计划”射电望远镜每天晚上都用世界上最大的数码相机捕捉宇宙中的光粒子。2017年10月14日夜间，它盯上了一个不寻常的东西：在太空中快速移动的不明飞行物。这一飞行物的奇怪形状及运行方式，看上去极像是某种外星文明进行宇宙探索的飞船，是人类发现的首个来自另一个恒星系统快速穿过太阳系的天体。

夏威夷大学天文学家们在发现时做出了如此的判断。起初，他们认为那是一颗彗星，然后又认为是小行星。但接下来天文学家们发现那个雪茄形状的天体又长又薄，不像科学意义上的小行星，他们称之为“Oumuamua”（夏威夷语：奥陌陌），意思是“来自遥远过去的信使”。

而在数千公里外，一个名叫阿维•洛布的哈佛大学天文学家也听说了这一神秘的物体。不久，他开始设想一个诱人的可能：“奥陌陌”实际上是外星人的宇宙飞船，在向其建造者传递信号。这种说法听上去有点离谱，但洛布不是普通的民间UFO爱好者，他和他的同事们都是世界一流的科学家。

天文学家们接下来于2017年10月14日至2018年1月2日期间，继续对淡红色的“奥陌陌”星实施跟踪观测，之后它的光亮变得过于微弱，用最高倍的望远镜也探测不到。“奥陌陌”星长达约800米，在太空中可高速翻转飞行，现已飞离土星之外，或冲出了太阳系。

2019年7月，马里兰大学天文学家马修·奈特和其团队在认真研究“奥陌陌”星后，于《自然·天文学》杂志上发布文章说：“我们的主要发现是，「奥陌陌」星的特性符合自然起源，外星人的解释是没有根据的。”但奈特也确认，“奥陌陌”星并不是人们所熟悉的彗星或小行星，它没有彗星特有的尘尾或气体喷流；“奥陌陌”星的构成是否只是岩石或是还含有一些金属等其它成分，亦是一个谜。而小行星是石质的，没有冰。

人们只能试着不将“奥陌陌”简单的归为某个分类，而倾向于把它笼统地称为“天体”。“奥陌陌”星不知什么原因从遥远的恒星系中被弹出，穿越星际空间和太阳系飞行，它略微偏离了一条纯粹由太阳引力来解释的路线。

但去年7月份的研究还不能给出合理答案的一个问题是，“奥陌陌”星为何在太空中能突然做出机动动作，奈特说：“是的，如果它突然出现难以解释的翻转，肯定会值得进一步探索。”

到了2020年4月份，美国加利福尼亚大学利克天文台的科学家在英国《自然·天文学》杂志发文确认，“奥陌陌”星是一颗“活跃的小行星”，由一个被其母恒星撕裂的天体形成，并被弹射进入恒星际空间。

科学家们在文中详细阐述了他们如何利用计算机模型来揭示一个可能形成“奥陌陌”星的过程，并解释了它为什么会翻滚运动及其异常形状、颜色等特征。

“奥陌陌”星的母体近端部分和远端部分在潮汐力瓦解区域互相拉扯，从而形成像雪茄状的狭长碎片。这些碎片由表面物质粘合在一起，表面物质在靠近恒星时熔化，在继续飞行过程中冷却。“奥陌陌”星那不同寻常的加速则来自于太阳的加热：其表面的大部分挥发性物质本来会因为恒星加热作用而流失，但一些残留的水冰可能保存在其表面下，随后被温度更高的太阳加热驱动。

至此，虽然人们对“奥陌陌”星是外星人飞船这一广为流传的说法再次破灭，但科学家们也不是没有收获。人类透过它可以提出恒星际小行星天体形成的有效方式。而随着“奥陌陌”星这种天体穿越太阳系这样的“宜居区域”，它们极有可能向其它星系带走生命的种子。

芝加哥大学的行星学家多利安·阿特和天体物理学家埃里克·施伟策在2011年曾建立了“流浪行星”理论。流浪行星虽然脱离了母星的影响，但仍保留了原始的大气和液态水，提供给生命居住的年限类似于地球，长达一百亿年左右。他们称之为“荒原狼星球”（Steppenwolf planets），“在这个奇怪的栖息地里，任何生命都会像一只在银河草原上游荡的孤独的狼。”

何谓外星文明？

在浩渺宇宙中，地球文明是独一无二的吗？这是古往今来人类所面临的最大的终极问题之一？“我们难道从没有被拜访过吗？自我们行星形成的几十亿年里，难道没有一次来自遥远文明的陌生飞船曾经在地球上方盘旋，缓缓降落在地表而被亮闪闪的蜻蜓、懒洋洋的爬行动物、长啸的灵长类动物或者惊讶的人类观察到？”

虽然在世界各地都流传着一些外星宇航员曾经造访过我们这个位在银河系中偏远角落的“暗淡蓝点”的远古传说，但是迄今人类没有找到任何相关的证据。而我们都非常清楚，银河系中有许许多多比地球老上千百万年甚至几十亿年的行星，在它们上面是否有过智慧文明生存或者仍然存在，这属于再正常不过的思考了，即便只是瞬间的疑问。

伴随着现代天文学、物理学、哲学的进步，寻找地外智慧（地外文明、外星文明）—像人类一样聪明和技术先进的外星生命—已经不再是科学幻想小说、电影及UFO阴谋论者热爱的话题，它已经成为一个日益受到各国政府、太空机构与宇宙学者重视的严肃的、正当的科学领域。推动这一探索以发现别的星球上生命的，是实实在在的成百亿美元投入、超强的新型望远镜和正在研发中的星际飞船—能够仔细观测宇宙更深处，并在有朝一日到达星际空间的某个系外行星或恒星。

简单的说，外星文明即地球以外的智慧文明，至少是在太阳系之外。而要有外星文明，首先得有外星生命存在。外星生命则指存在于地球以外的生命体，这个概念涵盖了简单的细菌到具有高度智慧的“外星人”（Extraterrestrial intelligence，简称ET）。当代研究和测试关于外星生命猜想的学科被称作地外生物学或天体生物学。

早在1964年，前苏联天文学家尼古拉·卡尔达肖夫就根据一个文明所能够利用的能源量级，设立了用于量度文明层次及技术先进程度的假说—“卡尔达肖夫指数”（Kardashev Scale）。

卡尔达肖夫率先设想运用能量级把文明分成三个量级：I型、II型和III型。I型文明使用在它的故乡行星所有可用的能量；II型文明利用它的行星所围绕的恒星所有的能量；III型文明则利用它所处星系的所有能量。一般说法是，人类文明现在接近但尚未达到I型文明。在现阶段，上述文明类别纯为假定。但是卡尔达肖夫指数被搜寻地外文明计划研究人员、科幻小说作家与预言家用来作为理论基础。

自从20世纪中叶以来，人类一直使用射电望远镜等先进设备接收从宇宙中传来的电磁波，从中分析有规律的信号；或用望远镜观测潜在的宜居行星等方法，试图来探测外星生命存在的迹象。如全球顶尖的哈佛大学、加州大学伯克利分校和非营利组织SETI协会等，都参与了搜寻地外文明计划（SETI）。有人认为发现外星人的几率很小，也有很多人认为外星生命几乎必定存在。

哈佛大学首席天体物理学家霍华德·史密斯士称，人类很可能是整个宇宙中唯一的“人”。英国大物理学家史蒂芬·霍金生前曾几度表示，在宇宙里外星人是肯定存在的。

2019年4月11日，俄国宇航员根纳季·帕达尔卡在出席俄驻巴黎科学文化中心举办的“国际航天日”活动时则指出，地外文明不会在国际空间站外敲窗子问候航天员，但是要相信，我们在这个宇宙中不是唯一的。帕达尔卡是俄罗斯英雄、人类在在太空活动时间最长纪录的创造者。他说：“外星球，类地星球可能有很多，很多（地外文明）在联系我们，联系航天员，但是没有任何人在任何时候看到过（地外生命）。那边没有任何生命敲过我们的门。”

在帕达尔卡看来，“所有这些不简单的现象很可能与地球的起源有关。”并且“在某个地方毫无疑问地存在生命，我相信我们在这个宇宙中并不是唯一的，要相信这一点。”

而要讨论外星人的存在，得先了解宇宙与银河系。站在时间的海岸边眺望无穷无尽的星海，用美国著名天文学家卡尔·萨根的话说，“宇宙是一切存在，过去如此，将来也如此。”

宇宙是所有时间、空间及其包含的内容物所构成的统一体；它包括行星、恒星、星系、星系际空间、次原子粒子以及所有的物质与能量，宇指空间，宙指时间。因而，构成宇宙的主要是三种连续体：时空、能量型态（包含电磁波，讯息，物质）及相关的物理定律。宇宙也囊括一切的生命、一切的历史，甚至部分哲学家和科学家认为还应容纳数学等所有的思想。

目前人类可观测到的宇宙，其距离大约为93 × 109光年（28.5 × 109秒差距），最大为27,160百万秒差距；而整个宇宙的大小可能为无限大，但未有定论。物理理论的发展与对宇宙的观察，不断引领着人类向前展开宇宙构成与演化的推论。

20世纪早期，人们发现到星系具有系统性的红移现象，表明宇宙正在膨胀；藉由宇宙微波背景辐射的观察，表明宇宙具有起源；源于1990年代后期的观察，发现宇宙的膨胀速率正在加快，显示或许存在着一股未知的巨大能量促使宇宙加速膨胀，称做暗能量；而宇宙的大多数质量则以一种未知的形式存在着，称做暗物质。

​“大爆炸”理论是当前描述宇宙发展的宇宙学模型。依据主流模型，推测宇宙年龄为137.99±0.21 亿年。大爆炸产生了空间与时间，充满了定量的物质与能量；当宇宙开始膨胀时，物质与能量的密度也开始降低。在初期膨胀过后，宇宙开始大幅冷却，引发第一波次原子粒子的组成，稍后则合成为简单的原子。这些原始元素所组成的巨大星云，藉由重力结合起来形成恒星。

在去年10月8日获得2019年诺贝尔物理奖的加拿大裔美籍宇宙学家詹姆斯·皮布尔斯，他的主要贡献就是发展出一套理论工具与演算法，建立了宇宙及其数以千亿计星系与星系团的理论架构，是人类解读从大爆炸至今的宇宙史的基础。皮布尔斯的研究还发现，在现有宇宙中，只有5％的物质是人类已知的。换句话说，人类所知道的物质从恒星、行星到人类本身，只占宇宙5%，其余95%都属于人类未知领域，是由“未知的暗物质和暗能量”所构成。这一理论将猜想变为了科学，是启发人类现代物理学的重要推手，也是当代物理学所面临的最重大谜团及挑战。

当下有各种假说正竞相描述着宇宙的终极命运。物理学家与哲学家仍不确定在大爆炸前是否存在任何事物；许多学者拒绝推测与怀疑大爆炸之前的状态是否可侦测。但存在多重宇宙的说法，部分科学家认为可能存在着与现今宇宙相似的众多宇宙，而现今的宇宙只是其中之一。

对于多重宇宙又有多种理解。一种理解是，位于可观测宇宙之外的时空，构成其它的宇宙。例如，在宇宙大爆炸中形成的其它大量时空，或者我们宇宙中黑洞奇点内人类所无法理解的时空。这些不同的时空部分总体构成了多重宇宙；另一种理解则强调这些不同的宇宙不仅仅是时空区的独立，而且所表现的物理规律也可能有所不同。例如其中的粒子也许具有不同电荷或质量，其物理常数也各不相同。

​有时人们也把平行宇宙与多重宇宙当作同义词。不过，平行宇宙还有另一种理解，即量子力学中的多世界解释。这种解释认为，在量子力学中，存在多个平行的世界，在每个世界中，每次量子力学测量的结果各自不同，因此不同的历史发生在不同的平行世界中。

在宇宙中散布着约1,000亿个星系，银河系是之中的一个。而我们所生活的地球仅是一颗围绕太阳的寻常行星，而太阳本身也只不过是银河中一颗普通的恒星。太阳的质量占太阳系总质量的99.8％，它的核心物质密度高，温度热，内部原子核的核聚变可产生巨大能量。太阳系又是银河系中的一部分。

银河系中心有个超大质量的黑洞，它的体积是太阳的400万倍大，距离地球约有2.8万光年之遥。银河系的黑洞能够装得下几百万个地球，但它是看不見的。黑洞的引力如此之大，哪怕光线都无法穿透外泄。在围绕其中心旋转之时，银河系也以每小时约82.72万公里的速度在持续膨胀的宇宙中运行；即使这样，银河系公转一圈的时间仍需要2.3亿年，可见宇宙有多么浩瀚无边。太阳系在轨道上绕着银河系中心公转一周的时间也被称为银河年。如果按银河年来计算的话，我们的地球至今一共才经历了18个银河年。

​从地球向天空放眼望去，可以看到天边的无数颗星星。假如能开车直接到太空上去的话，其实只需花1个小时，因为太空距离地球上空距离只有100公里。这条线叫卡门线（the Karman Line ）。卡门线是公认的外层空间与地球大气层的分界线，位于海拔100 公里处。它是负责国际航空航天标准制定及记录保存的机构—国际航空联合会所承认的大气层和太空界线。

鉴于银河系中至少拥有2,500亿（2.5 x 1011）颗恒星，可观测宇宙内则有700垓（7 x 1022）颗，在1950年代，美国物理学家恩里科·费米提出了影响很大的“费米悖论”：宇宙显著的尺度和年龄意味着高等地外文明应该存在。但是，这个假设得不到充分的证据支持。

因为如果技术足够先进的外星生命在星际殖民，并且文明延续足够长的话，它们会在数百万年内充满整个星系，但事实上没有迹象表明这一现象的存在。“费米悖论”阐述了对地外文明存在性的过高估计和缺少相关证据之间的矛盾。

费米称，宇宙超出常人难以想象的惊人年龄和庞大星体数量意味着，即便智慧生命以很小的概率出现在围绕这些恒星的行星中，那么仅仅在银河系内就应该有相当大数量的文明存在，除非地球真是一个特殊的例子；此外，考虑到智慧生命克服资源稀缺的能力及对外扩张的倾向性，任何高等文明都很可能会寻找新的资源和开拓他们所在的恒星系统，然后是涉足邻近的星系。

​但是，在宇宙诞生137亿年之后，人类从来没有在地球或可观测宇宙的其他地方，找到其他智慧生命存在的切实可靠的任何证据。不管是外星人还是外星物品或信号。“我们应是银河系中最落后的技术社会。任何比我们更落后的社会根本还没有射电天文学。如果地球上可悲的文化冲突是银河系的标准模式，似乎我们应该已经被摧毁了。”但这一切都没有发生。也许地外文明的意图极其温良，或者尽管有过很多UFO和古代航天员的说法，但我们的文明至今还未被发现？

如果星际旅行是在技术上可行的话，就算用人类制造的飞船去缓慢地航行，也可在5百万到5千万年间去征服外星系。再联系到宇宙尺度，因有许多年龄比太阳更大的恒星，这使得其他智慧生命可能比人类进化得更早，但问题是眼下太阳系并没有被外星殖民。退一步说，殖民对所有外星文明来讲，是不合实际的或者是他们不想去做的，那大规模的星际探索总会有。

从1950年代起，人类在太阳系内一小部分区域进行着星际探索，但没有发现丝毫说明外星殖民者、探测器到访过的证据。太阳系内还有很多资源丰富的区域，比如小行星带、柯伊伯带、奥尔特云等。这些区域太大且难于考察，但展开细致入微的考察或会发现外星人探索活动的痕迹。

人类并没有真正意义上发现过外星文明的先进飞船或探测器。尽管近期美国海军爆出军机在空中多次遭遇UFO的新闻，但加州大学伯克利分校的天文学家丹·沃西默并不以为然，他说：“我们总是碰到不明飞行物问题。”

与之紧密相关的另一个问题是，外星文明为何保持大沉默？假定难以星际旅行，而智慧生命是普遍存在的话，那我们为什么始终探测不到他们的电磁信号？

因而，或可认为在银河系中，智慧生命是很稀少的，或者说我们对智慧生命的一般行为的理解是有误的。

​同时，美国“旅行者”号向外星人传递地球文明信号“金唱片”内容的设计者、天文学家萨根提出了“萨根标准”，这一标准出自一句英语格言，“特别的主张要有特别的证据。（extraordinary claims require extraordinary evidence.）”。

地外文明是否存在，显然是一种特别的主张，即不为既有的证据，也就是“平常的”证据所能支持的主张；因此对此类主张，必须有新观测到的证据来支持，不然就得对既有证据做出重新诠释，而这样的做法将是“特别的”。

在萨根看来，宇宙中有上1,000亿个星系，平均而言每个星系都有大约1,000亿颗恒星。在全部星系中，行星的数目可能跟恒星一样多，也就是一百万亿亿个。而地球只是“位于普通的棒旋星系（银河系）非异常区域内的一个普通的行星系统中的一颗普通的岩石行星，因此整个宇宙中充斥着复杂生命。”

面对如此庞大的数字，宇宙中只有一颗普通恒星（太阳）被一颗适宜居住的行星环绕的概率有多大？萨根说：“为什么我们能够这样幸运，得以隐藏在宇宙间一个被遗忘的角落？对我来说，更大的可能是宇宙中满溢生命，只是人类并不知晓罢了。我们的探索才刚刚起步。”

​地球很特殊？

以人类现时掌握的行星科学和天体生物学对生命起源的认知，地球上多细胞生物的形成，需要非同一般的天体物理及地质事件和环境的结合。这便造成了稀有地球假说或称地球殊异假说（Rare Earth hypothesis）。

“地球殊异假说”称，像地球、太阳系和人类位于银河系的区域，这样拥有适宜复杂生命生存的行星、行星系统及星系区域，在宇宙中是非常稀少的。复杂生命的形成需具备多种偶发条件的结合。涉及到星系适居带、躲过小行星撞击、行星系统、行星大小、及一颗巨大天然卫星（比如月球）等外部条件；行星拥有磁圈和相应的板块运动；行星的岩石圈、大气圈及海洋、巨大冰川的内部作用等。

一颗处在缺乏金属的区域或是接近银河中心的高辐射区域的行星是无法支持生命存在的。这是因为金属乃形成类地行星的必要条件；从银心黑洞放出的x射线、伽玛射线强度对复杂生命是有害的；恒星之间的密度越小，行星和微行星受附近恒星的重力干扰及其它影响的可能性也随之减小。某行星离银河中心越远，它受小行星撞击的可能性也越小。

形成地球类型的复杂生命需要液态水。“适居带”（适居区）系指恒星系的一个区域，行星表面温度处在摄氏0度至40度间，不会太热或太冷，外部环境足以令水以液态存在。行星的适居带是以主恒星为中心的环型区域，若行星距离主星太远或太近，它的表面温度将不具有产生液态水的条件。而银河系中最多有5%的恒星位于适居带。

​如果某个行星系统正好处在适宜复杂生命生存的地域，它还必须在非常漫长的时间跨度内足以维护复杂生命的缓慢进化。这就要求一颗能孕育生命的恒星先得有一条近乎圆形的围绕银心运转的轨道，如太阳围绕银心运转的轨道几乎接近圆形，这是确保类地行星安全的前提。假如恒星的轨道成椭圆形，它将会通过银河系的一些螺旋臂。部分研究表明，一些大灭绝事件与以往太阳通过银河系螺旋臂的情形相关。

最后，在相同条件下，“高等智慧生命”仍很难轻易产生和存在。地球属于适居带的行星，拥有且满足一切生物物种维持生命、生存及演化的全部条件，然而从地球历史的显生宙开始至今，在长达五亿多年的岁月间与数百万的生物物种中，只有一个物种成功的演化成为高等智慧生命—“人类”，而非多种多元的高等智慧生物并存于地球上。考虑到地球上只有一个物种发展出文明并能实现太空飞行和无线电技术，这让高等技术文明在宇宙中是罕见的观点显得有点可信。但伴随着人类宇宙走向深空探索的脚步，我们眼下最起码知道，地球并非独一无二的，被发现的类地行星已越来越多。

2019年的诺贝尔物理学奖还授予瑞士科学家米歇尔•马约尔和迪迪埃•奎洛兹，他们两人于1995年10月，在人类历史上发现了第一颗太阳系外行星，木星大小的“飞马座51b”，它围绕我们银河系中的一颗类似太阳的恒星运转，从而证明地球在宇宙并不是孤单及唯一的。正是由于马约尔、奎洛兹的观测结果，开启了天文学的一场革命。

​美国国家航空航天局（NASA）在2009年3月7日发射专门用于探测环绕着其它恒星之类地行星的开普勒太空望远镜（Kepler Mission）。截至2018年，天文学家发现超过18,000颗系外行星候选者，大约3,800颗已被确认，2,325颗由开普勒任务所发现。

2019年6月，一个国际团队在小恒星蒂加登星周围发现了两颗类地行星，它们距离太阳系约12.5光年。蒂加登-b的公转周期为4.9天，蒂加登-c为11.4天。b星与地球的相似度为0.95，而c星与地球的相似度为0.90。如将它们与太阳系比较，b星就像地球，而c星像火星。

这两颗行星的质量与地球相似，气温足够温和，能够在表面保留液态水，或可能适合居住。而距离恒星更近的那颗行星—蒂加登-b引起科学家更多关注，因为它是到目前为止人类发现的与地球最相似的系外行星。

2019年9月，英国伦敦大学学院的天文研究团队宣布，在狮子座的一个遥远太阳系外行星大气层发现水蒸气，这颗距离地球111光年，名为“K2-18b”的行星是太阳系外已知的最适居世界，或许可作为探索外星生命的候选星球。

​行星“K2-18b”有大气层，存在水蒸气、氢与氦。根据哈勃望远镜数据及电脑模型推算，K2-18b 大气中的水蒸气浓度在0.01%至50%之间，其大气层有高达50%可能是水。这是科学家第一次在系外行星大气中发现水的存在，为人类寻找和研究地球之外的宜居星球提供了新的目标。

2019年10月，加州大学洛杉矶分校天体物理学家和地球化学家的一项新研究证实，类地行星在宇宙中可能很常见。科学家们通过分析围绕六颗白矮星运转的小行星或岩态行星碎片上岩石中的元素，可详细分析系外行星的地球化学特性。

该校地球化学和天体化学专业研究生亚历山德拉·多伊尔说：“如果我要观测的只是一颗白矮星，那么我预计会看到氢和氦。但在这些数据中，我还看到了其他物质，比如硅、镁、碳和氧—这些物质是从绕白矮星运行的天体上被吸积到白矮星上的。”

当铁被氧化时，它把电子转移给氧，从而在二者之间形成一个化学键，这个过程叫做氧化。来自地球、火星和太阳系其他地方的岩石化学组成相似，它们的铁含量都高得惊人。而一颗岩态行星的氧化对其大气层、内核及表面形成的岩石种类都有着重要影响。

该校另一位学者爱德华·扬说：“地球表面发生的所有化学反应最终都可以追溯到地球的氧化态。我们拥有海洋和生命所需的一切要素这一事实可以追溯到地球的氧化程度。岩石控制着物质的组成。”

​加州大学洛杉矶分校研究小组认为，白矮星岩石与地球和火星上的岩石非常相似。“就氧化铁而言，它们与地球相似，也与火星相似。我们发现岩石到哪里都是岩石，它们的地质物理特性和地质化学特性到哪里都非常相似。”这对在宇宙中找到更多类地行星来说是个很好的开端。

地球并不是独一无二的，这为人类在宇宙中寻找外星生命打开了一扇大门。还有人批评长久以地球生物为蓝本的先入为主的观点，阻碍了外星生命的探索。萨根在1973年提出了碳沙文主义，声称这些以人类为中心的思想限制了我们对于地外生命可能性的想像。

例如在星际宜居带之外，有可能通过地热等方式维持地底的生物圈；也有生物能够在高砷低磷的环境下存活。这说明地球生物组成“必备”的六大基本元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫，或许并不是必需的。而在碳基生命之外，有人认为外星生命也可能以硅基、硫基、氨基等多种生命形态存在。

因此，最主要的是，“我们最好就什么可以被看作「生命」达成一致。它不一定要像任何人类在地球上早已熟悉的事物，人类深信不疑的是，行星对生命来说更适宜。”有科学家相信，在宇宙星系的幽暗空间，或者外星海洋深处，可能隐藏着生命。

2016年4月，法国尼斯大学的科妮莉亚·迈纳尔特和她的同事研究表明，冰冻的水、甲醇和氨组成的混合物，将其暴露在充斥外太空的紫外线下，可以转化为多种多样的糖类分子。这些糖类物质含有核糖，是类似脱氧核糖核酸（即DNA）的分子核糖核酸（molecule RNA）的一部分。核糖核酸则是组装成人类所熟知的生命的基础构件。

而外太空浩瀚无垠的“分子云”（molecular clouds）中，存在着水、甲醇和氨等物质，就连恒星都是从这样的分子云中形成的。人们甚至提出假设：这或许预示着构成生命的基本分子极有可能在外层空间形成，然后再由冰冻状态的彗星（icy comets）和陨石带到类似于地球的行星上。此前，我们一般认为生命就是在年轻的地球上诞生的。

与此同时，鉴于地球深海的喷口处岩浆与咸水交汇，提供热量、化学物质和有助于复杂化学反应的基质，这些基质是生命又是最初在地球上进化所必须的。这里没有温暖的阳光能够透射进来，但仍然有生命。

在太阳系内的行星木星和土星的卫星，如木卫二（又称欧罗巴，Europa）、木卫三（又称盖尼米得，Ganymede）及木卫四（又称卡利斯托，Callisto）和；土卫二（又称恩科拉多斯，Enceladus），都被认为拥有液态的海洋。

其中，木卫二含有的液态水被认为比地球上所有海洋加起来还要多。厚达数千米的表面冰层保护着这片水域及其中的所有生命，免受太空辐射和小行星撞击。

NASA的“卡西尼”号飞船（Cassini）曾经探测到土卫二的羽流中含有复杂的有机分子，这些分子暗示着卫星海底存有热液喷口。从土卫二和木卫二喷出的羽状水柱还说明，它们的内部可以支撑液态海洋，不是由太阳加热，而是由其核心的放射性衰变或由它们轨道上行星的引力所产生的潮汐加热。这些海洋并被认为是咸的，含有氯化钠，就如同地球上的海洋，这是对人类发现类似地球生命前景的又一巨大推动。2019年6月发表的一项研究估计，土卫二海洋大约有10亿年的历史。也有人说它可能有数十亿年的历史，这将使得这颗木星卫星有足够的时间让生命进化。

另外，再由液态甲烷与乙烷气体组成的土卫六（又称泰坦，Titan），当中氮、碳和氢组成的小分子也可以构建适合木卫六生存条件的细胞。并有可能发展出与地球截然不同的生命形态。美国亚利桑那州立大学的天体生物学家特蕾莎·费舍尔说：“在某些方面，我们在地球上看到的是一个偶然的问题。在其他世界的生活中，我们可以看到巨大的潜在的多样性。”这是由于人类真的不知道生命的极限是什么。

1959年，天文学家弗莱德·霍伊尔在其经典科幻小说《黑云》（Black Cloud）中，把外星生命描绘成某种漂浮于星际空间的智能气体。

在某种程度上，寻找地外文明一定要注意防止过于以人类为中心的视野去看待线索。我们总是习惯地以为，探测到的现象会相似于人类活动能够产生的现象，或者会和人类获得先进科技之后能产生的现象一样。但是，智慧外星生物的行为可能并不符合我们的预测，或以对人类来说完全新颖的方式表现出来。

​人类对外星文明的探索

人类对外星文明探索，分为搜寻地外文明计划（SETI），和主动搜寻地外文明计划（METI）。

有种观点称，如果在整个星河系中有几百万个文明或多或少随机分布着，那么距离我们最近的文明应该在大约200光年处。寻找地外文明基本上基于如下设想：“外星人—如果他们真实存在并在试图找人聊天—可能使用我们人类相互之间用来联系的同类技术—从无线电信号到闪光等。”困扰寻找地外文明的最大问题是资金。因寻找外星人耗资巨大，各国政府和大学很难为寻找地外文明所需要的研究提供足够资金。

而人类的飞船技术是如此落后，这就只能选择使用射电太空望远镜去寻找外星人。射电望远镜巨大的超敏感反射面天线能够接收来自非常遥远地方的微弱信号，但这些工具不搜寻宇宙中的声音，而是搜寻光。无线电波是光谱中的一部分—“很多科学家认为，外星技术很可能使用这个波段联系上我们。寻找外星人的科学家们搜寻无线电波，因为人类非常喜欢利用无线电波。”

​科学家们根据无线电波振动的频率对其进行分类。对于来自地球之外的无线电波，科学家们将频率调到1-10千兆赫之间。美国加州芒廷维尤寻找地外智慧研究所的天文学家吉尔•塔特说：“在这个频率范围内，我们的大气非常通透，而且银河系非常安静。”该研究所长期是这一领域的领先者。

低于大气窗会接收到来自银河系其他地方的太多杂波，比如来自行星的辐射甚或来自遥远黑洞的杂波。大气层挡住了频率高于大约10千兆赫的波段，在安静的大气窗有90亿个可能的频率即频道，外星人可能会用。但即使以光速运动，人类的射电信息也常常需要两个多世纪的时间才能从地球到达目的地那里。

搜寻地外文明计划（SETI）是对所有在搜寻地外文明团体的统称，不是只代表一个组织。这些组织致力于用射电望远镜等先进设备接收从宇宙中传来的电磁波，从中分析有规律的信号，希望借此发现外星文明。

搜寻地外文明计划几十年来在主序星中只找到几个候选信号，但没有发现任何不寻常的亮度变化或者有意义的重复的无线电信号。

SETI@home是一项旨在利用连入因特网的成千上万台计算机的闲置计算能力搜寻地外文明的工程。参加者可用下载并运行屏幕保护程序的方式来让自己的计算机计算射电讯号所反馈回的数据。

美国康乃尔大学的天文学家法兰克·德雷克于1960年完成首度SETI实验。

​1974年11月16日，为庆祝“阿雷西”射电望远镜完改建完工，SETI透过该望远镜向距离地球25,000光年的球状星团M13发射了一个称为“阿雷西信息”的由1,679个二进制数字组成的经典信号，这个数字只能由两个质数相乘。

向M13发送讯息的原因是其间的恒星分布比较密集，被外星人接收的可能性比较大。地外智慧生命将可从中解读人类DNA所含的化学元素序号、核苷酸的化学式、DNA的双螺旋形状、人的外形、太阳系的组成、及射电望远镜的口径和波长等信息。

1977年，SETI使用俄亥俄州立大学的“巨耳”射电望远镜收到了著名的Wow!（哇！）讯号，这是一个长达72秒的非常强劲的太空无线电信号。但事后对发现地的再次观测却没有找到任何异常。

主动搜寻地外文明计划（METI）是尝试寄发讯息给有智慧的外星人的活动。其定义由前苏联科学家亚历山大·扎伊采夫主导，他区分了SETI的活动和METI的差异：SETI只是搜寻外星人的讯息，METI则是积极创造讯息主动发送给外星人。

萨根曾分析过SETI计划的前景，他觉得更有可能的是一种完全不同的接触，“我们已经讨论过这种情况，我们会接收到来自太空另一个文明的丰富而复杂的信息，很可能是通过射电波段，但至少在一段时间内，不会与他们有直接接触。”在这种情况下，发出信息的文明是没有办法知道人类是否已经接收到信息的。如果我们发现信息的内容是侵略性的或者是威胁性的，我们就不必回应。“但如果信息中包含很有价值的元素，对我们自己的文明来说结果会是挺好的，这将有助于我们了解还有什么样的生存方式。”

​相对于SETI的活动，METI不是局限于宇宙的偏僻一屿，而是有更远大的目标：他们想努力克服宇宙无尽的沉默，将人类的存在告知长久以来就存在的有智慧的外星系邻居—期望告知你不是孤独的！

主动搜寻地外文明计划的缺陷在于，人类对射电天文学只是刚刚入门，相对而言一定是落后的，而发射信号的文明是先进的，对我们而言，接收比发射更容易实现。但对一个先进文明而言，显然情况是相反的。它隐藏的危险是，把地球的位置曝露给企图不明的外星人，而且没有经过国际社会咨询的程序。

霍金曾公开警告，外星人极有可能不怀好意，人类不该再发送讯息到宇宙中，对外星信号，也应“不要回答！不要回答！不要回答！”他说：“从人类历史，就可以看出，高智慧生物很可能带来苦难灾害。外星生物或许已消耗殆尽自己星球的资源，为了获得新资源，他们乘坐大型太空船，像游牧民族一般到处迁徙，讨伐与侵占其他星球，外星生物即有可能使得地球沦为殖民地。”

从1974年向武仙座的球状星团M13发出“阿雷西信息”至今，人类已向天鹅座、天箭座、海豚座、大熊座、双子座、室女座、长蛇座、天龙座、仙后座、猎户座、巨蟹座、仙女座等星系的恒星发出无线电信号。这些计划大多对准了距离地球32光年至69光年的恒星，唯有阿雷西信息例外。

最早抵达目标的讯息将是2003年7月6日发射的“宇宙的呼唤2”，预计于2036年4月送达仙后座Hip 4872；而“阿雷西信息”将迟至于约25974 年，方能到达远在25,000光年外的武仙座球状星团M13。

​对地外智慧来讲，很容易就能理解人类发送的星际信息。例如信号中的前几个质数—只能自己和1被整除的数字—2、3、5、7、11、13、19、23。任何自然形成的物理过程在产生的射电信号中只包括质数的概率是极低的。

而星际交流更可能的情形会是一种重写过程。因为发射信息的文明没法知道人类何时才会收听到信息，所以会反复传送相同的内容。然后，在不断重写的内容深处，在声明信号和入门读本的下面，才是真正要传递的信息。“射电技术允许传递的信息丰富得不可思议。也许当我们收听到信号时，会发现我们自己正处在《银河大百科全书》的第3267卷。”

但不是谁都相信射电天文学有意义。加州大学圣迭戈分校的天体物理学家谢莉•赖特称，根本不知道另一种文明可能拥有什么技术以及它可能使用什么方式打招呼。“确实没有理由认为外星人会用无线电而不用激光或我们尚未发明出来的其它东西。”她说。如要与地球文明双向对话，外星人也许不得不从他们的古代技术物馆中把射电望远镜拖出来。

2019年5月，瑞典哥德堡大学教授马雷克·阿布拉莫维茨领导的科研团队在一篇文章中探讨了外星人利用引力波通讯的可能性。他们称，“我们使用无线电波，但外星文明可能已经开发出完全不同的通信技术，或者已经创造出足够强大的机器，以至于从我们的星球根本记录不到它们的活动。如果能够捕捉到这些信号，我们就能找到它们。”而阿尔伯特·爱因斯坦依据广义相对论，早于1916年就预言了引力波的存在。

​在广义相对论里，引力波是时空的涟漪。当投掷石头到池塘里时，会在池塘表面产生涟漪，从石头入水的位置向外传播。当带质量物体呈加速度运动时，也会在时空产生涟漪，从带质量物体位置向外传播，这时空的涟漪就是引力波。超新星、坍缩的黑洞等体积极大、密度极高的天体释放出的引力波在宇宙中无所不在。

由于引力波与物质彼此之间的相互作用非常微弱，很不容易被传播途中的物质所改变，因此引力波是信息的优良载体和发送信息的完美媒介。一旦发射，它们能几乎不受干扰地在太空中穿行，从宇宙遥远的那一端将宝贵信息真实地传递过来给人类观测。

阿布拉莫维茨说，欧洲航天局计划于2034年发射的激光干涉仪空间天线（LISA）引力波探测任务只需稍做技术调整，就可迅速变成能捕捉地外文明通信信号的探测器。

LISA任务由彼此相距250万公里、构成等边三角形结构的3个探测器组成。它们结合在一起，将在轨道上作为巨大的引力波探测器发挥作用。在实施技术调整后，它有可能让我们发现银河系内的其他先进文明。

而要想吸引邻近其他文明的注意，外星文明会选择星系中心的超大黑洞做信号源，这有利于将信息传向银河系的其余部分。银河系中心的超大质量黑洞人马座A*是一个放置信号发射器的理想场所，其他先进的外星文明应该会很自然地考虑在这个地方设置引力波发射器。

外星生命存在的直接证据，在未来也一定能够探测得到。只要对系外行星的大气做好光谱分析，就能探测出昭示生命现象的气体（像甲烷和氧气），乃至高等文明产生的工业化空气污染。随着观测技术的进步，以后人类或还能直接观测到地外生命现象。

NASA计划于2021年发射的最新一代詹姆斯·韦伯红外线空间望远镜（JWST），一旦进入轨道位置，在距离地球150万公里处围绕太阳运行，估计将带来一场很大的天文学革命。

NASA称，费用高达100亿美元的JWST能够回溯时间，看到早期宇宙中形成的第一个星系。但这还不够，科学家推测说，最终将接替哈勃太空望远镜（HST）任务的JWST带有6.5米的金色反光镜和极其敏感的照相机，让它具有一个神奇的新功能—“詹姆斯·韦伯空间望远镜还能够探测到外星生命迹象，能够测出是否绕行附近恒星的行星大气是否由于生命存在而发生了改变。”

哈勃空间望远镜位于地球大气层之上，由此获得了地基望远镜所没有的好处，它于1990年4月24日发射之后，已成为天文史上最重要的仪器。哈勃的超深空视场是天文学家现今能获得的最深入、也是最敏锐的太空光学影像。

华盛顿大学的天文学家乔舒亚·克里桑森-托顿及其科研小组，在研究JWST是否能够在太阳系附近恒星周围的行星大气中探测到“生物标记”。他说：“我们能够在今后几年中进行这种探测生命的观察。因为JWST望远镜对光线十分敏感，它能够测到所谓的「大气化学不平衡」。”

大气化学不平衡是个老概念，其原理是，万一地球上的所有生命明天消失，那么我们大气中许多气体就会经过自然的化学反应，大气会缓慢地恢复到不同的化学混合。但是地球上的有机物将不停地阻止地球大气回到这种状态，因为有机物生存其间并不停地向大气排放废气。

因此寻找氧气迹象（或其化学相关物臭氧）一直被认为是发现生命的有效途径。但是人类不能依赖于单方面的假设，即外星生命和我们一样按照同样的生物学法则生活。

​外星生命可能不一样。于是评估大气化学不平衡，寻找其它气体，弄清从某个行星大气正常状况偏离的程度，或是发现某种外星生命的关键。环绕另外一个恒星运行的行星的大气构成可用光来测量，在这颗行星穿过地球和它的恒星中间的时候，仔细测量星光的微弱变暗程度就能弄清其大气构成。光线不同的波长、颜色和强弱，能够显示行星大气不同气体的化学构成。

​人类为何很难发现外星人？

人类为何很难更可以说从来没有发现过外星人？假定最近的文明是在200光年处，那么以光速运动的话，从那里到地球只需要200年的时间。即使飞行的速度只有光速的百分之一或千分之一，来自附近文明的访客在人类存在于地球之上的时间段内也应该造访过了。但是，为什么我们没有见过他们？可能的答案有许多。

宇宙文明也许可以被分为两大类：在第一类社会中，科学家不能说服非科学家授权进行行星外智慧的搜寻工作，在这种社会中能量只能用于解决内部事务，传统看法仍不能被撼动，整个社会止步不前，从众星中退却；另一类文明中，与其他文明接触的宏伟愿景被广泛接受，大型的搜寻工作正在进行。

一种说法是，外星人或许早已来过地球，但当时人类却还没有出现。

2019年9月， NASA联合美国罗切斯特大学、宾夕法尼亚大学、哥伦比亚大学学者，在《天文学》杂志上发表的论文中得出了这个惊人结论。这项研究也被看成是对费米悖论的最新回应。

该论文第一作者乔纳森·卡罗尔-内伦巴克和他的同事们声称，费米没有考虑到一个非常重要的因素：宇宙中的一切始终都在运动。因为距离太过于遥远（即便在我们自己的银河系内也是如此），来自其他星球的旅行者可能会根据天体的自然运动来推进其探索星系的计划。或许，假想中的智慧和先进文明可能正在从容不迫地等待探索整个星系的最佳时机。

​恒星（及围绕其运转的行星）围绕着银河系的中心以不同的速度并沿不同的轨道运行。它们偶尔也会彼此擦身而过。所以，外星人可能只是在等待恒星运动为他们提供距离目的地更近的时机，然后通过星际旅行登陆目标星球。就像行星围绕恒星运行一样，恒星系统也在围绕银河系的中心运行。例如，我们的太阳系每2.3亿年绕银河系中心运行一周。

如果地外文明存在于相距非常遥远的恒星系统中，如与地球一样位于靠近银河系边缘的生命稀少区域，那么“设法缩短星际旅程”是一个好主意。即等到自己星球的运行轨迹距离其他文明足够近的时候，再发射飞船并派遣殖民者。

倘若是这样，文明传播到其他星球所需的时间将远比此前研究估计的更长。那么，外星人可能尚未到达我们的星球，也可能在人类发展出文明之前就已经造访过。但地球也许还从未被外星人造访，是因为在膨胀的宇宙空间中恒星到处都是，因此在一个邻近文明到达之前，它就改变了探索的目的地，或者已进化到我们不可感知的形式了。

另一种说法是，外星文明或早已发现人类，但人类只是不知情而已，犹如被“圈养在银河动物园里”的居民。

去年3月18日，METI在巴黎的科学和工业物馆召开了一次会议，有大约60名科学家参加，他们一生都在研究人类与假想的外星智慧生命沟通的可能性。“银河动物园”假说最早于1970年代被提出，该假说把地球描述为一颗已经在被“银河动物园饲养员”（地外文明）观测的行星，“饲养员”却故意隐瞒自己的存在，以免被人类发现。

METI负责人道格拉斯·瓦科赫说：“科学家在此次会议上探讨的一个解释是，外星人意识到了地球，正在观察我们，就像我们观察动物园里饲养的动物一样。”而如真是这样，人类就应该加紧努力，制造能够传递给我们的“守卫者”的信息，以显示我们的智力。他还举例说，假如一只被圈养的斑马突然敲出一连串素数，人类必定会重新评估对斑马认知的理解，“我们将不得不作出反应。”

但是，如果人类不是一个巨大的“外星动物园”的一部分—如果外星文明对人类进行了评估，并随后将人类与星系邻居实行“隔离”，那会怎样？会议共同主席、法国国家农学研究院名誉研究主任让-皮埃尔·罗斯帕尔斯说：“外星人可能为了人类的利益主动把我们与外界隔绝开来，因为与外星人交往对地球来说将具有「文化破坏性」。”

而这也是萨根的观点，在宇宙文明中存有某种规则。地外智慧就在那里，但由于某种银河系的公约，某种不要干预新出现文明的伦理规范，他们隐藏了起来。“我们可以想象他们正好奇又冷静地在观察我们，来确定我们今年是否能再一次避免自我毁灭，就像我们观察一盘琼脂中的细菌文化。”

​还有一种说法，就是如果文明在达到一定结束阶段后倾向于自我毁灭，那么人类将只能自己与自己讨论了。“那正是我们正在做的事情，只是做的很糟糕。”一种文明的崛起演化曲曲折折，耗时几十亿年，然后却在不可原谅的瞬间的疏忽中毁灭自己。

中国科幻作家刘慈欣在他的名著《三体》中，则提出了宇宙文明大沉默的“黑暗森林”理论。

在宇宙总体资源固定不变的情势下，地外文明为获取生存下去的机会，避免其他文明的反应而竭力隐藏自己不与地球交流，因为外星人不确定地球人的善恶、不确定地球人对外星文明的善恶，不确定地球人认为外星文明的善或恶，不确定地球认为外星文明认为地球为善或恶等无限的怀疑链导致的不信任。

在星际文明高低不同，为保障生存的前提下，或有以下危机：地球文明高于外星文明，可能引起地球发动侵略；在地球文明低于外星文明的情况下接触，可能引起地球文明快速上升而赶上或超越外星文明而发动侵略；在外星文明发现地球时，地球即便未发现外星文明也并非完全没有机会发现外星文明，因此单纯发现并不存在绝对的安全，更遑论接触。

而宇宙中远非只有2种文明，在双方接触下，也可能被第三方文明发现而带来危机。此外，基于以上两种思维，各个文明在偶然发现对方时，因无法确认对方善恶，且获得确知所需的时间及程度尚未可知，未来是否仍能保障安全亦不能预测。因此，各个文明必须在黑暗的宇宙中选择匿身，且在发现其他文明时，采取主动接触或继续匿身都不足以保证生存；在必须行动时，将毅然选择攻击他方摧毁其文明的方式，以防止自身再被第三方文明发现。

​最站得住脚的解释是，星际文明之间的时间和空间距离确实过于遥远，这使第三类接触变成了短期内不可能的任务。

比如距离太阳系最近的恒星半人马座α比邻星也相隔4.22光年，纵使该星系存在同样乐于并有能力发现和寻找我们的智慧生命，他们要到达地球也需极长时间（很可能超越了物种本身的寿命）。

而人类冲出地球的时间距今也仅五十余年，相比地球诞生数十亿年的时间，所占比例实在是太短（亿分之一）。人类文明能够被地外生命（对方也需具有持续观测能力，否则能够被偶然观测到的概率亦很小）观测到的概率很低，对方观测到并给予能够被人类接受的信号概率则更低一些；而人类和地外文明双方传递的信号都必须够大，才能在以光年计算的星际空间不至淹没而有迹可循。

生命从星系的一部分扩展到另一部分远比信号传递更艰难。因受限于资源供应，没有哪个文明能够在星际航行阶段存活下来。除非它限制自己的人口数量。如果假定100万年前有一个低人口增长率，能够进行星际飞行的文明在200光年远的地方出现并向外扩张，沿路移民到宜居的世界，那么他们的探索星舰应该刚刚进入我们的太阳系。

但100万年是一段非常长的时间。如果距离最近的文明还没有100万年的历史，那么他们就是没有到达我们的太阳系。“一个半径为200光年的球内大约有20万颗恒星并且也许有同样数目适宜移民的行星世界。只有在这20万个其他世界都被移民后，按照事物的通常规律，我们的太阳系才可能碰巧被发现拥有一个原住民文明。”

地球文明和外星文明相遇的前景，也是一个复杂的问题。“仁慈的相遇从来不是人类历史的规则，跨文化的接触永远是直接的、物资的。” 英国物理学家霍金2008年在NASA成立50周年纪念活动上，曾将宇宙比喻成“新大陆”，而人类将迎来一个像哥伦布发现美洲大陆那样的“宇宙大发现”时代。他说：“现在的情况有点像1492年之前的欧洲，人们也许会认为让哥伦布去航海纯粹是浪费钱。但新大陆的发现却让旧世界得到了根本改变……人类向外太空扩展将带来更巨大的影响，它会彻底改变人类的未来，甚至决定人类是否有未来。”历史还记得克里斯托弗·哥伦布发现新大陆后，当地阿拉瓦克人的命运；及西班牙殖民者埃尔南·科尔特斯征服印加帝国后，阿兹特克人的下场。

​地球文明和外星文明的接触的情景，或会如同萨根所言，实际上两个星际文明几乎不可能有机会在同一水平上互动。在任何对抗中，总有一方占据压倒性优势。100万年的领先是巨大的。一个有100万年历史的文明究竟意味着什么？人类拥有射电望远镜和星际飞船（还只是能在太阳系内航行）的时间只有几十年，人类的技术文明历史只有几百年，现代科学理念的历史只有几千年，宏观意义上的文明也仅存在了几万年。“任何一个以我们目前的技术进步速度已经发展了百万年的先进文明，其超越我们的程度就好像我们超越夜猴或者猿猴一样。我们能否辨认出它的存在？一个比我们先进100万年的社会是否还对移民或者星际航行有兴趣？”

不过，假若一个先进的文明真的能够到达太阳系，那么人类对它是毫无办法的。他们的科学和技术必定遥遥领先于地球文明。担心人类可能与之接触的先进文明也许有敌意是根本没有意义的。

“也许我们对接触地外文明的恐惧只不过是对自身落后恐惧的映射，对我们过去历史满怀负罪感的一种表达：曾被我们毁灭的文明只不过比我们稍稍落后而已。我们记得所以我们担忧。”萨根称，“但是如果真有一艘星际无敌战舰出现在我们的天空中，我估计我们也会表现得非常无所谓。”