P378
強納森．沙巴斯坦．巴哈的布蘭登堡第2號協奏曲
(圖上)的音樂被轉成訊號貯存在兩張鍍金的唱片中(圖下)。唱片是被固定在航行家號太空船上，在經過太陽系的外層行星後，現在已離開太陽系往無邊無際的宇宙深處前進中。這些唱片有封套保護著，封套上則記載著使用這些唱片的方法。
P379
第五部
尋找外星文明
而靈魂
若其將認識自己
則必自靈魂的深處
追求探索
是陌生是仇敵，我們都已看見
那鏡中的身影
—喬治塞•菲瑞斯
我們現在正站在一個新時代的開端，在人類的歷史上，我們第一次擁有著與星系間相距遙遠的生命互通訊息的能力。為了開啟對話的機會，讓好夢成真，我們不可以只是一昧地等待，應當要起而力行。有許多的外星文明可能存在於我們這一個銀河系當中，我們應該分析各種可能的通訊方式，並選擇最佳的方法來著手進行。如果這種分析研究淪為少數天文學家的消遣娛樂，那麼我們似乎是不太可能成功搜尋到外星文明。但如果我們小心翼翼地，有系統地搜尋著地球的鄰居們，或許與外星文明的接觸終能成功，就算要花上一段相當長時間，努力所得的結果，終會被社會大眾所肯定。
16.
地球是獨一無二的嗎？
我們的這個時代是人類歷史上，探訪太陽系的偉大時代，因為至少我們正在認清自己所處的宇宙環境。我們利用探測太空船對月球、水星、金星、火星、木星、土星、天王星及海王星做了詳細的研究，人類甚至還登陸了月球，可惜至今仍未發現外星生命存在的跡象。另外，我們對撞抵地球的隕星做了極詳盡的化學分析，不過其中也沒有任何的生命跡象。
雖然這些失敗令人感到沮喪，但至少我們已由此逐漸建立起一套搜尋的系統及方法。再者，經由登陸火星的海盜號太空船傳回的資料，以及對金星深入的偵查研究，這些結果都大大增加了我們對地球生命起源的環境因素以及外星生命發生條件的認知與瞭解。在太陽系的外圍，我們已發現與科學家所認定的原始地球相類似的環境：也就是充滿氫的大氣中，熱能及紫外線幅射將簡單的分子轉換成複雜的化合物。在一些隕星中，我們也已經發現胺基酸以及核甘？？？酸鹼基的存在。這是相當令人鼓舞的發現，因為我們不僅更瞭解地球生命起源的狀況，同時我們也知道生命起始的基本反應是遍佈於宇宙的每一角落。
在研究過火星以及金星後，我們不得不驚歎於一個星球由只能發生基礎化學反應的環境轉換成一個生命能夠繁衍的環境時，內部各種因素條件間所需做的配合調整，是多麼地微妙。為什麼太陽系中只有地球才有這樣的環境呢？是什麼讓地球在眾多行星及衛星中，獨領風騷而成為生命群集的大本營呢？還是這只不過是我們單純地用地球的角度來研討這個問題所造成的結論？又或者地球真的是整個星系中文明生命的唯一所在？
地球的特質？
如果只探討地球獨立且最基本的性質，我們可以歸納出三點，它們的相互關聯造成地球在太陽系中獨一無二的特質：地球與太陽的星距，地球的大小，以及地球擁有質量偏大的衛星。最後一個性質或許較不重要。但這三項特質對於生命起源及進化都有著深遠的影響。
假設地球繞日運行的軌道改變而變成如同金星那般，那麼太陽的幅射增強，將使地球平均溫度上升而會造成大量的水分蒸發，增加大氣中水蒸氣的含量。這些水蒸氣的增加將造成地表散熱的困難，於是地表的溫度又會升高，造成更多的水蒸氣，這種現象使持續循環下去。最後地球便會遭遇曾經發生在金星的相同情形（圖12.6）：溫室效應的失控而終於導致星球的乾涸。高溫也會導致地球像金星那樣產生濃厚的二氧化碳。
假如地球與火星互換位置。那麼由於與太陽的距離增加，入射的太陽能減少，造成海洋溫度下降，並增加兩極冰冠的大小；這將減少大氣中水蒸氣的含量、增加地表的反射率。如此溫度會節節下降直到地球變成一個大冰庫為止。在非常極端的狀況下，地球會全然被冰淹蓋。而一般的狀況是介於形成相當厚的二氧化碳大氣，使地表有較溫暖的氣候型態，或者是在赤道附近會存有溫帶的環境兩者之間。但如果距離太陽更遠些，這些情形就都不復存在。雖然在高量的二氣化碳的大氣下，我們或許可以容忍與太陽稍微遠一點。但是，很明顯地，我們寧可和太陽保持目前的距離。
適當的大小也是同等的重要。在大行星上，氫將無法逃逸，而太小的行星則根本無法保有大氣。這個限制其實便是保有現存大氣的能力大小。如在第14章所提到的，具有如地球般大小的行星相較於小如火星或水星的行星，有著較佳的機會發展出溫暖適宜的環境。較大的行星有較高的機率製造高密度的大氣，因為在它形成及發展的過程中，揮發性元素的聚集和釋氣作用都比較明顯。同時，在所有內行星皆會遭遇的密集衝撞時期，它也比較容易保有大氣。
P383
所以，大小及位置再加上行星大氣的組成分佈是評估行星是否適合生命的關鍵因素。那麼月球呢? 地球有著相當大的衛星，這個事實對於地球上生命的繁衍似乎只是個附加的條件，大家只知道它常與人類羅曼史緊密結合以及它會影響著魚的產卵活動。事實上，月球對我們有兩個相當重要的好處。第一，月球產生的潮汐變化便是形成生物起源的微環境的一個重要環節。(另一方面，太陽也會製造潮汐，不過其大小不到月球所引起的一半，不過這些潮汐本身大概也足夠提供生命起源之所需)。第二個好處便是月球穩定了地球自轉軸的方位。我們已經觀察到火星的自轉軸偏離與軌道面垂直的角度時，會造成火星氣候的多樣變化（見第305頁？？？），但是如果火星有一顆大的衛星應該可以抑制這樣的情形發生。火星自轉軸的角度傾斜是太陽與木星對它的聯合牽引所造成的。根據計算，在地球造成許多生物絕種的冰河時期，可能是因為地球自轉軸小角度的傾斜，以及地球繞日軌道離心率的少許變化所引起的。如果沒有鄰近大的衛星的牽引作用，這種變化就會更加地劇烈。比冰河時期還要劇烈的氣侯變化，對地球上的生物，起碼陸地生物而言，或許就真的是生命的終結者了。
另一方面，並不是一定要有較大的衛星才能維持行星氣候的穩定。如果地球的旋轉週期變得極快或是極慢，也是會達到相同的穩定效果。例如金星，它的旋轉週期是243天，照樣產生相當穩定的行星自轉軸傾。所以，地球、月亮這個系統的特別之處，在於他能穩定地保持每天都是24小時。在自轉週期較長與較短的行星上，生命是如何發展的呢？雖然只能猜想，但我們會認為相應於不同長短的白日週期，會有各種不同的生命形態（例如企鵝和極熊，便是生活在較長的夏日以及相同長度的冬夜）。與地球極為不同的日夜循環，似乎對行星上生命的發展，並無任何先天上的缺陷。沒有月球所引起的潮汐變化，似乎也不會有致命的影響。日潮，也就是由天侯和冷凍解凍循環所引發的水位變動，或許便已足夠形成生命發跡所需要的微環境。
P384
其他恒星的行星系統
太陽以及其行星群的起源與進化，理論上是沒有什麼獨一無二的特質。因此對於具有與太陽相當的生命期以及光度的恒星——也就是說，光譜型式F5到K8的恒星而言，我們應該可以發現一些繞著它們運轉的行星。我們相信所有的行星系統都會有一組由岩石所組成的內行星，並且就和我們所在的系統一樣，有著經由釋氣作用、風化作用，以及逃逸作用所形成的大氣。由我們本身的例子來看，應當不難發現其中某一個內行星的公轉軌道與其所環繞的恒星之間會保持在一個“正確”的距離上。在我們的太陽系中，地球便是保有這樣的一個“正確”距離，而火星與金星離正確的距離也相差不遠；而這三者在它們過去的歷史中，皆有過液態水的存在，只是地球是今天唯一仍保有這種現象的行星。而在我們的太陽系中，有兩個行星（地球及金星）具有適當的大小，但只有地球是在正確的位置上。由此可知，每兩個行星系統中，我們便可以找到一個具有適當大小並在正確位置上的行星。
這還是一個相當保守的說法，樂觀一點地說，應該是自從人類存在以來，幾乎每一個行星系統都有一個合乎要求的行星！這種說法的先決條件是具有地球般大小的行星必須永遠都存在，或者是如火星般大小的行星，如果與太陽的距離近一些，它就能夠支持生命在其上繁衍。雖然這些條件相當有可能存在，但在缺乏更多的證據之下，我們最好還是小心為上。
最後所需擔憂的因素，滿奇怪的竟然是月球！我們並不明白為什麼這個衛星會這麼大（相對於地球的大小而言），也不知道它是如何形成的，因此我們便無法對其他的行星系統作出非常準確的推測。但是，如同前面所說的，相較於其他的兩個因素，具有較大衛星的條件並不是那麼地重要。因此我們可以預估，或許在每4個行星系統中，便會有一個類似地球的行星，位於適當的位置，並有合宜穩定的氣侯供生命滋長。這個一比四的機率是基於在約有二分之一的所有行星系統中，會擁有一個行星具有適當的大小及位置，而這其中又有二分之一將不需要巨大的月球衛星來平衡傾斜度的改變。
不要認為這種數字推演出來的結論是絕對正確的!說不定還有一些我們所不知道的因素，使得地球幾乎是、或者說就是獨一無二。舉例來說，我們還沒有加入地球是太陽系中唯一有海洋的行星的這個因素。如我們所知，大量的水有助於滋養生命，我們假定一旦行星具有適當的大小並位於適當的位置之後，水就會自然而然地出現在這顆行星上。但是一些其他的因素，例如原始太陽系中，含高揮發性物質的隕星及彗星的分佈及數目，都對液態水的出現與否，有極重要的影響。最後，要強調的是如果發現與地球一模一樣的行星，也不能保證生命就一定會在此行星上發展；同時，我們也沒有證據說只有類似地球的行星才能孕育生命。但根據目前的經驗，類似地球的行星是我們在尋找太陽系外星生命的最佳選擇。
P385
進一步地說，我們希望能藉著對其他行星系統的研究，而瞭解我們所處的行星系統是不是有什麼獨到之處。很不幸地目前我們並沒有做這種研究的能力，因為我們僅僅瞭解自己的行星系統，就好比我們只知道一個生命存在的例子一樣。然而，直覺告訴我們，一定還有像我們這樣的星系存在。隨著人類對宇宙愈來愈多的瞭解，我們對於人類的存在是“獨一無二”的這個觀念，也逐漸地瓦解。早期的天文學家認為地球是宇宙的中心。而發現了地球的公轉後，又認為太陽是我們銀河系的中心。而在証明了太陽不過是位於遠離銀河系中心的旋臂的一顆恒星之後，天文學家還是認為銀河系是宇宙中最大的星系之一。而現在我們已知道，連這一點也是不正確的。這並非說我們的存在並不特別，因為想要在浩翰的宇宙中找到一個完全獨一無二的東西，是幾乎不可能的。雖然在一開始，我們只知道一兩顆類星體和脈衝星，但其實這種星體是相當多的，另外還有許多超新星、高銪恒星，以及高密度星際雲氣的存在。由這個角度來看，宇宙中應存在有相當多其他的太陽系，只是目前我們還沒有直接觀察到它們而已。
這個假設是基於對多重星系的研究。我們的銀河系中，也許也包含其他的星系，大部分的恒星都是以兩個一組、三個一組、四個一組、甚至更多個一組出現的，其他星系的恆星大概也是如此（圖16.1）。大部份雙星系的兩個恒星彼此會相當的接近，其典型距離大概等於太陽與海王星之間的距離。這個距離少於鄰近星系平均距離的千分之一，它暗示著在星際雲氣中生成的恒星是不太容易只以單一個體存在的。有非常多的星系與我們的行星系有著相同的空間次元。這個事實指出，如果發現在某顆恆星周圍沒有伴星的出現，我們或許可以預期其周遭應該會有一個小的黑星體或者是有行星系的存在，因為這些應該是由產生該恒星的原始星雲分裂所形成的。
有證據指出，在我們太陽系的巨大物體形成時也有分裂現象的發生。每一個巨大的行星，皆有一群隨從的衛星為伴，而最內層的衛星很顯然地是與行星同時形成的。事實上，在最近發現了冥王星的衛星後，太陽系的九大行星中，只剩下兩個行星沒有衛星。水星和金星可能只是因為它們與太陽的距離太近了：日潮的力量使衛星無法成形或無法運行於一個穩定的軌道上。
P386
圖16.1
半人馬座a星系是與太陽最近的一個星系。這兩個類似太陽的恒星稱之為半人馬座a星A及B，它們可能都有一個或多個類似地球的行星。A星與B星之間的距離大概與太陽到海王星之間的距離相等。此星系中存在另一個較暗的半人馬座比鄰星，它與A、
B星的距離是A、B星間距離的2000倍。
PP386-387
尋找其它的行星系
雖然有許多間接的論證支持其他行星系的存在，但畢竟我們還是想要能親眼目睹。不幸地，如我們在第五章所討論的，這樣的企求非常難以實現。行星藉著對光的反射發亮，但其光度是遠不如照射它的恒星。並且，行星近距離地環繞著恒星，意謂著我們得在天空中幾乎相同的位置上分辨出極亮的恆星和另一個微弱的光點。一個木星般大小的行星，如果它與半人馬座a星A（最鄰近星系的一員，見圖16.1）的距離如同木星和太陽的距離一樣，那麼它的視亮度便只有其恒星的十億分之一!這告訴我們，在前述的距離假設下，即便我們以最精密的望遠鏡也無法辨視出有這麼一顆如木星般大小的行星正運行於半人馬座a星A或B的軌道上。
那麼，我們要如何測知行星的存在呢?
目前來說應該有四種可能的方法：第一，製造一個更精密的望遠鏡，並將它設置於地球大氣外以避免空氣所引起的模糊效應。第二，藉由行星重力對其恒星的運動所造成的干擾變化來發現行星的存在（圖16.2）。第三種方法與第二種方法是相關聯的，也就是利用行星在其恒星軌道上運行時，不同時間對恆星牽引的不同所造成的杜卜勒效應變化（圖2.
10）。第四種方法是試著偵測出行星系正在形成的證據，只要位於有利的位置，我們便能利用恒星周遭依然充裕的塵氣來識別出正在形成中的行星系（見第四及第十一章）。
雖然我們已得到一些頗為有趣的暗示，但這種利用行星影響恒星運動的變化來尋找行星的方法（方法2及3 ）尚未能使我們明確地偵測出另一個太陽系的存在。另外我們也尚未有設置於軌道上，全職於行星搜尋工作的望遠鏡（方法1 ）；哈柏太空望遠鏡並不是設計來偵測在恒星強大光體背景下行星反射的微弱星光。但不管如何，這具效能極佳的望遠鏡對於第四種方法一也就是在尋找尚在成形第一階段的太陽系上，應當是可以勝任愉快的。
在藉著地球上的觀察站來對成形初期的行星所做的一些研究上，天文學家已掌握了相當的發展成果。例如利用大型的電波望遠鏡來尋找圍繞於年輕恒星的圓盤，這可以作為行星系正在成形當中的證據。數個諸如此類的圓盤已經被發現，而其中有一個圓盤（至少目前為止）內的氣體乃是依循凱卜勒行星運動定律旋繞著恒星。另外在1983年，由紅外天文衛星IRAS對圓盤的觀察中也指出，一些恒星所幅射的熱能比其本身預計所能幅射的還要多(圖4.4)。這些證據足以顯示塵粒會圍繞恒星運行，它們會被星光籠罩而保持溫暖，就如同地球或金星，被太陽照熱後，以紅外光波段輻射出這些能量。
P.388
圖16.2
當一恒星為行星所環繞運行時，其本身也會循著這個恒星—行星系統的質量中心產生軌道式的運行。由於這整個系統又緩慢地繞著銀河系的中心運轉，因此恒星的運動便不再是直線，而會有些擺動。對於一些和我們最接近的恒星而言，這種運行上的擺動是可以被偵測到的。
然而這些塵粒是在雲氣裡還是在圓盤之中呢? 至少在繪架座b星，這個可從南半球用肉眼觀察的恒星上，我們是有圓盤的光學証據。在1984年，布雷德佛•史密斯和理查•泰瑞爾便利用一種阻隔恒星本身放射光的光圈圖（Coronagraph）裝置，記錄了環繞恒星周圍的圓盤所發出的光（圖16.3）。繪架座b星的圓盤，直徑大約有2000 A.U.，遠比我們太陽系中冥王星80
A.U.的軌道直徑大了許多。但是有証據顯示，在靠近恒星30到40 A.U.的圓盤直徑範圍內幾乎是空無一物的。必定有一些巨大的物體必運轉於恆星軌道上，才會造成此一狀況。只要二個巨行星分別在5到7
A.U.以及30 A.U.的位置上，便可以形成這樣一個空虛區域，當然，這不是唯一的可能性。
P.389
圖16.3
這張圖像是由繪架座b星的正向影像除以繪架座a星的負向影像而得到的。兩恒星皆以光圈圖觀察。藉由這種圖像的組合方式，除了繪架座b星明亮的新月形光環仍可見外，幾乎所有的散射光皆被消除了。繪架座b星的圓盤呈現明亮的斜線分佈，在恒星的兩邊各有約1000 A.U.的分佈距離。
且前為止，繪架座b星的圓盤是唯一被偵測到的。隨著搜尋的持續進行，繪架座b星的系統也會在未來的幾年中被更詳盡仔細的研究。是不是真的有一些成形中的行星環繞著這一顆南方的恒星運轉呢?如果這是真的，那我們將不難證明我們的太陽系並不是獨一無二的。同時，目前太陽系外的“行星最佳候選人”已在不經意中被發現了：它運轉於超新星爆炸後所產生的中子星的軌道上（第6章）!
波多黎各阿里西柏觀測站的電波天文學家一直在尋找運轉於脈衝星（超新星爆炸的殘餘物，自轉的速度很快）的物體，並在1992年公佈了他們尋找的結果（見第144頁?？？）。尋找這樣的星體，必須要能非常精準地調整電波脈衝抵達的時間。依照這種方法來分析，由距離地球1600光年的脈衝星PSR1257+12所發出的訊號，其抵達時間的差異，似乎告訴了我們有兩個行星體存在的可能。
P390
這些時間上的測量顯示電波脈衝抵達的時間，時早時晚，並且這種些微的時間差異是週期性的重覆出現。電波天文學家因而認為產生脈衝的中子星本身必定是依循脈衝星—行星系統質量中心的小軌道運轉。因此，脈衝才會時遠時近，與我們的預期有所出入（見圖16.2）。藉由相當準確的脈衝時間測量，我們發現脈衝星是被兩個運行於其軌道上的物體所相互牽曳著，它們的運行軌道半徑相當於水星到太陽的距離。這兩個物體的質量約為地球的2.8及3.4倍—遠比木星的質量小，因此它們應當是行星而非恒星或者星體爆炸後的灰燼。
在距離這麼遠的地方觀察，我們居然也能推論發生於1600年前的狀況，算是相當厲害了！有關運轉於脈衝星附近的物體的研究中，最令人驚奇的是：天文學家能分辨出它們那近乎圓周的運行軌道。非圓周的軌道會使得脈衝抵達時間與無軌道存在下的時間差值出現不穩定的變化。而由觀測上得到的規律變化，我們可以斷定脈衝星兩物體的運行軌道與地球運行太陽的圓周軌道相去不遠。
令天文學家驚訝不解的是恒星如何在爆炸後（就我們目前所知，這是脈衝星形成的唯一方法），留下兩個小的物體，並以近乎圓周的軌道運行?任何恆星爆炸後，其彈向宇宙的大碎片，將明顯破壞附近行星的圓周軌道，而且這種偏離是完全不可補救的。一些天文學家則懷疑事實上這些行星必定是在恒星爆炸後的百萬年間才形成的！若果真如此，那麼我們便不難解釋這些環繞恒星運行的碎片如何形成行星。加州大學聖塔克魯茲分校的兩位天文學家，史丹•伍思利以及羅勃特•林便提議將這類的行星暫時命名為鳳凰（如果它們生成自恒星爆炸的灰燼中）或者是復活者（如果它們是超新星爆炸下的倖存者）。
由於這些新“行星”的特異性質（依照我們的標準），使得許多天文學家對這些運行於PSR1257+12軌道上的物體的存在與否，持有極端保留的態度。然而觀測脈衝星所得到的數據顯示，雖然這些物體有著較奇特的性質，但它們可能是第一批被發現環繞在除了我們太陽以外的恒星（或以前是恒星）運行的行星。
P391
類恒星
在等待尋找其它太陽系的技術全面提昇之際，我們可以先在附近的星系中尋找較有可能的對象。許多天文學家相當自信於它們可以由行星系普遍存在的事實推論出任何與太陽有類似光譜型式的恒星，皆有它所屬的行星群為伴。基於聯繫方便的原因—如使用火箭或無線電，我們對鄰近恒星附近的行星群較有興趣。因此我們篩選了距離太陽13光年內的23個恒星系做為研究的出發點（表16.1）。
有半數以上的恒星系統為多重星系。而其中只有三顆恒星（半人馬座a星A，天狼星A，以及小犬座a星A）的亮度比太陽高；也就是說，只有這三顆恒星在主序帶上的位置比太陽高。其他的恒星皆位於主序帶的低位，例如光譜級K和M，或者（如天狼星及小犬座a星的伴星）已進化到白矮星的階段（見第六章）。我們應該感到慶幸擁有太陽這個質量高於其他90%的恒星做為我們能量的來源並提供絕對的亮度。此外，像天狼星A雖然比太陽還要亮（其光度是太陽的23倍），但卻不能如太陽般持久。事實上，天狼星A的星齡必定少於十億年，否則它早就跟其白矮星的伴星一樣，隨著進化而脫離了主序帶。
我們希望的恒星至少在主序帶上待上50億年，如此才能增加文明生命在行星上發展的可能性。這種考慮直接將天狼星A及小犬座a由名單上剔除。如果一顆恒星有自己的行星系，我們也希望至少其中有一顆行星的溫度能適合生命的發展。在水或者阿摩尼亞為生命發生要件的前提下（見第235頁？？？），我們需要溫度保持在0到100oC（水）或者-108到-33oC（阿摩尼亞）之間。所以在-108到100oC之間皆是可行的溫度，當然，我們仍然傾向於認為生命在高於0oC的行星上，才有可能生存發展。
在我們自個兒的太陽系中，只有地球和火星的表面溫度在要求的範圍之內。金星如果沒有大氣存在，溫度會在45oC左右，然而由二氧化碳所組成的大氣卻使得其地表溫度高達475oC。如果將金星剔除，我們會發現對於太陽或類似太陽的恒星而言，與其距離為地球和太陽間距離的0.85到2.0倍的行星，其地表的溫度將最為適宜（圖16.4）。
P392
表16.1
與太陽距離少於13光年的恒星
註解＊： 粗體字顯示出表中與太陽類似的恆星：光譜型式在F5與K3之間。
P393
只有在這個相當窄的“適居帶”中的溫度才適合生命的生存。地球及火星這兩個曾有液態水存在的行星便符合這樣的條件（火星現在已經沒有液態水的存在）。然而這個適居帶的大小多少也受到行星大氣的成分及厚薄的影響而有所變化，因為這些因素會影響溫室效應所能保有的熱能大小。另外我們也必須將類似歐羅巴（木衛二）衛星的狀況納入考慮，在這種情形下，行星造成衛星上的潮熱將使得溫度超出我們預計的範圍。
由表16.1中可以看出，如果想要找到行星溫度在適居帶範圍內的恆星，我們必須將注意力轉移到極靠近微亮K和M級恒星運行的行星群身上，這些恆星佔了表的大半部分，類似太陽的恆星在表中所佔的比例較小。因為這些低光度的恒星有著非常長的生命期；因此繞其運轉的行星群便可以享受到數百億年穩定的恒星光源，不像太陽只給予地球短短100到110億年的光能。
圖16.4
溫度決定了恒星周遭“適居帶”的範圍。過於接近恒星的行星，其溫度過高，分子將無法存在，更遑論生命發源所需的複雜反應；相反地，距離過遠，則行星溫度太低，分子也一樣無法形成。有一個例外便是如果發生類似木星的情形，它能藉著潮力的發散作用而增加鄰近衛星的溫度。
P394
行星必須要多靠近一個猶如巴納德星般的M4恒星才可以呢？這個次鄰近的恒星系有著一個暗紅色的恒星，其每秒放射的光度不及太陽光度的二千分之一。對一個行星而言，若想自巴納德星接受如同地球自太陽每秒每平方公尺所接受的能量，那麼它與巴納德星的距離就必須是地球與太陽間的1/45。換句話說，就算是水星與太陽之間的距離都嫌太長。
在如此短的距離下，另一個問題又隨之產生了：行星的公轉與自轉間因重力而鎖定的可能性，這會導致行星的某半球永遠面對著恒星。例如月球以及木星的五個內衛星，都是這樣的情形，而水星軌道的離心率則是形成一個3：2的共振（見第274頁?？？）。這種自轉的鎖定對生命有多壞的影響呢?一般我們會傾向藉由各種不同的環境—如乾濕、結冰化凍等變化—來幫助生命轉換的過程。當然，我們不排除別種方式也可能導致生命的發源。一個不能自轉的行星，如果有足夠厚度的大氣，它也能對這種永晝或永夜的狀態有適當的調節。我們也不能排除這些M級矮星先前可能也是適合居住的行星群中心；不過與它們那為數較少但光度較高的姊妹星比起來，這個可能性倒是比較低的。
恒星周圍的適居帶，因其間的行星具有適宜生命發展的溫度，所以常被冠以“生態圈”的頭銜。由於大部份恒星的光度都比太陽小，因而它們的適居帶也相對地比較小（圖16.5）。尋找最有可能擁有適合居住的行星群的恒星時，我們便可以縮減表16.1中所列的長串名單。而事實上，由於天狼星A和小犬座a星A的生命期太短，所以它們都可以不列入考慮，而與太陽相距在四個秒差距內，並且有適宜大小生態圈的候選者則分別是半人馬座a星A和B，鯨魚座t，以及波江座e星。現在讓我們對這些候選者一一做簡單的探討。
半人馬座系統（圖16.6）擁有兩個相當明亮的恒星A和B（其光度分別是太陽的1.5和0.44倍）以及第三個極微暗的恒星，稱之為半人馬座比鄰星，它的光度不及太陽的萬分之一。天文學家一度認為多重恒星系統非常不適合行星的存在，因為來自不同恒星的重力相互牽引，會抑制行星的形成，或是使已形成的行星無法具有穩定的軌道。
P395
圖16.5
一個類似太陽恒星的適居帶會比類似巴納德星這種晦暗紅色恒星的適居帶大得多。如果我們以溫度範圍-1800c到1000c為標的，那麼太陽周圍的適居帶便涵括地球軌道距離的0.85倍到2.0倍，而相對的，對巴納德星而言，其適居帶範圍則只有地球和太陽距離的0.02到0.06倍。請注意，巴納德星的適居帶甚至比圖示的還要小。
現階段的觀點則對此沒有定論。但我們依然對多重恒星系中，擁有穩定軌道的存在，持著相當悲觀的看法。在下列兩種情形之中，如果任一情形發生的話，雙星系中的穩定軌道是有可能存在的：一是行星的運行軌道必須靠近兩顆恒星中的一顆，同時這兩顆恒星是依循它們的質量中心而運轉，或者是行星的運行軌道距離這兩顆恒星都相當地遠。
假如行星的運行軌道，與半人馬座a 星A和B這兩顆分別有G2及K5光譜型式的恒星中的任何一個相當靠近，那麼這兩顆恒星便能支持行星上生命的發展。因為A和B星的距離是地球到太陽的25倍，我們不難想像環繞這兩顆恒星的行星，其運行軌道便如同我們系統中的內行星軌道一般。如此一來，對於居住在其中一顆行星上的居民來看，另一顆恒星便好比是個巨大的月亮，而且比我們的月亮明亮千倍，當然比起軌道中心的恒星亮度而言，則又是晦暗千倍了。這個“超級月亮”頭半年會在白天出現，然後又在下半年的夜晚現身。而這兩顆恒星暗橘黃色的光澤則為天空增添了更多美感（圖16.7）。
P396
圖16.6
半人馬座a系統由三顆恒星組成，其中A,B兩顆恒星與太陽相當類似。三顆恒星皆繞著此系統的質量中心而運行，但A和B的距離約為地球和太陽間距離的25倍，另外，半人馬座比鄰星與質量中心的距離是A、B距離的2000倍—也就是地球與太陽間距離的50,000倍。圖16.1所示便是半人馬座a星A和B的照片
另外一種情形便是行星的運行軌道離兩顆恆星都很遠，如同半人馬座比鄰星的軌道一般(圖16.6)。雖然這樣的軌道相當穩定，但並無助於我們對生命的搜尋，因為這般的長距離使得半人馬座a星A和B對於半人馬座比鄰星而言，它們的亮度尚不及我們的月亮哩！想要生命在這樣的情形下發生就好比冀望生命能在月光下衍生發展般的不可能。
雖然如此，我們依然可以想像有一個極靠近半人馬座比鄰星運行的行星。但是這一顆M5恒星是如此的晦暗寒冷，這使得我們面臨到與巴納德星相同的困境：適合居住的行星必須要有非常小的軌道。如果地球以它現在和太陽的距離環繞半人馬座比鄰星運行，那我們看著這個新“太陽”就如同一個紅色的小圓盤，它的亮度是滿月亮度的60倍，但體積大小看起來卻只有滿月的十分之一。如果以此為我們的主恒星，那我們生存的機會將是微乎其微，唯一可取的也只有A、B兩顆恒星在天際間相互輝映的美感罷了！
如果向著比半人馬座a更遠的宇宙深處去尋找，下個雀屏中選的將是波江座e和鯨魚座t。波江座e是一顆K2恒星，光度僅有太陽的百分之30，與半人馬座a B星相當。對它而言，如果行星與它之間的距離相當於水星或金星與太陽的距離，那麼這些都算是在適居帶的範圍內。鯨魚座t則是一顆G8恒星，光度是太陽的百分之47，所以它比波江座e更像太陽。因此它有個適中的生態圈，大小則介於波江座e和太陽的生態圈之間。另外印地安座e和61天鵝座A也是可能的候選星球，它們的光譜位置低於波江座e，但相去不遠，可惜的是光度卻分別減弱了53及74個百分比，這使得它們的排名落後。
P.397
圖16.7
環繞著半人馬座 a A星或B星運行的行星，它的天空將可見到一黃一橘的兩個太陽，而其中一個明顯地較為明亮。而半人馬座比鄰星看起來則是顆晦暗的紅色星體。
鯨魚座t以及波江座e都曾引起科學家們的興趣，並且從最早的電波搜尋開始，天文學家都將其搜尋的觸角指向這兩個恒星，希望能夠偵測到文明生命的存在，然而至今仍一無所獲。半人馬座a星系之所以沒有獲得同等的重視，主要還是因為設置在北半球的電波望遠鏡並不能觀察到它，而且電波望遠鏡又是今天我們賴以偵測人造訊號的主要利器。
P398
表16.2
銀河系中主序星的預估資料
註解＊： 我們假設銀河系總共有三千億顆恒星。非主序星約佔總數的0.8 %。
P419
德瑞克首先指出，在上述的情形下，在回訊抵達時（即使是從最近的鄰居所捎回來的訊息）多半的文明也已經消失了。我們必須強調，在方程式中所謂文明的“存在期”是等於該文明“能”通訊，而且“願意”通訊的時期長短。如果某個文明不對身外的宇宙感興趣，那麼即使該文明再先進，在我們以通訊為目的的定義下，也無法算是“文明”。
文明之間彼此相隔甚遠，因此根據它們在消失之前可以交換訊息的臨界距離，可以算出每個文明的平均存在期約是3500年。要是平均存在期短於此，便發生“來不及通訊”的悲劇，而比較長的平均存在期可以讓多數的文明，與其近鄰起碼交換一次訊息。
如果一般文明能存在約3500年，又如果銀河系在任何時間都包含約3500個文明，則相鄰文明平均相隔約630秒差距（2000光年），因此以光速傳遞訊息，來回一次需時4000年。假如某個文明的存在期不到3500年，那麼它（我們也是一樣）甚至還沒來得及和最近的文明交換訊息就消失了。相反的，假如文明的平均存在期超過3500年，則最近的文明應該距離其不到630秒差距，那麼在文明成為歷史之前，能夠來來回回傳送幾個（如果我們幸運的話，可能有很多個）訊息。
有關銀河系內文明個數，我們的最佳估計是它等於文明的存在年限。文明個數愈少，鄰近文明相隔也就愈遠。圖17.5繪出銀河系內文明的估計個數N， 相對於文明平均存在期的關係。粗線表示個數與文明長短的關係，分別在N＝L的情形（也就是如果銀河系中的文明數目等於平均存在期），以及另外兩個極端的情形，N＝300L（我們所能預估的最樂觀的情況），和N＝L/(一億)
（不利的情況）。
圖17.5中穿過粗線的虛線，代表對於那組N與L的關係，在我們給定某個間隔距離與存在期的狀況下，能夠雙向通訊的次數。讓我們舉個例子，譬如我們相信N等於L，那麼如果L等於100,000年，鄰近文明的平均距離將是約200秒差距（650光年），而兩個相鄰文明能夠交換約100次的訊息，直到其中一個文明消失為止。
P420
圖17.5
依我們對德瑞克方程式中不同數值的估計，我們對於文明存在的長短L，與銀河系內存在的文明個數N兩者之間的關係，推導出不同的結果。此圖繪出N＝L，N＝300L，以及N＝L/100,000,000等三種情況。圖中亦繪出在某個文明存在的期間，與其他文明雙向通訊的次數。如果我們知道與N與L的關係，那麼次數就只依L而定。
圖17.5解答了我們所提出的四個問題：有多少文明？他們存在多久？他們願不願意接觸？我們如何和他們通訊？
先不要操之過急，我們必須注意到在思考這些問題時，我們是當作現在這個時刻具有完全的代表性。事實上，我們銀河系的年齡是有限的（100億年左右），而隨著銀河系漸長，應該會有愈來愈多的行星能發展出文明。這個效應會讓我們在使用德瑞克方程式（第409頁？？？）時，其過程比我們之前提到的更複雜一些，因為我們必須考慮一項事實，就是很多恆星還不夠長命到足以產生智慧文明。
P421
那麼存在期L有多長呢？ 一個典型的文明要多久才會消失呢？ 雖然地球上沒有人知道這個問題的答案，但我們可以想像，一旦某文明達到人類社會目前的程度，他之後會有哪些可能的發展。
仿地球文明的進一步發展
對於比我們先進的文明，我們只能憑猜測，因為我們必須從已有的經驗中推測未知。人類社會一個可能的結局，是全面戰爭導致文明的毀滅，而根本產生不了我們所謂的先進文明（除非數千或數百萬年後，經過多次毀滅與重建的循環，終於達到穩定的社會）。在推測未來的進展時，我們可以猜想不久的將來會如何，也能夠推論出從物理定律加諸在任何社會的一些不可避免的發展侷限。例如，我們可以推想，與另一個文明接觸會增加文明的存在期，因為人們對自己的能力有了新的觀點。我們也能說，不論文明多麼先進，都無法做出超光速飛行的太空船。然而總是有可能尚有我們不瞭解的物理領域，擴展了我們的物理定律，也超出我們的想像，而提供全然嶄新的觀念。
有關人類未來如何影響太陽系的其他部分，最常見的預測是，人類將試圖使用我們周圍的空間，就如同我們已經利用地球這般。也就是說，我們將會提取我們需要的資源，來建造家園、辦公室，及體育場；來生產物品給其他的人享用，以及把各地開發成度假勝地。簡單的說，我們將會開拓太陽系，甚至可能更遠的太空。
近年來主張拓展太空的歐尼爾 (Gerard O'Neill) 曾領導研究群做出預測，他們認為從開始建造起的40年內，太空殖民的人數將達數十億人。歐尼爾說現在就是開始的時候，在未來的十年內，從月球上開採出來的物質，將透過超導彈弓射向太空，收集一個地方，而此處與月球的距離相當於地球與月球的距離，並在此建造出第一批太空站（圖17.6）。寧可在月球上開採，而不在地球上，是因為要把同樣質量的物質射向太空，在月球上所需的能量只有在地球上的百分之5，因為月球上的重力要比地球小得多。
P422
圖17.6
歐尼爾 (Gerard O’Neill)
以及其他科學家曾提出旋轉柱體太空船的構想，這些太空船利用太陽能提供居民所需，而旋轉的目的則在模擬地球的萬有引力。
由於月球表面富含氧、矽、鎂、鋁、鐵，及銅等元素，歐尼爾認為要提煉出有用的物質並不困難（提煉後剩下來的東西則用來阻擋紫外線及宇宙射線），然後用這些物質來建造柱狀的太空站，每個高數公里，直徑約半公里。這些太空柱體每個能容納幾千人，而以旋轉模擬萬有引力的效應（圖17.7）。後來構想的柱體，更大、更高，每個能容納百萬名居民，同時利用太陽能以及從月球表面取得的物質來提供居民所需。
P423
圖17.7
在旋轉的太空船內，一條條的“陸地”與“天空”交錯組成，因此當太空船旋轉而造成萬有引力的效果時，每一條陸地便覺得好像“在下面”。
甚至在地球與月球這個系統的附近，我們都有足夠的空間容得下上千個太空站，每個太空站能滿載數十億個也許一輩子都活在太空裡的人。歐尼爾提議這些太空基地的初始任務，是利用月球取得的物資建造大規模的發電站，把太陽能轉變成微波傳送至地球，以提供各地的電力所需。這些太陽能發電站將放在地球赤道上方的同步軌道上，距離地球表面大約36,000公里處（圖17.8）。以這種距離運行的物體，繞地球一圈所需的時間，和地球自轉一圈相同，所以如果這些物體繞行的方向與地球自轉的方向一樣，對於地表的觀測者而言，它們看起來似乎是靜止不動的。
P424
圖17.8
克拉克 （Arthur C. Clarke） 最早提出，當某物體以離地心42,000公里的距離（離地球表面36,000公里）繞行地球，運行軌道一圈需費時24小時。因為地球自轉也需要同樣的時間，因此在地球赤道上方的同步軌道上，由西向東運行的人造衛星，看起來會“靜止”在固定的位置上。
開拓銀河系
就我們討論的目的而言，歐尼爾計畫提出的關鍵問題，都是針對一般典型的文明。我們不確定地球文明是否為典型的文明。大部分的文明已經開始開拓它們家鄉附近的太空了嗎？這樣的開拓已經到達多遠了呢？
我們又再一次被問倒了，但是科學家想辦法從物理的基本知識裡，找出一些解釋及看法。假設某個文明真的開始一再反覆地建造太空殖民站，終至大多數的人口都住在太空中，而不是在家鄉的行星上。他們為何要這麼做呢？
有些科學家推測在太空站上的生活會比在行星上還容易控制。起碼在理論上，太空站裡的居民可以製造自己最想要的氣候、大氣，以及政治情況。（至於某些太空站是否會試著征服其它太空站就不得而知了。）太空站也能提供比行星表面更多的生活空間。我們居住在地球最外層的表面，地球大部分的物質都在我們居住地方的地底下，而我們只能在地球6400公里半徑的最外面幾公里開採礦產。要是我們能把像是木星這樣的行星的所有物質都分解攤開，那麼所能獲得的原始物質不只是可以供應數千，或數百萬太空居民，而是可以供應上兆億的人口。這些太空站將分佈在太陽周圍，因此能最有效地利用太陽發出的光能（圖17.9）。
P425
圖17.9
一個高度演化的第II型文明或許會擷取其恆星全部輸出的能量，做為己用。如此一來，我們會完全看不到這顆星—而只會收到該文明漏出的紅外輻射，因此而認為此天體的溫度只有幾百度K。
在軌道上的地球只接收到太陽發出能量的十億分之一1。換句話說，我們得有十億個地球圍繞在太陽周圍才能收到全部的太陽能。雖然我們沒有十億個地球，卻能夠建造太空站，以完全接收太陽所發出的光與熱。至少理論上，太空站能養活地球目前人口的十億倍，也就是五百萬兆 (5X1018) 人，完全利用太陽能種植米糧，推動機械，同時享受生活！
P425
註解1： 即使是太陽輸出能量的十億分之一，也相當於目前地球上我們所需能量的10,000倍，這也是為什麼如果能找到簡單的方法，把陽光轉化成其他有用的能源形式，便能長期解決任何“能源危機”。
P426
有關終將從地球往太空殖民發展的推測，和物理學家戴森 (Freeman
Dyson) 早先的一個想法一致。戴森提議一個先進文明會希望利用所在的行星系統當中的一顆行星的物質圍住恆星，而“收取”其能量。在這個情形之下，此文明的人口會仍然維持少數，且留在原來的行星上，但是現在會有無窮多的能量任其使用。讓我們假想先進文明已經發展到如歐尼爾或戴森所推測的情形，那麼，如果我們試著想要找到他們中心的恆星，我們是會找不到。相反的，我們會偵測到環繞在周圍的物質殼層所發出的紅外輻射。如果太空站或是某種輻射收集器，接收到恆星的輸出能量，因而維持高於絕對零度的溫度（如地球表面的300K），它們就一定會向太空輻射紅外線。
我們或許能以這些紅外輻射偵測到這些文明，就如同IRAS紅外衛星偵測到環繞在繪架座β星（第387頁？？？）旁邊的盤狀物質。要區分是恆星包覆在由太空站圍成的繭當中，還是恆星深埋在塵埃雲氣當中，我們可以在不同的幾個遠紅外波段度量整個系統發出的能量。這些來自戴森太空站的長波長（低頻率）波段輻射，會類似來自單一、龐大的物體發出的熱輻射，而環繞在恆星周圍的雲氣或是盤狀結構裡的塵埃顆粒，則會發出隨著波長迥然不同的能量分佈。雖然如此，還是可能會有混淆的情形發生，因為小顆粒和太空站可能都在恆星周圍。如果說某個看不到的天體，只因為其具有奇特的光譜能量分佈，就意味了先進文明的存在，這恐怕是很難說服科學界的。存疑的理論家一定總是能夠找到替代的解釋，用完全天然的現象來解釋數據。
因此我們不能指望偵測到一個以太空站形式包覆著母恆星的文明，除非我們能加入它們的無線電通訊（見第19章）。為了引用方便，天文學家稱利用母恆星所有發出的能量的文明為「第II型文明」 (Type II civilizations) 。這個由蘇俄天文學家卡達歇夫
(N. S. Kardashev) 發明的專有名詞，稱第I型文明為像我們一樣的文明，也就是瞭解基本的物理定律，能嘗試星際通訊，而尚未把恆星用太空站包住以便利用所有恆星能量。這樣的文明，例如我們自己，每秒鐘能用到母恆星所釋出能量的兆分之一，因此如果我們以能量的使用來看，第I型文明只達到第II型文明兆分之一的水準。
P427
把第I型文明定義成像我們一樣，是個消耗能量的文明；而第II型文明是個收取到他們恆星所有能量輸出的文明；卡達歇夫進一步定義第III型文明為能夠收取並利用整個星系能量的文明（圖17.10）。因此第III型文明每秒鐘使用的能量大約是第II型文明的一兆倍，而第II型文明每秒鐘使用的能量又是像我們這種第I型文明的一兆倍。異想天開嗎？只有從我們的觀點看才如此。由於巨型星系幾乎包含一兆顆恆星，一個第III型文明（按照定義）所能利用的能量，的確是單一星球能量輸出的一兆倍之多。我們在第18章會看到，在星球間旅行非常困難，但是並非不可能，只不過需要撥出千萬年或百萬年的行程。我們自己這個第I型文明並沒有投入這些大型航行的念頭，但是第II型文明可能比較有遠見，而決定花上數十億年左右來開拓整個銀河系。
圖17.10
第III型文明接收整個星系發出的能量。這樣的文明或許會自娛一番，依照其喜愛的美感把星系重新擺飾成不同的圖樣。
P428
我們的銀河系沒有第III型文明。我們有把握這麼說，因為我們能看到自己太陽的能量自由自在地向外流，同時不論我們從哪個方向看出去，都能看到整個銀河系（除了那些沿著銀河系的盤面以外）。當然，有可能某個第III型文明現在就在銀河系中發展，而我們只居於比較不引人興趣的銀河系一隅，是個晚一點開發也無所謂的能量來源2。我們無法可靠地估計銀河系中第II型文明的數量。從使用能源的角度來看，一個第II型文明站在我們（第I型文明）面前，就好像我們站在一群蜜蜂之前一樣具有優越性。由於第II型文明得需要相當長的時間—起碼幾千年—才能包住它們的母恆星，我們能頗有把握的說，只有已經有非常程度穩定性的第I型文明才能演化進入第II型。
註解2： 從我們能看到銀河系中上兆顆恆星的這個事實，立刻告訴我們一個“純粹”的第III型文明在此不存在。但是我們無法排除這個可能：在銀河系中心附近的千萬顆恆星，可能正被某個將要完成第二型階段而向外擴張的文明，以收取能量的繭包圍住。
我們又一次面臨嚴重的資訊不足—在這裡我們不知道一旦某個文明達到第一型的狀態，他的平均存在期有多長。如果這個平均存在期低於，就說500年吧，那麼我們預期銀河系中幾乎不會有幾個第II型文明的存在。另一方面來說，要是平均存在期遠超過幾千年，則情況顯然適合讓很多第I型文明進化成為第II型。然而一個第II型文明有什麼樣的計畫，或是有何設備來進行星際通訊呢？
在和這樣一個文明談話之前我們是不知道的。似乎可以確定的是，任何一個第II型文明會比我們用更長遠的眼光來看生命，並且很有可能銀河系中所有的第II型文明現在彼此都互有通訊。說不定它們對於將來的成員採用了一項政策，好像奧勒岡州那樣，意圖阻止過度開發自然美景。說不定第II型文明的銀河組織已經決定不再接受新的會員了。如果文明先進們用高度集中的雷射光束（或類似的東西）來彼此通訊，我們從地球上要找到它們是極不可能的。
對先進文明發展模式的推測不應該限制了我們試圖解答第四個問題的努力：星系通訊如何進行呢？雖然事實上我們仍未偵測到星際通訊，但一些暫時性的答案就足以成為單獨的一章，也就是本書的下一章。
P429
結語
當我們嘗試估計我們可能通訊的文明數量時，我們面臨一個艱難的問題，也就是不能夠憑空猜測。如果我們只估計銀河系中現在有多少個有能力通訊的文明存在，那麼我們能建立一個公式，以七個關鍵項目的乘積來表示此個數。
公式中的第一個數字是銀河系中的恆星數，這必須乘上（2）類似太陽的恆星個數比例，這些恆星的壽命長到足以在周圍發展出生命。如果我們把這個結果再乘上（3）每顆恆星的平均行星數，再乘上（4）行星中具有適合生命起源條件的比例，這些行星都繞行壽命長到足以發展生命的恆星周圍。接下來我們要乘上（5）在這些行星中的確曾在其歷史上的某段時期發展出生命的比例。然後我們必須乘上（6）這些有生命的行星上，發展出有能力通訊的文明。這六項相乘的結果，是銀河系中某段時期裡出現智慧文明的行星個數。為了要得到銀河系中現在的文明數量，我們必須乘上最後一項（7）具有能力及意願通訊的文明的存在期，與銀河系整個生命期的比值。
這七個項目的乘積讓我們估計出銀河系中目前存在並且我們可能和他們交換訊息的文明數量。當我們把各項最好的估計值帶進去，我們發現這個重要的數字（文明數量）大約等於L，這裡的L是文明達到通訊的能力，而且有意願通訊的存在年限。如果L等於一百萬年，那麼我們預期銀河系中現在約有一百萬個文明有能力、也有意願進行星際通訊。要是L只等於100年，則又大不相同了，因為這樣一來該種文明在任一特定時間內的數量，就只有約100個。
L的數值愈大，表示文明的數量愈多，這表示相鄰文明之間的平均距離比較小。例如在L等於3500年的情況下，相鄰文明之間約相距630秒差距。L的數值比這個數字小，表示在還沒能和最近的文明鄰居來回交換一次無線電波訊息之前，大多的文明就已經消失了。另一方面，如果等於2千萬年，那麼鄰近文明間的平均距離便應該只有區區的35秒差距，各文明之間因此得以在彼此共存的數百萬年期間，來回交換數千次的訊息。我們不知道銀河系實際的情況比較接近上述的哪一種情形，只有在找到其他文明後，才能回答這個問題。
P430
問題
1. 為何德瑞克方程式中任一項的誤差—例如對於每顆恆星擁有的行星數，高估或者低估了兩倍—和每一項個別的誤差，對於最後結果的影響是相同的？
2. 為什麼我們對文明平均存在年限的估計，會直接影響到銀河系中現存文明數量的估計值呢？
3. 為什麼科學家們相信德瑞克方程中某些項應該可以估計地更準確呢？ 舉例來說，科學家覺得對“在適合生命發展的行星上，生命已經發展出來，或將會發展出來的比例”的估計，比“外星生命的平均存在期間”的估計，來得有把握，其理由何在？
4. 銀河系內文明之間的平均距離，對於我們和其他文明通訊的機會，有什麼樣子的影響呢？ 舉兩個特別的情況，分別是N＝10,000以及N＝1百萬，比較一下在這兩種情況下，我們預期離我們最近的文明，距離有多遠？
5. 如果銀河系內文明的平均存在期間不到3500年，那麼我們恐怕無法和別的文明進行雙向通訊。為什麼會這樣呢？
6. 利用 N＝L（此處N是任一時刻我們銀河系所存在的文明數量，而L是文明的平均存在期間） 估計在L＝1,000,000年（見圖17.4）的情況下，相鄰文明能夠進行雙向無線電通訊的次數。
7. 為什麼我們認為可能會完全看不到某些先進文明的母恆星？ 我們能夠使用哪些技術來尋找這種文明呢？
8. 第III型文明是怎樣的文明？ 當我們尋找一個有這種文明存在的星系時，我們預期會看到什麼景象？
9. 如果我們採用N＝L這個估計值，那麼要和最近的文明至少來回交換10次訊息，文明的平均存在期得有多長呢？
P431
進階參考資料
P432
圖：來自外太空的訊號
從左上方貫穿到右下方的斜線是來自先鋒10號太空船發自45億公里之外的訊號。不可思議的是，太空船發出這個訊號的功率只有1瓦，也就是大約一個小聖誕燈泡一半的功率，但是地面上大型電波望遠鏡卻可以輕易地偵測到這個訊號。此處所繪為頻率（橫軸）對時間（縱軸）的關係圖。地球自轉造成訊號的頻率會隨時間改變，隨意分佈的點則是背景雜訊。此圖由多頻光譜分析儀產生，美國太空總署（NASA）將利用此種儀器隔著星際浩瀚的距離，尋找來自外星文明的訊號（見圖9.11）。
P433
18.
我們要如何通訊呢？
有史以來，人類總是憑著直覺與經驗幻想著和外星人接觸會是怎樣的情形。這種以常識為出發點的作法，通常導致他們想像在和外星人親身做面對面的接觸時，有時以友誼落幕，有時則以暴力收場。但是天文學提供我們的看法是，星際通訊最好的方式是無線電訊息，而不是太空飛行。如果從科學分析著眼，我們應該預期和其他文明的首次接觸，會是交換電視節目，而不是在太空對峙。
無線電及電視的優越性
是什麼因素使得用無線電訊號與其他文明溝通比太空旅行來得好？答案在於把有質量的粒子—質子、人體、或是太空船—加快到高速的困難。沒有質量的粒子，尤其是構成光波與無線電波的光子，永遠以光速前進，也就是每秒299,793公里。由於我們有強烈的證據顯示光速是任何粒子能達到的最快速度，光波與無線電波已經是用宇宙的速度極限穿越太空，換句話說，已經是所有粒子能達到的最快速度了。
除了速度，光子還有另外一個優點：它們能輕易地被大量而廉價地製造出來。要從地球送一個長達五分鐘的訊號到月球，或是從月球送到地球，所需要的電力每小時不超過一個千瓦，這差不多是一般家庭一個晚上的消耗。可以確定的是，用來發射以及接收這些訊息的發射器、天線、接收機等可能要花上百萬美元，但是它們還是不到太空旅行1/1000的花費。比較之下，要製造出把太空人送到月球的土星(Saturn) 火箭（圖18.1）需要幾億美金，另外還要加上幾十億用來開發支援這項計畫的系統，而火箭只能用一次。
P434
圖18.1 土星(Saturn)火箭是美國所建造過最強力的火箭，曾在1969年把阿波羅太空船送上往月球的旅程。
當我們想像一個比地球到月球還要遠的距離時，會發現有人太空船與簡單的電波訊號相比，隨著距離的增大與太空船速度的增加，兩者在花費上愈差愈多。無線電波不管要走多少距離，會一直以光速前進，而太空船雖然也可以等速前進，但是一定要先加速到那個速度，而這需要極大量的能量。如果以阿波羅前往月球的速度要旅行到另外的行星系統，至少需要幾十萬年。然而電波卻只要幾年就可以了。如果我們執意增加速度以縮短太空旅程的時間，我們得比我們目前所做的，消耗掉更多的能量，同時建造更複雜的太空船。
所以讓我們認真思考用電波交換訊息的前景。最關鍵的一項要求就是電波光束的強度。強度是在某處每秒鐘穿過一平方公分的光子數量。這個強度隨著光子源距離的平方而減弱（圖18.2）。因此如果我們和光子源的距離是原來的1000倍，因為1000×1000（1000平方）等於1百萬，訊號強度就會減弱1百萬倍。這表示為了要在1000倍遠之處產生同樣強度的訊號，我們必須讓光子源每秒鐘提供1百萬倍的光子。因為訊號的強弱決定它被偵測到的難易度，因此在分析某個訊號被偵測到的可能性上，強度隨著距離變弱的這個事實，扮演了重要的角色。
P435
由於產生更多的光子需要更多的能量，通訊的距離愈來愈大便需要愈來愈多的能量；能量的消耗隨著距離的平方增加。星際間的距離是地球與月球間距離的百萬倍，因此如果我們使用和阿波羅號太空人相同的設備來發出類似的訊息，星際間通訊便需要上兆倍的光子能量。因為光是產生這些攜帶訊號的光子，就要花費千億美金，很顯然地，如果我們想要和其他行星系統通訊，就必須改採較簡短的訊息，以及靈敏度更高的天線。在下一章裡我們會討論哪些種天線與接收器可以用在未來的星際通訊上。我們已經看到了，因為電波通訊要比太空船旅行花費便宜許多，要是電波通訊變得很昂貴，我們可以確定用人來進行太空旅行的花費必將更加龐大，以致在可見的未來這是完全做不到的。
圖18.2
由光子傳遞的任何訊號（像是無線電波或是可見光閃光）的強度，隨著其與發射器距離的平方而減弱。在兩倍距離之處，訊號必須通過四倍的總面積。
P436
星際航艦
我們已經看到，光子比任何有質量的物體更能有效地攜帶訊息。在現代社會裡，我們每個人都利用到光子的這項優點，像是為了新聞及消遣，我們會寧可聽收音機、看電視，而不會等著鎮上傳布消息的阿貓阿狗，或是政府的特使、走唱的歌舞團進城。雖然如此，基於生物的天性以及社會禮儀的養成教育，我們仍將親身造訪看得很重要。例如世界領導人有專用的無線電話可以聯絡，但是當他們要強調彼此交流的重要性時，還是親自拜訪。這些生物上與社會上的義務或許能解釋，每當有奇怪、有可能是外星來的電波或電視訊號的某項報導，就會演變成千萬條外星訪客光臨地球的報導（見第20章）。
人類盼望能親身拜訪外星的力量，來自人類通有的好奇心與群居性。這種期望亦反應人類天生的信念，想要真正瞭解某件事情，就必須親自體會它。這些特質以及信念或許也是其他想要向外接觸的文明的特性。因此我們必須分析星際太空船存在的可能性，這樣的分析不僅能說服我們自己，讓我們相信光子比較適用於此任務，同時也能試著猜想宇宙中其他的文明是否也進行相同的分析，透過共同的原理得到類似的結論。
合理的星際太空船會是什麼樣子呢？任何這樣的船艦都必須面對太空旅行無法抗拒的事實，那就是龐大的距離。一個容易記憶的簡單數字就是從太陽到最近一些恆星的距離是地球到月球距離的一億倍。所以如果我們把從地球到月球的旅程（400,000公里）比喻成走到冰箱前，那麼從地球到半人馬座α星就好比是前往月球的旅程！
P437
你或許會聽到人們說，不管怎麼樣，一個世紀之前也沒有人夢想到能建造出飛行機器，更別說前往月球的火箭了，所以我們不應該妄下結論，說我們不能在下個世紀，用現在我們連作夢都想不到的方法，前去星球旅行。但是，這項分析的兩個層面乃基於不同的考量。早在馬達推動的飛機首次在1903年起飛之前，人們已經研究而且瞭解空氣滑翔（還有火箭推進）的物理原理了。當時缺乏的只是技術，也就是引擎以及其他的一些配件，這些足以讓原來只不過是玩具的東西變成有用的交通工具。與此大不相同的是，星際飛行的困難不只是技術上的問題而已（當然技術上也有很多問題）。換句話說，即使我們發現了某種新能源，人類所需的必備條件以及飛行時間的限制仍然存在。讓我們仔細檢視一下這些限制所導致的結果。
回想一下你在科幻小說以及電視影集（像是“星艦迷航記”）裡看到的太空船。這些想像的太空船通常都很巨大。為什麼呢？因為人們需要活動空間，而且太空船必須攜帶所有的燃料、食物，以及其他必需的物品。在太空實驗室太空船（Skylab；圖18.3) 裡的太空人不是很舒服地生活了幾個月，其長度約60幾公尺，質量約1010公克（10,000公噸）。“星際爭霸戰”裡的企業號 ('Enterprise') 起碼比太空實驗室大了十倍，重了1000倍。即便以今日的科技來看，企業號還是大得不得了，但是我們能從波賽爾 (Edward Purcell) 舉的例證中，輕易看出這樣的太空船對星際旅行來說，還是太小！
為了顯示這一點，我們一開始假設的限制只是物理定律，而不是技術。因此我們將能利用所想像得到的最有功效的能源，雖然現在我們並不知道實際上要如何去儲存燃料、建造引擎，或是保護機員。這個終極火箭將由物質與反物質之間的湮滅作用來推進。所謂的反物質由原子組成，但是質子帶負電（反質子），而電子帶正電（正子）（見第2章）。我們曾經在我們最強大的粒子加速器內，製造出一些這些反質子與正子，但是它們一和普通的質子與電子接觸，馬上就被破壞掉。如今我們需要造出好幾公噸這樣的反物質原子或分子，同時讓它們保持與普通物質絕緣，直到我們準備好將兩者一起擺到引擎裡。所造成的湮滅作用會將兩種型式物質的全部質量，透過愛因斯坦有名的公式E＝mc2全部轉變成能量。由此所釋出的能量，要比氫融合反應所釋出的能量（提供太陽、恆星，以及氫彈之所需）還要多上100倍。到另外一顆恆星需要多少物質與反物質呢？如果我們假設引擎的效率是百分之百，同時火箭的速度達到光速的百分之99,我們可以輕易地算出來。在這個速度下，鄰近恆星之間的旅程將需時數年，要是速度慢些，旅行的時間當然就會更長。
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圖18.3
三位太空人在1973及1974年在太空實驗室太空船上住了將近三個月，侷限在20×8×8立方公尺的空間裡。
要讓物質與反物質互相湮滅而加速到光速的百分之99，我們在啟程時的質量必須是達到巡航速度之後的14倍。如果我們想要在旅程的最末端慢下來，我們另外還需要14倍，以用來減速，因此從此地出發，以光速百分之99的速度到另一顆恆星，需要14×14，或是196倍的物質與反物質的酬載做為燃料！最後，當然我們可能會想回家。和前去的旅程方向相反，從該恆星出發回航，我們又需要196倍的燃料酬載（圖18.4）。
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圖18.4
到遠方的恆星來回一趟需要四個加速或減速的步驟：加速離開地球、在最遠端減速、加速回航，然後減速降落在地球。
因此，如果我們希望利用自給自足的太空船，前往另一顆恆星，在當地減速，開始回航，然後在抵達後停止，我們需要的物質與反物質的燃料質量，相當於機員座艙、艦橋等酬載196×196，或將近40,000倍的質量。要攜帶只有10,000公噸的適度酬載質量（像是太空實驗室），我們必須在啟程時就攜帶4億公噸的燃料，而且有一半還是反物質！這麼多的燃料足以填滿一立方公里的體積，要比企業號太空船大得多了。
我們因此斷定即使是物質與反物質的湮滅也有相當的缺點，因為我們需要超量的燃料才能運作。（當然，企業號用的是一種稱為“雙鋰晶體”的東西，我們完全不知道這是什麼！）目前來說我們沒有方法製造大量的反物質，或是儲存起來以供來日與物質湮滅使用。即使目前我們尚未擁有使用反物質的引擎，然而這個湮滅過程是我們所能想像得到的最好能源。因此每個星際太空船都有嚴重的燃料問題。但是我們必須留意到第二個困難，這一點科幻小說的情節通常會加以忽略：在到達任何有趣的地方之前，星際旅程必須度過漫長（就不說無聊了）的旅行時光。
這第二個太空飛行的困難在電視及電影裡不會出現，因為在劇情裡，旅行都是瞬間完成的。在現實生活裡，恆星間的旅行需費時好多年，甚至好幾世紀。我們至少要分清兩種想像的太空船：一種能以當今最佳火箭的速度，前往鄰近的恆星；另外一種能以火箭速度的上萬倍、接近光速的速度航行。表18.1列出用不同的速度在一年內所走的距離，我們可以看出我們目前為止所製造出最快的物體，也就是航行家號與先鋒號太空船，仍只以光速的三萬分之一的速度飛離太陽系。
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表18.1
光子及各類具有質量的粒子在一年內行走的距離
運動的物體 速度(km/sec) 一年內走的距離（km） 走完一光年需要的年數。
如果有決心，我們或許可以在下個世紀左右建造出第一艘星際太空船，以先鋒號般的速度飛行。即使搭乘這種太空船前往離太陽最近的恆星，也要10萬年，因此支持這些任務的人，恐怕很難說服別人來資助建造這些太空船。有誰會想要著手一項計畫，這項計畫有可能在千代子孫之後，才能告知人類其他文明存在的新聞？然而這些是在可見的未來，唯一在技術上可行的任務。如果我們必須做一項抉擇，是寧可現在花錢尋找外星訊號，還是花錢送出一組200,000年後才能回來的機員，那麼我們一定是對人類旅行有極強烈的偏好才會作第二個選擇1。
我們前面提到，以現今的技術我們無法計畫建造一艘能夠以稍微接近光速的速度飛行的太空船，但是唯有以近乎光速旅行，我們才能希望以數十年的光陰走過星際間的距離。起碼以人類考慮前往星球旅行來說，對於這種太空船的需求是非常強烈的，所以我們暫時姑且想像我們真的能夠建造一艘能以近乎光速飛行的太空船。於是太空船上的機員便能從如此高速行進的狀態下，獲得一項奇妙的好處：對機員來說，當太空船飛行接近光速時，時間會變慢！
註解1： 為了體會這樣漫長時間的意義，試著想像一下你的祖先在200,000年前所感興趣的是哪些事情！
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時間膨脹
相對論預測時間會變慢，或“膨脹”。這個效應已經一再由粒子加速器（物理學家用來把基本粒子加速到將近光速的設備；圖18.5）測量到。但是時間如何減慢呢？而且我們怎麼知道某樣物體的速度接近光速呢：不是所有的速度都是相對的嗎？這些問題的答案都直接和高速太空旅行的困擾有關。
首先，時間是如何減慢的？我們用不同的方法度量時間的流動，如鐘錶滴答所花的時間、地球自轉或是繞太陽的時間，或是人類衰老的時間長短。這些秒、天、年，或一輩子，彼此都有關連，所以每一個非閏年有31,536,000秒。不管我們在地球上用何種時間單位，我們仍然認為是在度量同樣的時間流，而兩個一樣的時鐘，即使一個在舊金山，另一個在羅馬，也會以完全相同的速度滴答。
然而愛因斯坦所預測的，而實驗也已經證實的，是只有在兩個時鐘彼此間沒有相對運動的情況下，兩個時鐘才會走得一樣快。如果我們實際上把羅馬的時鐘放在噴射機上，以時速1000公里的速度飛行，一個在舊金山測量時鐘計時速度的人，會發現運動中的時鐘走得比靜止的時鐘慢。
對於小於光速的速度，像是每小時1000公里所產生的效應，只能勉強測得到，因為它的量只有百分之一的一小部分。但速度要是接近每秒鐘300,000公里的光速，那麼時間變慢就很重要了。一個以光速百分之99的速度通過觀測者的時鐘，它會比觀測者觀察的靜止時鐘慢了7倍2。這個“時間膨脹”，也就是時間變慢的效應，不管是機械鐘、原子鐘，或是生物鐘，都會發生。雖然這似乎和我們的直覺相抵觸，理論及實驗都顯示在運動的系統內，相對於觀測者認為靜止的系統，時間真的會過得比較慢。
註解2：速度和時間膨脹的數學關係式是
靜止系統經過的時間
＝ 運動系統經過的時間 ／[（1-（v/c）2）1/2]
此處v是運動時鐘的速度，而c是光速
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圖18.5
在加州帕羅阿突 (Palo Alto) 附近的史丹福線性加速器，從第280號州際公路底下穿過，例行性地將電子及其他基本粒子加速到光速的百分之99.9999。
然後才是真正讓人驚奇的部分：我們如何判別哪一個時鐘是“靜止”，哪一個在“運動”？不是所有的運動都是相對的嗎？答案是：的確，運動是相對的，但是只有在沒有加速的情形下—等速直線運動—才是如此。但是加速度—速率快慢的改變、方向的改變，或是速率與方向都改變—卻不是單純相對的，任何觀測者都會覺得這些改變是在加速。
相對論預測粒子加速到接近光速時，會比在它們靜止時，時間過得更慢。粒子加速的實驗已經證實這個預測的準確性很高。因此我們能下結論，以接近光速穿越太空的旅行者，當回到地球後，他在旅途上所增加的年歲，會比留在地球家鄉上的人少。
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表18.2
以1 g加速來回的時間
太空船機員經過的時間 地球上量到的時間 最遠達到的距離 最遠達到的天體
彗星
天狼星
昴宿星團
獵戶座星雲
球狀星團
大麥哲倫雲
仙女座星系
註解＊： 我們沿用Sebastian von Hoerner的一個例子，想像太空船以1g的加速度前進，也就是加速或減速的力量相當於地球表面的重力。一年之後，以此種加速度前進的太空船，其速度會非常接近光速。
運動系統中時間減慢的效應，在速度愈來愈接近光速（每秒300,000公里）時，程度會愈來愈明顯。如果某個太空人以光速百分之95的速度，前往半人馬座α星旅行（4.3光年之遠），然後以相同的速度返航，此太空人會僅老了3歲，而在太空人旅行的這段期間，地球上的人則老了9歲。如果太空人是以百分之99的光速旅行，地球上的人會認為這趟旅程花了8.7年，但是太空人只老了1歲零3個月！如果我們想像更快的速度，譬如說光速的百分之99.999999，我們會發現10,000光年（3000秒差距）之遠的旅行，對於地球上的人將過了10,000年，但是對那些踏上旅途的人來說，卻只過了1年多一點。如果太空船能一直加速到愈來愈接近光速，表18.2列出在不同的時間範圍內，太空船所能飛行的距離。
高速太空飛行的困難
很顯然如果我們能有辦法做到的話，以接近光速的速度進行太空飛行是極有利的。讓我們試看看別種作法。星際火箭旅行的部分困難，來自必須攜帶燃料以及酬載。布沙 (Robert Bussard) 曾經提出替代方案，認為我們應該考慮星際“噴射推進引擎”(ramjet)，它能在飛行途中利用某種入口面積達數百平方公里的磁場漏斗，來汲取星際氣體，當作融合反應機的燃料，進行讓太陽與恆星能夠照耀的相同核反應，以推進太空船。就如我們在第4章討論的，星際氣體的組成主要是氫原子與氫分子，另外還有一些氦氣（以個數來說約是氫的百分之10）及其他微量元素。星際空間的平均密度微小到不可思議的每立方公分10-24公克，在每立方英吋裡只能提供約10個原子（譯注：約每cc一個原子），這麼低的物質密度就好比把一顆網球放在密蘇里州內。但是，這麼稀薄的氣體卻足以提供星際太空船可能的燃料，同時在接近光速飛行時，它也會成為一個阻礙。
沿用布沙的想法，我們能輕易地想像（甚至建造）一架火箭，設計成當太空船穿梭於太空之際，以大面積截取氫原子與氫分子（圖18.6）。我們當然會擔心維持收集粒子的磁場所需的能量，這個能量必須加進推動太空船本身所需要的能量當中。在目前，我們必須承認我們缺乏達成這些目標的技術，但是即使我們有這樣的技術，我們的問題仍未結束。隨著太空船的速度增加，迎面而來的星際物質變得愈來愈難以招架，最後它們終將變得非常危險以致於太空船無法再增加速度。
為什麼呢？相對論不僅預測在高速下時間會減慢，也預測當粒子的速度增加時，其動能也將大幅度增加。我們都知道快速運動的粒子其動能比低速運動的粒子大。在速度遠低於光速的情形下，一個粒子的動能隨著其質量與速度平方的乘積增加。因此，要是一輛汽車以每小時100公里的速度前進，它的動能是以每小時25公里運動時的16倍，這當然使得高速的碰撞更具破壞性。愛因斯坦表示當粒子接近光速時，以上所說的簡單的比例關係就不再成立，此時粒子動能增加的程度遠比在低速運動時大得多。一個以光速百分之99.9的速度運動的粒子，其動能是它以光速百分之99運動時的3.2倍。當速度達到光速的百分之99.99時，粒子又再增加3.2倍的動能。為了要完全以光速運動，任何有質量的粒子都必須具有無限大的動能。這也就是為什麼物理學家斷定不會有帶質量的粒子能夠以光速運動。
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圖18.6
布沙（Robert Bussard） 的“噴射推進引擎” (ramjet) 利用磁場汲取星際間的帶電粒子作為自己的燃料，因此不必重新添加燃料，就能永遠航行。
考慮一下這個動能無限增加的後果。為了將太空船加速到近乎光速，我們必須供應巨量的能量，這引發一個問題，太空船將無法攜帶一般的燃料，因此我們似乎就必須更仰賴星際氫氣來作為火箭的燃料。
所以，未來太空船所要求的最高速度，要不就因為缺乏推進系統，或是因為以光速千分之幾的速度穿越星際物質飛行的危險性高，說不定在現實中根本無法達到。也許有一天，我們會能夠以光速百分之99的速度航行太空，這樣的話走100光年的旅程也只需14年，因此我們返抵後所面對的是我們曾子孫的世界，但是我們可能永遠也達不到光速的百分之99.999999，而讓我們得以在人類的有生之年走遍銀河系的大半。
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宏觀地來看這些個計畫，我們大可回憶一下人類製造的太空船所達到的最快速度，並非光速的百分之99或百分之0.9，而只不過是光速的百分之0.005。過去的幾個世紀，我們或許有過一些成就，但卻沒有把握能夠直接了當地認為在未來的幾個世紀裡，我們將能夠以20,000倍更快的速率旅行。目前我們做不到。而更矛盾的是相對論原理讓世人注意到近光速旅行的重要性（因為時間膨脹效應），而卻也是同樣的原理造成當太空船的速度愈來愈接近宇宙速度極限時，飛行所必須穿越的星際物質會成為愈來愈危險的槍林彈雨。
自動化訊息衛星
先鋒10號太空船在1972年，從甘乃迪角發射，加速離開地球，快速通過木星後，在1992年時離我們約50億公里，距離太陽比冥王星（見第432？？？頁）還遠，正以每秒10公里（每小時36,000公里）的速度離去。先鋒10號—和先鋒11號、航行家1號、航行家2號一樣，是各自向外飛向不同方向的太空船—會繼續以相當穩定的速度（相對於太陽）飛越太空，直到遇到某個萬有引力源，例如一顆恆星（圖18.7）。如果這顆星是離太陽最近的半人馬座α星，那麼這個“遇到”的情況會發生在100,000年以後。
先鋒10號的軌跡卻並未指向半人馬座α星，而是朝向太空中金牛座與獵戶座邊界的方向飛去，因此想要遇到另外一顆恆星要100,000年以上，事實上當我們考慮到星球間無比遼闊的空間的話，它所需要的時間會遠比這個久得多。因為先鋒10號沒有導航系統，它只能靠運氣才遇得到其他恆星系統，而在10億年內這樣的機會為乎極微。我們可以計算出，這艘太空船得花100,000年才能飛越星球間的平均距離，因此它必須走上這個距離的100兆倍，才有機會與像我們一樣的某個行星系統交會。然而這樣的旅程需要100兆乘上100,000年，也就是1千萬兆年，幾乎是宇宙年齡的10億倍！這麼無比漫長的時光—或者老實說，先鋒10號得以遇到另外的行星系統的機會幾乎等於零（更別說遇到有智慧生命的系統了）—提醒我們，首先，太空絕大部分是空虛的；其次，先鋒10號上面的訊息薄片（見第143？？？頁）注定在任何文明看到它之前，會先被星際塵埃侵蝕殆盡。同樣的，航行家號太空船上面的鍍金唱片（見第378？？？頁）也會攜帶著來自地球的訊息在銀河系中飄盪，但不會讓任何智慧生物有機會欣賞到它們。
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圖18.7
四艘太空船目前正在飛向星際太空：先鋒10號與11號，以及航行家1號與2號。這些是目前最快的航具，但是以10km/sec的速度而言，它們仍要費時100,000年才到得了最近的恆星。
儘管如此，我們還是試圖通訊。先鋒10號上面的薄片，以及航行家號上面的唱片所代表的是人類初次以太空船送出星際訊息的努力，為的是要引起其他文明的注意。現在通訊的概念已經萌芽，我們能設計出更好的方法。從先鋒號與航行家號的訊息不可能被收到的這件事實，我們可以斷言，妄想所送出的自動控制太空船最後能與其他文明相遇，實在是不智之舉。要是再仔細一點看，我們會發現真正好的太空船在執行任務方面，會比我們目前已經送出去的這些要優越許多。我們需要的太空船是那種經過恆星附近時，能送出電波訊息給附近的可能行星。諾德•布耳斯威爾（Ronald
Bracewell）認為先進文明可以使用這種精緻的機械斥候部隊，做為銀河系的常規探險之用。甚至目前在太陽系中，就有一兩個這樣的星際自動偵測器，正迷失在小行星當中，或正在木星的軌道外，緩緩地繞著太陽運行。
現在從地球發射一個自動訊息探測器，將在大約100,000年後，可以抵達半人馬星座α附近。相似的探測器也可以發射向鄰近類似太陽的恆星，而這種花費並不高。此種太空飛行器最先進的一代，將包括無線電波的接收器和發射器。接收器可以偵測到來自鄰近恆星的文明所發射的電波和電視訊號；探測器上的小電腦可以分析出這些電波光子的形式是雜訊還是訊號。假如真的偵測到來自其他文明的電波和電視訊號，那麼它就會以相同或相接近的頻率回覆事先預錄好的訊息。相吻合的頻率才能確保探測船發出的訊號可以為其他文明所偵測與分析。
雖然探測船的基本目的是對外宣告我們的存在，即便是一艘小小的太空船都可以廣播含有數十億“位元”的資訊，這足以傳送整本大英百科全書（Encyclopaedia Britannica）。我們瞭解教導其他文明有關人類的思想交流是很困難的，而現代的科技讓未來的我們可以藉著這小小的自動探測器，傳送我們一切所能思及的有關地球的資訊。
裝置在探測器上的訊息，當然會標明它的發射地，以利雙向的溝通。而其他如我們般先進的文明，或許會依樣畫葫蘆地發射相類似的自動探測器，回敬我們。而如果一次的交流，便把所有的知識傾囊相授，這可能會使我們暴露在黔驢技窮的危險之下！而這個計畫的最大缺點還是在於耗時的旅行—數十萬年的飛行才能抵達最鄰近的恆星，更要數百萬甚至數千萬年的時間，才有機會一探宇宙深處的究竟。因此，這種資訊至少在一開始的傳遞將會是非常緩慢。相對的，以無線電波的傳訊則會快上千倍，也大幅縮短資訊旅行的時間。
註解3： 如果大量製造探測器和火箭，並把他們送上太空，那麼每一個探測器將耗資五億美元。因此，登陸月球的花費，便足以發射數百個自動訊息探測器。
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事實上，只有第一個自動訊息探測器才必須花費較長的旅行時間。在知道確切的接收方位之後，便可以用光子來攜帶這些訊息，來回的旅行時間也可因此縮減到數十年或數個世紀。自動訊息探測器是一種一次完全搞定的設計（對每一個被偵測的恆星而言）。一旦接近另外一顆恆星，探測器的太陽能（即恆星光能）電池便可以提供接收、傳訊，以及電腦運算所需的電力。
發射一枚旅行時間數千或數百萬年的自動探測器，這樣的想法引起一個相當有趣的問題：我們能不能製造一個“活生生”的飛航器？也就是說，能否將人類活生生的特質—創造力，思考模式，生物歷史，以及再生和進化的能力—轉換成電腦程式而周遊星際之間？
創造“人工智慧”的挑戰（精確地說，也就是將人類智慧複製成電腦的模式。）已經吸引研究者的投入有數十來年了。我們真的能製造出一個說話方式與人類毫無分別的機器嗎？或更進一步地，讓電腦程式有自我進化的能力？1991年，一位德拉瓦大學的生物學家，湯瑪斯•雷（Thomas
Ray）設計了一個稱之為“蒂愛菈”（Tierra）的簡單程式。蒂愛菈（Tierra）遵循一組事先設計的電腦規則，使得一個“實體”（由0和1組成的基本位元串）會因為一個依循進化規則的新實體的介入，而有絕種或進化的結果。因為蒂愛菈（Tierra）含有一個“機率元素（chance
element）”，所以任兩套程式都不會跑出相同的結果。然而這些程式所製造出來的各式實體，在電腦程式的自我進化中，則是相當地成功。與真正的複雜生物體相比，蒂愛菈（Tierra）還差一大截。但是這種模擬生物體的企圖使得我們相信，最終人類的經驗都可以被轉換成電子的形式，以方便傳送交流。
不管自動訊息探測器上只能攜帶人類部分的或全部的知識，它都是一個可行的辦法。如果我們選擇每年發射一枚自動探測器，在財務上而言，是輕而易舉的。我們沒有、也不打算這麼做的原因，是飛行的時間實在是太長了些。在這個考量之下，沒有什麼人會完全贊成使用自動探測器，然後在一百萬年之後，才告訴其他文明我們的存在。星際通訊的確是在我們的心中激起了漣漪；然而今天所做的努力，也大概只有一萬代或五萬代後的子孫，才有福享受成果。
誰會是開端者呢？這個難題端視於直接偵測到外星文明的無線電波訊號的可能性，即便是這個訊號的目的不是用在星際間的通訊。可能我們會發現一個羞怯但文明發展十分健全的外星生命，早已經在進行自動探測器的計畫。因此，在某一個夜晚，我們的電視頻道上，或許會出現奇怪的訊號—不是WABC，KTVU，或KNXT，而是EXO，OBOY，或是YUHU，這些來自遙遠外星的節目，帶給我們90分鐘真正的驚奇。到那個時候，我們或許才會相信，自動訊息探測器是可行的。
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結語
雖然許多人認為星際旅行就快要美夢成真了，但是依照物理定律的分析，即便是以低於光速許多的速度飛行，星際飛航在可預見的未來，仍然是困難重重。目前最快的太空船（無人駕駛）的速度是光速的3萬分之一，需要100,000年才能飛抵與太陽最相近的恆星。要建造更快的太空船，則必須找到一個更好的加速方法；而即使是在物質與反物質百分之一百的湮滅作用下的加速度，仍然要消耗非常大量的燃料。
如果真的能建造一艘以接近光速飛行的太空船，由愛因斯坦（Albert
Einstein）所提出的時間膨脹效應，會使得旅行者變老的速度減慢：已近光速旅行的人所經驗的時間，要比等待歸航的人所經驗的，慢了許多。而這個理論也指出，對於星際航艦本身或者是其乘客而言，每一個極小的星際塵氣，都如同具有高能量的子彈一般。所以，我們還必須找出一個抵擋這些好比子彈的塵氣的方法。這種保護的方法，卻也同時造成將太空船加速至近光速時的能量問題。
在面臨以極高速度移動質量粒子的困難中，我們發現光子是最實際的。光子不具有質量，並且一直以光速行進，這比起質量粒子所能達到的最高速度，還要超出許多。而產生光子也是相當地容易。即使是在地球上的短距離通訊，比起其他質量粒子，光子也佔有絕對的優勢。在兩個相距遙遠的外星文明之間，使用光子來交流通訊，也比星際航艦的旅行方式要高明許多。不可諱言的，星際航艦的旅行是會比較有趣，但是在考量物理學上的實際狀況後—星際文明彼此相距都在許多個秒差距以上—使用光子的通訊交流才是最好的方法。在這個結論之下，我們應當試著瞭解，現在正與我們擦身而過的，是以哪一種方式存在的星際訊息？而如果決定要加入這個星際文明通訊的大家族，我們又應當如何開始著手進行。
問題
1. 為何電波在星際通訊方面要比太空船優越許多？
2. 為何距離地波發射器愈遠就愈難偵測到電波？
3. 為何星際太空船若要達到好幾成的光速，就必須攜帶極大量的燃料？
4. 對於以光速百分之99的速度穿越太空的太空船，若想要汲取星際氣體與灰塵做
為燃料，會遇到什麼困難？
5. 何謂“時間膨脹”效應？ 此效應對於星際航行需費時極長的困難有何助益？
6. 對於接近光速c的速度v，要達到特定的速度所需的能量與c/(c-v)成正比。和v=0.9c的情況相比，要加速到v=0.99c需要多少額外的能量？
7. 先鋒號太空船上的金屬薄片要多長的時間，才會被帶往另一個行星系統？ 把這樣的訊息送上太空到底有沒有用？
8. 在自動化訊息衛星上，我們可以設計哪些功能使它遠遠超越先鋒10號上的薄片和航行家號上的唱片？
P452
進階參考資料
19.
星際電波和電視訊息
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星際旅行所耗的能量極高，而且旅行要求的速度愈快，相對所需供給的能量也愈多。以現今的技術而言，我們尚無法建造一個高效率的星際導航飛行器，而且包含所有其他的外星文明都應該會同意，就算科技進步了，大家也不願意花這麼多的能量，因為其他的通訊方式比較便宜。如果大家都認定不須面對面即可相互交換資訊是主要的發展目標，那我們便可以從無線電波及電視的通訊上開始著手。
在一般性的假設下，我們認定相互通訊聯繫的對象，應是比我們更加先進的銀河系文明。他們可能早在數千、數十萬、數百萬，甚至數十億年前就已經擁有星際通訊的能力。除非這種外星文明著實相當稀少—例如他們有發展的困難，或是自我毀滅的速度相當快—否則只要有意願，他們應當早就完成星際間的通訊了。如果這是真的，那我們所當思考的不是這些先進文明是如何交流的，而是像我們這樣程度的文明生命該如何加入這個通訊網？有沒有任何的測試或“訊息”可尋呢?
所有問題的成立皆立足於一個假設上：宇宙中大部份文明的發展模式皆與地球文明相同。如此之下，只要我們的文明發展在平均程度左右，在銀河系中我們就不用擔心自己會是第一個或最後一個發生或存在的文明生命。所以，我們該動動腦思考的是如何去捕捉到那些星際間川流的電波和電視訊息。基於禮儀及謹慎從事的考量，我們應當先傾聽，而後再傳送出我們的訊息。
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當然，如果大家都只聽而不動手，那便沒有人可以接收到任何訊息了。然而，我們日常生活中使用的無線電波、雷達和電視訊號，多多少少都會遺漏往太空。只要有適宜的天線和接收器，這些迷途的光子是可以在星際間被偵測到的。相對地，我們也有可能竊聽到外星文明間的電波通訊。如果幸運的話，我們甚至還可以攔截到文明間相互傳遞交流的資訊和娛樂訊息哩！在進一步的細節討論前，我們得面對的有四個問題：
1. 天線接收的方向？
2. 最適合星際通訊的頻道為何？
3. 頻率的使用範圍如何？
4. 我們和新夥伴敞開星際對話大門的“標準”訊息為何？
從何處著眼?
在第392頁？？？我們已經列表整理了離地球最近的所有恆星，其中有些恆星可能擁有形星系。在與太陽相似的鄰近恒星系中較有可能發現到其他的文明生命，這是因為電波光子的強度是與距離的平方成反比遞減的。然而，我們至今尚無法從如鯨魚座t和波江座e等最佳候選人上，偵測到任何文明可能存在的証據1。因此，我們必需要有個長遠之計，一一地搜尋所有可能的恒星，直到找到離地球最近的文明為止。那麼，該從那顆恒星開始呢?
在相關條件皆相同的狀況下，我們必須考慮到電波訊號強度的問題。由於與電波發射源的距離每增加一倍，訊號的強度—也就是接收天線每秒所能收到的光子數—便會減少4倍，因此由近距離的文明所發射的電波強度會遠強過與我們相距遙遠的文明。也基於這個考量，我們才決定由近距離的恒星開始尋起，然後再往遠方推進。當然，另一個可能便是在銀河系中，某些少數的文明生命會發射出非常強的電波訊號，這會使我們將遠距離的文明生命誤判為近距離，所以，在專注於對鄰近恒星搜尋的同時，也要對整體銀河系有個概略的瞭解。
註解1： 必須注意的是，我們所想要偵測到的，是一個短暫微弱的訊號，而且它的頻率只是數百萬種可能頻率中的少數。
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表16.1所列舉的一些鄰近太陽的恒星相當適合成為我們搜尋外星文明的起始目標。其實目前的科技是足以發現與表中所列距離4秒差距以外的任何外星文明。只要投注心力於所需設備的發展上，我們可以在鄰近太陽的數千個恒星中，偵測到任何文明所發出強度與電視、電波及雷達相當的訊號。所以，就算偵測鄰近文明所發出的訊號比較不費功夫，我們不應當只侷限於尋找與我們最接近的幾顆恒星。相反的，應當將銀河系中與我們相鄰的這數千顆恒星都作為電波訊號偵測的目標。而問題的癥結則又回到哪些恒星才值得我們賦予更多關愛的眼神呢？
對於這個問題，目前最好的答案應該是：那些與太陽相似的恒星。而單一星系則似乎比雙星及多星系更加合適，不過相差倒是無幾。另外光度與太陽相當的恒星則又比低光度，如巴納德星的M恒星強得多，因為它那晦暗的星體外圍，只環繞著極小的生態圈例如只有極小生態圈（見第395頁？？？）。在限制光度必須至少是太陽的百分之一的條件下，我們就可以捨棄銀河系中百分之七十五的恒星(見表16.2)。但是，這剩餘的百分之二十五的恒星，也有750億顆之多，而其中有數十萬顆恒星是在我們接收器的能力範圍之內。極亮的恒星，只有數十億年的生命期，在我們認為它是不足以產生文明生命的，所以被剔除於名單之外。這些極亮的恒星，總數不到全銀河系的百分之一，所以在捨棄它們之後，仍然有為數相當多的恒星供我們來搜尋。
總而言之，如果所有文明生命所傳達的電波訊號皆有著約略相同的強度，那麼最佳的搜尋策略便應該是在所有光譜型式落在F5到K8之間的單一和多星系中，逐一地過濾尋找—也就是說，尋找那些生命期最少有50億年並且具備有相當的光度以產生適當大小適居帶的恒星。由第11章的討論中可以看出這些恒星才比較有可能擁有行星，而且我們可以合理地推論出，平均來說，每四個行星系中便應當有一顆行星具備有適合生命發展的條件，因此便有文明生命存在的可能性。當我們在檢視這些統計數字時（如同我們在第17章中所作的），我們發現至少要尋找過數千顆恒星後，才有可能踫到另一個存在的文明(見第412頁？？？)。這個看似艱辛困難的任務應該不會難倒我們的。如果每天檢視25顆恒星，那麼每三年就可以搜尋過25,000顆恒星。如此一來，星際的接觸當是指日可待。因此，所有的關鍵便著落在建造搜尋任務所需的電腦及接收系統上。
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搜尋的頻率？
我們怎能寄望自己能夠決定出偵測外星文明生命所需的最佳頻率？而且想要知悉外星文明發射訊息的方法是不是一個不可能的任務呢？事實上，我們相信外星文明和我們一樣，也使用大致相同的方法通訊，因此，我們應當可以決定適當的使用頻率。
有時我們可能會不小心“竊聽”到外星文明自己內部的通訊，因此我們必須要能夠加以分辨我們所偵測到的是內部訊息，還是其為了在星際間尋求其他文明而發出的訊號。雖然電波和電視廣播的對象是設定於人類的(除非廣播業別有用心)，但是電波—電視的頻率確實有它的優點而能讓我們使用於任何通訊交流的目的上。
在電磁光譜上(圖19.1)，光子的能量分佈，由最高的珈瑪射線到最低的無線電波，其間的差異達十億的平方倍(1018)。而在這麼廣大的分佈中尋求單一的光子頻率，的確如大海撈針。然而，宇宙中大家公認最“自然”的參考頻率為何？當任何文明想要與其他文明相互通訊時，第一個想到的會是那一個頻率呢？雖然我們不能指出某一個單一頻率，然後說：“對！這就是星際通訊的頻道”，但選出較為可能的頻率範圍倒是在我們的能力範圍之內。我們有三大法則來做為篩選的依據：經濟性、不受干擾的能力、以及可否做為宇宙頻率的指南。讓我們一一地來討論。
選擇電波光子的第一個原因便是它的經濟效益，也就是通訊的成本花費。如果我們將訊息視為由單位個體所組成，那麼每一個最小的單位，也就是資訊學家所說的“位元”便至少需要一個光子來傳遞。為了避免錯誤及確保可偵測性，每位元所需的光子數可能會多於一個，然而對於無線電波訊號和可見光訊號的傳遞，每位元所需的光子數倒是相差無幾。如果把無線電和可見光相互比較一下，我們馬上就會發現一個重要的事實：每一個可見光光子所攜帶的能量是一個電波光子的百萬倍。因此，以能量的觀點而言，它也就需要百萬倍的次數來傳遞。簡單的說，無線電波要比可見光便宜多了。
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圖19.1
電磁光譜各部分的名稱。低頻率、長波長的無線電光子區域包含了AM和FM無線電波以及電視傳播的頻率，而藉電波反射測量物體距離和速度的雷達，其使用的頻率也在這個區域當中。
選擇訊號收發所使用的頻率，其中第二個要件便是它不會在傳訊過程中被吸收掉，某些光子是不能在星際間自由運動的。在這個考量之下，除了最低的一些頻率外，無線電波又再次地符合我們的要求。欲知詳情，我們便要探討一下光子運動時被吸收的情形，同時在意圖偵測攜帶訊息的射線之放射源時，我們也必須探討光子與其他放射線間的干擾狀況。
在銀河系的天文探險中，無線電波在長距離通訊上，比起可見光有著相當明顯的優勢。星系核心或者旋臂的照片之所以無法取得，是因為銀河系平面上這些位置的恒星所發出的光皆被其間的塵氣所吸收。然而，除了一些特定的頻率會被原子及分子吸收外，使用無線電波來顯示這些銀河系的特徵倒是相對容易地多。在我們的太陽系中，我們可以使用雷達或微波幅射輕而易舉地穿透可見光所不能穿過的金星雲層。
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在考量其他形式放射線干擾的狀況下，無線電波仍然有著相同的優點。由環繞恒星運行的行星上所發射的可見光（或許是由極強的雷射加上巨大的望遠鏡所發射出）必須和由恒星本身放射出的巨量可見光能相抗衡。而我們卻可以非常容易地利用無線電波頻率來傳送訊號，因為在這個能階上的星體幅射是相當微弱的。的確，我們將會見到，即便是如同我們這種不算非常先進的文明科技，都已經能夠在特定的無線電波頻率下，使用大量的能量來傳遞訊息，這個能量比太陽在該頻率所釋放的還要大。
然而，由兩種不同源頭所發射的無線電波是一直存在的，它們就好比是宇宙的“背景”能量。這兩種來源，一個是大爆炸後所遺留的幅射(見第二章)，另一個則是磁場中，由電子的螺旋運動所引起數以萬計的同步加速粒子所產生的幅射（見第72頁？？？）。這兩個來源定義了電磁光譜上無線電波的“視窗”。這個視窗不僅在放射競爭上佔有優勢並且它也在我們期待會與外星文明發生通訊接觸的範圍（圖19.2）。
對於較長波長的無線電波，大部分都會被地球的“電離層”所反射(圖19.3)。這個頻率範圍包括了商業電台AM廣播所使用的頻率。電離層在幫助散佈無線電訊號的同時，卻也大幅降低了外星訊號被我們接收的可能性。至於FM無線電波和電視，尤其是UHF頻道，則不受到上述的限制。對於視窗中較短波長的部分，則會被地球大氣吸收。我們可以藉由設置環繞地球運行的收發站來避免這樣的問題，但是如同前面所說的，來自銀河系本身的無線電波將使得這種設置方法並沒有比地面接收站更具效益。
目前，我們對無線電波頻率範圍的考量都是基於經濟性以及對吸收和干涉的免疫能力。然而，我們能否在無線電波頻率的範圍中，找到一個宇宙通用的頻率呢？如何分辨出那一個特定的無線電頻率是最有可能與外星文明發生共鳴的呢？
這個問題在1959年第一次由菲利浦．莫瑞森(Philip Morrison)和吉爾斯比．寇寇尼(Giuseppe Cocconi)提出來討論。他們指出宇宙中最重要的單一無線電頻率應當是1420百萬赫茲(MHZ)，這是經由氫原子的自旋顛倒過程所放出的無線電波頻率（見第86頁？？？）。星際間氫原子的自由踫撞便會產生這種現象。有一些原子持續在自旋顛倒的狀態，因而放射出特徵性的無線電訊號。因此，在包括我們所處的銀河系及其他的螺旋星系中，含有百分之九十氫原子的星際雲氣將會持續放射出頻率1420百萬赫茲，波長21.1公分的無線電波。任何研究星系的文明生命都知道這個無線電波的存在，它在特定的頻率會產生數量最多、範圍最廣的輻射。並且，1420百萬赫茲的光子能作長途旅行，因而能被偵測出來。在與宇宙中其他放射線的競爭下，1420百萬赫茲的頻率區仍是相當清晰的。
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圖19.2
如果將會干擾無線電訊號接收的來源製成圖表，我們便會發現有一個光譜的谷地，存在於無線電光譜的低頻長波端(有著來自銀河系較強的干擾)以及高頻短波區（受到地球大氣吸收干擾較強的區域）之間。而在這谷地當中有一個“水洞”，在其頻寬內，氫原子與氫氧“自由基”會放射出無線電波—並且兩者相合而生成水。
由於都卜勒效應，外加銀河系中的原子均是與我們或即或離的相對運動著，因此在1419和1421百萬赫茲的頻率範圍中存有大量藉氫原子的自旋顛倒而產生幅射的光子。事實上，銀河系及其他星系中的所有氫原子，使得地球沐浴在能量相當於20瓦特燈泡的1420百萬赫茲無線電波下！當研究1419到1421百萬赫茲的頻寬時，我們發現1420百萬赫茲幅射在被吸收後，仍會有後續放射的現象，因此我們可以定位出星際間氫原子的分佈狀況。然而，在這相當窄小的頻率範圍之外，還有其他頻率有著更佳的條件。無線電波的範圍中，比1420百萬赫茲稍高或稍低的頻率區，只有極少數的原子和分子會對無線電訊號發出自然干擾。人為產生的干擾那又另當別論了：其實只為了釐清1420百萬赫茲上下的窄小頻率範圍，就已足夠讓地球上的電波天文學家馬不停蹄地奔波忙碌了！
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圖19.3 地球的電離層有大量離子，可以反射大部分的長波長無線電光子。這些光子包括了AM廣播所使用的頻率。但電離層對FM無線電波、VHF或UHF電視，或者微波這些具較短波長的光子則沒有任何作用。
假設我們或任何的文明生命都會自然而然地選擇1420百萬赫茲附近的頻率作為星際間的通訊頻道，並且這種頻率已經使用在區域性的聯絡中，那麼我們便可以寄望在相同的頻率上“竊聽”到其他文明的存在。但我們仍然必須面對一些細節上的關鍵問題：例如最接近1420百萬赫茲的訊號頻率為何？所容許調整的頻率範圍有多大？這個頻率是比1420百萬赫茲高還是低？
如果相信水是任何一種生命形態存在的必需品（見第10章），那麼或許我們就能發現物理學家貝納德•奧利佛（Bernard
Oliver）見解的微妙之處。由於每一個水分子是由一個氫原子及一分子的氫氧自由基所組成，奧利佛認為1420到1721百萬赫茲是最有可能成為星際通訊的頻道。氫氧自由基藉由與氫原子相類似的放射方式，而產生一系列頻率的光子—1612、1665、1667和1721百萬赫茲。這一系列的頻率變成了氫氧自由基的招牌，這就如同氫原子有著一個更受注目的頻率路標在1420百萬赫茲一般。如果水對於每一種生命皆是如此地重要，從H＋OH＝水的事實上來看，或許1420到1721百萬赫茲真的是宇宙無線電波的調頻網—也就是星際通訊發生的頻率範圍之所在。貝納德•奧利佛（Bernard
Oliver）稱這段區域為“水洞”：一個星際文明交會聚集的地方（在光子頻率上；見圖19.2）。（請注意水分子本身也會放射出沒有主要頻率或系列的複雜電波。）
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頻寬和頻率範圍
在假定知道星際通訊最有可能發生的頻率後，我們仍然必須決定訊號所涵蓋的頻率範圍（圖19.4）。由於都卜勒效應以及一些其他因素，訊號不會只發生在特定的單一頻率上，相對的，是分佈在某一頻率範圍之內。因此，除了要決定尋求的頻率外，也要決定所使用的“頻寬”—頻率範圍的基本單位。換句話說，我們必須選擇尋求的範圍（頻率範圍）以及頻寬（頻率範圍的區間單位）。我們應該把範圍區分到如1赫茲如此細微的間隔嗎？這對我們偵測那些存在於極小頻率頻道內的訊號是有所幫助的，但是面對如1000百萬赫茲的搜尋範圍而言，以1赫茲為單位的解析度來說，我們便會需要十億次個別“頻道”的搜尋。所幸我們已有解決之道。
困難之處是在如何預測其他文明會使用的訊號頻寬—包括區域性及星際間往來所使用的—以及所需搜尋的頻率範圍。關於頻寬的擇取是有幾個要件的，我們會依序地作考量。而另外兩個主要要件便是訊號的快速傳遞，這便需要較大的頻寬，以及相較於背景雜訊更為清晰的訊號，而這卻又需要較小的頻寬。
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圖19.4
在未知“頻寬”或者是頻率範圍下，搜尋訊號所產生的問題。如果頻寬大於訊號本身，我們將無法偵測到本身便已微弱的訊號，因為在大頻寬之下訊號將無法自雜訊中分離出來。相反地，過小的頻寬使我們只能抓住訊號的小部分，同樣也會使我們無法偵測到微弱的訊號。
當訊號傳抵時，接收者必須要能分辨出訊號本身及“雜訊”—也就是來自宇宙中各種不同來源的相近頻率光子（圖19.5）。相同的幅射能量下，較窄的訊號（即訊號侷限於較小的頻率範圍內）也比較容易與雜訊相區離。
想要降低傳訊的成本，訊號的頻率帶便要愈窄愈好。而“星際間分散作用”則導引出頻率帶一個相當重要的極小值。當無線電波經過星際間的帶電粒子時（大部分為電子），它們會改變無線電波的頻率。此外，電子雲的移動也使得這種改變是毫無章法可循。所以，就算知道當初無線電訊號送出的頻率，甚至也清楚發射源與我們之間確切的相對速度所造成的都卜勒效應，我們依然無法預期無線電波抵達時，其頻率的變化。這種改變使得頻率範圍的最低界限大約在0.1赫茲。想要使傳遞訊號的頻率帶低於這個範圍，都將是徒勞無功的，因為星際間的分散作用會把訊號在傳送的過程中加大到最少0.1赫茲。當然，擁有大量資源的文明生命，可能會使用一個廣闊的頻寬，以便盡可能地傳送更多的訊號。對此，我們所需要的將會是一個非常大的望遠鏡，而不是去搜尋那些窄小頻寬的訊號。
圖19.5
將訊號集中於一個較窄的頻寬，使得訊號相對於遍存所有頻率的雜訊要突顯得多。
星際間的電子則又製造了另外一個問題：當無線電波與電子撞擊時，它的頻率及方向皆會發生些許的變化，而變化的大小是無法掌握的。這些小變化就如同夜觀星空時，由於星光與地球大氣的粒子發生散射作用而顯得“閃爍不停”。所以再次強調，過於窄小的頻寬設定對於訊號搜尋的工作是無濟於事的，因為即便是零頻寬的訊號，在星際間的傳送過程中，其頻率也會發生些許不定的變化。
因而，讓我們假定0.1赫茲便是任何文明進行星際通訊的最小頻寬。廣播電台使用的AM頻寬是10仟赫茲“10000赫茲”，FM頻寬則是200仟赫茲。電視則需要更大的頻寬，每一頻道大約是6百萬赫茲。然而，電視台大半部分的發射功率都用在“視載訊號”上，而這個訊號的頻寬尚不足1赫茲。
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這個訊號並不含有任何影像的資料，但比起頻寬是6百萬赫茲的影像訊號而言，它是非常容易被偵測出來的（因為頻寬較窄）。FM的無線廣播訊號也是相類似的狀況。那麼接下來的工作便在於如何分辨哪一個頻寬才是含有真正的訊號。我們真的要以0.1赫茲為單位，來對1421到1721百萬赫茲這個共300百萬赫茲的頻率區域來作30億次的搜尋嗎？如果我們以1赫茲為單位，仍然要作3億次的搜尋。不過這個作法還算可行！
對星際通訊興緻勃勃的電波工程師，在面對上述的困境時，已經設計出可以同時接收1千6百萬到3千2
百萬個頻道的接收系統！換句話說，我們一次所能調教的接收頻率不會只有一個，而是可以同時檢視上百萬個的頻率。雖然離30億個頻道的要求仍有一段距離，但是一下子增加了1千6百萬到3千2百萬倍的效率，依然是不容被藐視的。假如我們真的可以同時分析1千6百萬到3千2百萬個不同的頻道，那麼在有正確的尋求方向以及搜尋的訊號確實落在我們的頻率範圍之內的大前提下，發現訊號的希望便可嶄露一絲曙光。而接下來面臨的問題便會是：如何確定所接收到的是來自另一個文明的訊息，而不是宇宙中的某種雜訊？
如何辨視來自其他文明的訊息？
我們尋求外星文明的整個計劃乃是架構於無線電波光子是宇宙通用的傳訊光子。表19.1列舉出地球上無線電波光子的主要來源。其中可以看出，無線電波功率主要來自頻率範圍在40到850百萬赫茲的電視傳播以及使用高強度無線電波脈衝掃瞄太空防衛網的雷達系統，而且基於安全的理由，它的頻率是時時在變換的。那麼，如果在類似的頻率範圍內，我們“竊聽”到其他文明內部的通訊，那麼所偵測到的訊號會是什麼呢？
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表19.1
對現今操作頻率高於2千萬赫茲的無線電波光子來源，其輸出功率所做的估計表
＊本表格，連同圖19.7、19.8以及19.9，乃是根據W.Sullivan Ⅲ，S.Brown，和C.Wetherill刊登於Science,vol.199、P.377，1978的研究報告。
+此處僅考慮功率最強的防禦雷達，其輸出功率比其他雷達系統的總合輸出功率還要高出許多。
藉由敏感度夠高的天線，我們可以分別出不同的電視節目，並進而見到節目的內容。同樣地，在雙向接觸的過程中，也會有著不同階段的分析結果，這些全憑我們想要深入探討的程度。若距離較遠而且接收敏感度不是很好的狀況下，我們只能測知天空中某處產生了大量的無線電光子，但並無法知道這些光子所攜帶的資訊內容。如此一來，便無法確認所偵測到的真的是另一個文明世界發出的訊息，還是自然產生的無線電雜訊。然而，我們是可以依下列的方法來做進一步的分析：訊號在頻率分佈上是遠比雜訊要來得集中。此外，訊號強度依著時間有規律且複雜的變化。接下來，我們可以將訊號頻率與原子和分子的無線電波放射表格相對照，如果無法找到相符合的，那麼可能我們已經找到一種新的分子—或是另一個文明的世界。
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行星的自轉運動表示如果無線電傳播的來源不是平均分佈於行星上的話，除了南北極上方的觀察者外，其餘的都將會偵測到一個強度循環性變化的光子訊號。圖19.6指出地球上2200個最強的電視傳送站，主要集中於美國、歐洲，和日本。這些電視站大部分的無線電波皆是沿地表傳送，而不是直線傳送。如此一來，當地球自轉時，觀察者可以見到訊號極值隨著每一發射站在地表水平線上下起浮的狀況而變動（圖19.7）。這種訊號型式每天會重複出現一次，因此意味著這個訊號可能是某種非常緩慢的脈衝星（見第145頁），或者是來自於非自然發射源的無線電訊號。
一個觀察員如何能毫無疑問地分辨出週期為一日的地球自轉和旋轉週期為一秒的脈衝星？任何一個觀察員都會警覺到不只是緩慢的脈衝星，其他如地球的自轉和公轉皆會引起無線電波訊號的都卜勒位移。位於另一個行星系的觀察者將會觀察到每一電視頻道的訊號，會以每天數百赫茲、每年數千赫茲相對於平均頻率的頻距來回位移。一個研究太陽系的外星學生因而發現這個無線電波是發自太陽的附近，而且其強度變化以一日為週期，頻率變化則以一年為週期。如此，他便可以推論太陽軌道上有一物體一年運行一圈，並且一日自轉一圈。這些週期都是由傳送的無線電波中發覺出來的。
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圖19.7
地球自轉時，除了南北極上方的觀察者外，其餘的觀察者將會見到無線電波放射強度的變化。當頻率最強的傳送站出現在地表水平線上時，觀察者會接收到極大量的無線電波，這是因為訊號的發射集中在與地平線平行的扇形區域中。
當然，我們想要偵測到別的行星上的無線電及電視站，這些發射站的數目必須更多，功率必須更高。在地球上，無線電波是最近才驟然興起的。圖19.8便是1940年以來，無線電及電視傳訊的功率變化：頭30年便增加了千倍，爾後這個趨勢依然持續，只是增加的速率不及1950年代。
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與太陽相距65光年（20秒差距）的區域內有近3000顆恒星。只有這些恒星或是其行星群有這個機會能偵測到地球自1927年來所放射出的無線電和電視的光子。
圖19.8
地球上無線電波光譜區域的輸出功率自從1939年第二次世界大戰開端以來，已經增加了數千倍。
這些恒星身陷於以地球為中心的無線電波泡泡當中，並以光速向外擴張。非常接近地球的恒星才有機會隱約聽到1950年代“我愛露西”的節目，而且需要過一年之後才能見到披頭四在艾迪•蘇文的節目上露臉。需要再經過400年，鄰近的數百萬顆恒星才有可能接收到我們的無線電訊號。在這之前，它們對地球文明的存在是根本一無所知的。讓我們反過來想想，對其他“年輕”的文明，如果我們要能接收到這些文明在過去70年中所發射的訊號，那麼他們應位於4000顆鄰近的恒星中。(當然，一些生命期長或相距遙遠的文明生命，早在數千年前便已發出的訊號，時至今日我們才能收得到。)
如先前討論過的，在一百萬顆恒星中也不見得能發現一個文明的存在（見第412頁？？？）。想要完成搜尋外星文明並進而與其有所交流的壯志，我們必須寄望大部分的文明在其發展出星際通訊能力後，至少都能夠繼續存在個數千年。
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無線電搜尋其他文明的現階段狀況
以往的無線電波搜尋是以地表為基地，但並沒有太大的進展。相較於其他觀測計劃，我們在這方面所做的努力很少，這是可以理解的，因為在無線電波觀測站的研究計劃中，大部分都是以自然發射的偵測為主。在麻省哈佛附近，一個相當老舊的無線電波望遠鏡，它具有直徑26公尺的天線，被用來“專職”於搜尋在“魔術”頻率1420百萬赫茲或是2倍於1420百萬赫茲頻率周遭的訊號（見表19.2）。這個由名為行星學會的私人團體所贊助的電波望遠鏡，自1985年啟用至今，尚未聽到任何外星文明的聲音。
表19.2列舉出在美國、加拿大和蘇聯持續進行中的13個搜尋計劃。從德瑞克方程的計算可知，如果想要能“竊聽”到外星文明“洩露”出與我們無線電波功率相當的訊息，並且要能接著調整出正確的頻道，那麼我們需要一個比麻省那座26公尺碟盤大許多的天線來收訊。
為什麼需要一個這麼大的天線呢?竊聽是要比直接偵測一個方位、頻率頻寬皆已知的放射訊號要來的困雖許多。訊號束在窄小的頻寬中所擁有的無線電波能量，比起多方向發射的高頻寬訊號要集中許多。現在，阿里西柏電波望遠鏡便有這個能力與銀河系中任何一座類似的望遠鏡相互通訊，當然，只有在三個最主要的關鍵—方位、頻率、以及頻寬都已知的狀況下，才有可能實現。阿里西柏電波望遠鏡是目前最大的天線，它的直徑有三個美式足球場那麼大。但是建造這樣一個天線其實並不昂貴，這是因為它的造型能與地勢相互地配合。(圖19.9， 19.10以及彩圖19)。
天線大小固然是個棘手的問題，但搜尋文明最困難的地方並不在於天線的大小，而是在於正確的頻率。除非某個文明生命使用極大的無線電頻率範圍來通訊，而且逸漏向星際間的訊號，在每一個頻率皆有相同的能量，否則以最大的無線電波能量來偵測每一個頻道，將會是我們希望寄託的所在。但是如同在第464頁？？？所討論的，單單在1420到1721百萬赫茲的”水洞”區堿，便已有超過十億個可能的頻率需要測試了。
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我們再一次需要求助於“多頻分析儀”的幫忙。在長年缺乏經費的支持下，1988年，美國國家太空總署（NASA）中參與外星文明搜尋計劃（SETI）的科學家們依然完成了一個稱之為微波觀察計劃（MOP)的六年研究。MOP計劃的核心在於一個可以同時間觀測1千6百萬到3千2百萬不同電波頻率的先進接收系統（圖19.11）。
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圖19.9
波多黎各，阿里西柏附近的巨大電波望遠鏡，座落於碗狀石灰岩的中心。它將無線電波反射到高架於200公尺上方的“供應器”。這座天線直徑達300公尺，大到足以容納全世界一年所消耗的啤酒量。
NASA的科學家們從1992年10月12日，也就是哥倫布發現新大陸的500周年紀念日，開始使用這個接收系統，聆聽來自外太空的消息。雖然初始的進展並不大，但他們希望在1996年前能使這個系統完全發揮功用，並且寄望在下一個千年之初，就能夠找到我們的第一位好鄰居。
有了這個新的接收系統，NASA便不再需要建造新的電波天線。搜尋計劃將啟動世界上包括阿里西柏電波望遠鏡在內的所有電波觀測站，來搜尋外星文明。在銀河系中我們應當從何處著手文明生命的搜尋？NASA將使用這座新的接收系統，分別執行兩個不同的搜尋計劃，以企圖回答這個問題。
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圖19.10
工作人員正在調整阿里西柏反射望遠鏡上的嵌板，他們必須穿上特製的鞋子以免損傷表面，因為表面的準確度是不能低於一公分的。
定點搜尋
外星文明搜尋（SETI）的第一個計劃便是定點搜尋，科學家們會將天線對準800個鄰近的恒星，並在每一顆恒星上停留5到15分鐘。在銀河系三千億顆恒星中“前800名最佳的候選人”，必須具備下列的條件：
1. 與太陽距離在25秒差距(80光年)之內；
2. 全部屬於星族I（也就是具有較高比例“重元素”的恒星，以利生命的起源發展；見第140頁？？？）；
3. 必須是單一星系，如果是雙星或多星系的成員，它與其他成員的距離要夠遠，以穩定行星的軌道；並且
4. 必須是光譜型式F、G、或K的主序星，也就是說它們較有可能具有大小適中的適居帶，並且不會一下子就燃燒殆盡（至少10億年），以方便生命進化到具有“智慧”的階段。
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圖19.11
“多頻道”接收器的原型機種。NASA希望藉這個儀器同時分析1千6百萬到3千2百萬個不同的電波頻率，以幫助外星文明搜尋（SETI）計劃的進行。
每一顆恒星的頻率偵測範圍都是包含“水洞”（見圖19.2）在內的1000到3000百萬赫茲之間。定點搜尋800顆恒星的計劃，大約要6年的時間才能完成。
巡天觀測
因為智慧文明（如我們所定義的）可能都不在這800顆“最佳候選人”的名單當中，外星文明搜尋（SETI）的科學家們因而計劃對距離遙遠但能發射出強力（比我們強）無線電波的外星文明作觀測。這樣的“巡天觀測”大約也需七年的觀察時間，並要使用在加卅金石（Goldstone）以及澳洲提賓畢拉（Tidbinbilla）的電波望遠鏡。這種觀測的頻率範圍由1000到10,000百萬赫茲。由於這些巨大天線所接收到的電波光子僅來自天空一隅，所以在每個方向的觀測大約是1秒鐘。這種巡天觀測法將可證實是否有一些文明使用著極高功率的無線電波，因而使它們掩蓋住距離近、電波功率相對偏低的文明。
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NASA無非是想藉由定點搜尋和巡天觀測這兩種方法，希望能在外星文明搜尋(SETI)上，做出一點成績。而這種努力的附加成果便是使得天文學家們對於定點搜尋中的800顆恒星有更深入的暸解，並對巡天觀測中所發現到的新電波源有更多的認識。但是無論附屬的成果如何，SETI的最終目的還是在意圖回答人類懸宕已久的問題：我們是孤單的嗎?如果不是，那又要如何與我們的鄰居發生交流呢?
我們可以收發哪些訊息呢？
假設在這個世紀結束前，SETI的科學家們真的竊聽到其他文明的通訊而證明了他們的存在。科學家們認為如何去認定他們的文明程度應該不是一個太大的問題。雖然會發生一些“假警報”的狀況，但是人造訊號會集中於窄小頻率帶的這個特性，使得科學家們能有效地把它與自然訊號分別出來（見第463頁？？？）。最困難的該是對評估為“智慧”訊號的解碼工作。這將是人類學家（或該稱之為“異人類學家”—即研究“特異人種”的專家）的一大挑戰，他們將試圖重建遙遠的行星系所使用的通訊語言。
解碼是耗時的工作，但至少由所獲得的訊號便可以確認該文明存在的方位及所使用的頻率。那麼下一步該怎麼做呢？我們應該回寄一個訊息嗎？還是小心翼翼地等到我們完成對他們通訊內容的解碼，並依此分析他們的族群特性後，再作定奪？相反地，這些對外發射訊號，宣告他們存在的文明生命，是否也會接收到類似的訊號？
一切只有在真正發現其他文明的存在後，才會有所解答。既然我們已經不計一切地放任無線電波逸漏於太空之中，我們為什麼不乾脆傳送一個精心設計的訊息給可能存在的外星文明？而其他的文明生命是否也有著相同的想法？另一方面，我們或者是外星文明，憑什麼要歡迎星際芳鄰的出現，或是回函給發出訊號的文明生命？關於這點，人類的看法便已經相當地分歧，相信這會需要在更多的討論之後，才有辦法定案。而在此之前，別驚訝於有些天文學家，早已經以個人的名義，修書數封，寄往宇宙中未知的街坊鄰居了。
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圖19.12是在1974年11月16日，在阿里西柏觀測站（彩圖19），藉著巨碟發射出去的無線電波訊息。這個含有1679個位元的訊息是朝向武仙座中的球狀星團M13發射的（圖3.13）。圖19.12中的位元是以0’s或1’s出現，但事實上，每一位元是由一個“開”脈衝，在2400百萬赫茲附近的兩個頻率當中（兩者相距75百萬赫茲），擇一並持續發射十分之一秒，又或者是一個“關”的暫歇狀態介於兩個“開”脈衝之間。
圖19.12
阿里西柏電波望遠鏡在1974年朝向M13球狀星團所發射的訊息，其中含有1679個位元的資訊，都是“開”或“關”的位元，在此以0’s及1’s來表示。
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這個訊息的全部頻率範圍是10赫茲，雖然是最小頻寬的100倍，卻也只是AM廣播頻寬的1/100。由於這個星團距離我們有7700秒差距之遙，因此相較之下，大約20年的傳送時間，實在不算什麼：這個訊息在25000年之間會抵達M13，在被解讀完成後，如果有回覆的訊息的話，我們接到時，也已是西元52000年了。
其他的文明在接收到這樣一個訊息時，會如何處置呢？如果收到訊息的是我們，我們又會如何反應呢？我們相信其他文明可以解析這個由1679個位元所組成的訊息。可能有人會問道，為什麼是1679個位元？數學家應該會注意到這個數字是23和73的乘積，而且沒有其他的選擇；23和73是質數，無論使用那種計算方式，他們除了1和本身外，沒有其他的因數。至少對我們而言，我們可以依此建立一個73行，每行含有23個位元的資訊，或者是23行，每行73個位元的訊息。第一種安排方式會呈現難以辨識的內容，但第二種方法則會展現出圖19.13中有趣的陣列圖示，在這裡，我們以白色方塊代表0，黑色方塊代表1，增加對比的效果。這個圖示其實是經過精心策劃的，它含有天文學家想要表達的一些訊息。
訊息上端開始的部分是天文學家所使用的數字系統，以二位法表示出1到10的數字，並且附加”數字記號”說明在什麼時候，符號是代表著一個數字。因為二進位法是數字寫法中最簡單的一種（雖然大部分的人都沒聽說過這種方法！），這個部分的訊息可以算是一個起始點。
下一個部分則是一系列的數字1、6、7、8和15。這些數字都是奇數，所以應當具有特別的含意，尤其當我們特別注意到原子原子序（質子數）中的第1、6、7、8和第15個原子。這些原子分別為氫、碳、氮、氧以及磷。聰明的收訊者應當知道，這是與人類息息相關的五大元素（並非每個人都會把磷與其他四個元素放在同等的地位；如同第七章中所討論的，其餘四個元素是遠比磷要重要的多。）再往下看，我們發現有12組圖示，每組中皆含有5個數字。而每一組即代表一個生命基本分子的化學式，而該分子的組成元素（氫、碳、氮、氧以及磷）也被標示出來。這些分子包括DNA的四個組成鹼基—胸線嘧啶、鳥嘌呤、腺嘌呤、胞嘧啶（第163頁？？？）—加上磷酸鹽基（PO4）和脫氧核酸糖分子。
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圖19.13
將阿里西柏訊息所含的1679個位元安排成為23行、73列的陣列方式，並且將開和關的位元賦予不同的顏色，如此一來，一個饒富資訊內容的圖片便呈現出來了—靜待外星文明的解讀。
再往下看，我們便見到DNA這個生命基本分子的化學結構（第165頁？？？），圖中所示便是人類遺傳物質主要的攜帶者，染色體中DNA的雙螺旋架構（由約40億對鹼基所組成）。在雙螺旋結構的尾端便顯示出人類的概圖。藉著這個順序指出DNA與發射此訊息的文明生物間的關係。在人形圖的右側，有一條由頭到腳的線段標明了人類的身高是14（以二進位法表示）個單位。由於訊息中唯一的通用單位是傳訊使用的光子波長，換算一下身高，便相當於14x12.6公分=176公分，或說是5尺10吋高。人形圖左側標示著數字40億（基於二進位與十進位的不同，應當是40億左右），代表當時的人口總數。
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在人形圖下方的是太陽系。太陽在右，九大行星分列在左。第三顆行星（地球）的位置則朝向人形突出，暗示著人類居住於地球上。在太陽系圖形的下端是一個電波望遠鏡，圖中並顯示其將光子“集中”於中央點。最後一行標明了電波望遠鏡的大小為2430個波長或306公尺。
這個含有1679個位元的訊息是相當地充實！其中包括了數字系統，重要元素，以及組成我們生命的雙螺旋分子，另外更有人類的身高和數目，並且居住在太陽系的第三顆行星上，建造了直徑為300公尺的望遠鏡做為星際通訊之用。就算收到訊息的外星文明無法完全解讀所有內容，但至少他們會知道有我們的存在以及我們渴望交流的意願。而光子在被接收時的強度使得地球在該頻率下像是最閃亮的“恆星”，這方面也展示了我們的科技能力。
電波訊息以光速前進，只需一個小時就超越先鋒10號兩年多來所走的路。而其花費更只有先鋒10號的萬分之一。目前這個訊息已經穿梭過數十個以上的鄰近恆星。或許是科學家們深思熟慮後的決定，雖然在地球與M13之間便可能有文明的存在，但是訊息的內容並非是針對這些鄰近恆星而設計的。而如果在地球與M13之間或是球狀星團中真的有文明的存在，他們應該能接收到我們的訊息，並且遲早都會回函予我們。在等待的期間，我們不用去對宇宙中到底有多少這種“哈囉！有人在家嗎？”的訊息去傷腦筋。而當來自外星世界的1679個位元的訊息被刊登在報紙上時，我們會將它當作是一個字謎遊戲呢？還是壓根兒就不屑一顧？
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結語
在認定光子訊號為星際文明間最佳的通訊工具後，我們仍然先得解決一些重要的問題，才能與我們的鄰居通訊。第一，要決定訊息的最佳頻率。選擇無線電波是因為它不像其他的光子頻率有傳送上的困難，而且成本又較可見光來的低。而1420百萬赫茲應該是無線電頻率中最適宜的。因為它是氫原子的放射頻率，既然身為宇宙中最重要的頻率，所以該當是家喻戶曉的才對。許多的科學家也因此認為星際通訊的頻率應當在1420百萬赫茲附近（或是此基本頻率的偶數倍或分數）。如果水分子對其他的文明也是一樣不可或缺的話，由1420到1721百萬赫茲之間的“水洞”頻率便又是另一個極佳的選擇。
接著，則是對頻寬的考量。它關係著文明搜尋的效率。同時我們也要決定頻率搜尋的範圍—並且希望外星文明的訊息頻率就落在這個範圍之中。
假設其他文明有著與我們相似的判斷力和知識，那麼以最佳的頻寬和頻率對篩選過的鄰近恆星做搜尋工作，相信成功的比率應當是蠻高的。當然，在這個方法之下，我們也有相當（甚至更高）的機會搜尋到整個銀河系中稀有但極端先進的文明。在仍有反對聲浪下，我們審慎地發出訊息，向宇宙昭告人類的存在。具有智慧的外星文明都有這個能力將這個訊息重組成概略的圖示。這個圖示囊括了人類文明的基礎化學、方位、人口總數、以及人類外觀的形狀大小。
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即便是外星文明不對外發出星際訊息，他們區域性的傳訊也會無可避免地逸漏到太空中，而我們也是如此。對這種微弱訊號的偵測的確是比較困難，但以我們現今建造天線及接收系統的水準，這應當不成問題。雖然可能無法解析竊聽偵測到的訊號內容，但是這個訊號本身的存在，也就是外星文明存在的事實，便足以震撼並改變人類的宇宙觀。
問題
1. 德瑞克方程中的哪些因子特別指出銀河系中應當存有外星文明的星際通訊網路？又有哪些因子是持相反意見的？以現今地球的文明程度，要解答這個問題的困難在哪裡？
2. 哪些恆星的行星系最可能有外星文明的存在？為什麼？
3. 為什麼天文學家認為無線電波是星際通訊的最佳工具？
4. 電波天文學家如何定義“水洞”？為何有些天文學家認為水洞應含有星際通訊的訊號？
5. 為什麼用來竊聽訊號以發現外星文明所需的接收系統，其靈敏度要比星際通訊所使用的高出許多？
6. 如何分辨使用無線電波的外星文明以及如脈衝星這類自然發射電波的星體？這樣的一個搜尋策略合理嗎？理由何在？
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7. NASA以巡天觀測和定點搜尋兩種方法尋找外星文明的訊號，而其中的定點搜尋更是集中於類似太陽的鄰近恆星上。為什麼NASA要同時使用兩種方法呢？
8. 光波和無線電波的速度是每秒300,000公里。根據這個數據，1974年由阿里西柏發射的電波訊號需要多久的時間，它的行程才能趕上以每秒10公里巡航兩年的先鋒號太空船？相較之下，利用太空船和無線電波來傳遞訊息，何者較佔優勢？
9. 如果我們確定接收到來自外星文明的訊息，對其中包含的2117個位元“開”、“關”的脈衝訊號，我們該如何著手解碼？而解碼的方法是否不只一種？
進階參考資料
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圖：報章慫動的標題下刊登著典型的幽浮故事，繪聲繪影地把外星飛行物體描寫成一個既存的事實。與第10頁？？？的圖1.5比較，你會採信那一個故事？對這種報導，你的基本態度為何？
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20.
外星來的訪客？
“埃弗勒斯峰發現了外星寶寶！”小報攤販叫囂著這份八卦小報的頭條新聞。你相信嗎？外星訪客真的與我們的總統連絡了嗎？還是說這不過是詭譎多變的世界情勢的一幕？這涉及到科學的重要問題：我們如何決定事實的真象？
在前三章我們討論到如何去尋找外星文明以及如何與他們通訊。如果根本不需要這種繁複無趣的分析工作，將是一件多麼美好的事情呢？在與外星生命發生交流的種種可能性中，人的天性往往會傾向於非科學但卻最單純的反應：為什麼不讓他們來找我們？如果我們只要張開眼睛在地球上尋找他們的蹤跡，何必要花費那麼多的時間及精力去發射訊息，或傾聽太空中迷途的訊號？
幽浮（不明飛行物體）及外星飛行員的發現將會戲劇性地終結我們長久以來的宇宙孤獨感。許多人認為，幽浮提供了人類與外星先進文明直接接觸的可能。另外一個比較難以想像的奇妙觀點是──如果幽浮是載乘外星訪客的唯一交通工具！不論有關外星訪客的報導有多荒謬，它持續地讓我們自認為人類是多麼地特別，就算沒有連續假期，也值得外星人來地球做一次探險之旅。無論會從外星訪客的證據中得到怎麼樣的結論，我們都不得不佩服在人類天性使然下，大部分的人都認為“我們不是孤單的”，而且其他的外星生命才應該去做長途跋涉的探尋之旅。
那些證據是我們所尋求的？
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在檢視所有相關外星訪客的證據中，我們會從最具體的證據上著手：例如一個或一群活生生的外星訪客，願意與群眾握手，打交道，以及跳跳舞。地球最近是鐵定沒有碰上這樣的訪客。何以見得呢？因為如果真有此事，那將會立刻成為一條轟動全世界的大新聞。（待會兒，我們將會見到對於這個問題的偏執作法。）次佳的證據應該說是發現非地球上製造的儀器，例如一個反重力機器或是某種星際航艦。但是我們手頭上仍然無法握有這樣的證據，雖然坊間有許多吹牛皮的人宣稱他們有見到這類的證據。（你或許會認為要確認這樣的事是相當困難的。但是想想看，上千顆的隕星都曾被農夫或對天文毫無知識的人辨認出來。）第三種證據則是一些鑑定過的照片或是其他“無庸置疑”的證據可以證明星際航艦確實曾在地球出現。由於天文學家和地質學家對天空和地球拍攝過不勝可數的照片，但卻沒有任何星際航艦的蹤跡，這對外星訪客或說是外星幽浮能夠被照相機獵取的說法，產生了質疑。
第四種證據便是某些人聲稱自己見到了外星人或是他們的太空船。這種報導無可避免地會導因於人類本身的錯誤判斷，尤其是當大部分報導都是在當事人遭逢情緒壓力下產生的。錯誤發生的可能隨著目擊事件的怪異和錯愕的程度增加，一般如警察、法官，或陪審團在處理目擊交通事故，暴力事件及謀殺案時，咸知類似的現象。並且隨著時間，目擊者回憶過程中的錯誤也會愈來愈多。
當整理有關幽浮的目擊資料時，我們發現缺乏第一、第二及第三種的證據─如在大庭廣眾或電視上現身的幽浮，以及一些可信度極高的照片或記錄。相反地，我們必須面對的是目擊證人的證詞，這些常常不是充滿了矛盾衝突，便是被加入了個人偏頗的幻想。
從甘迺迪總統遇刺後所引發的亂象，或許我們可以理解釐清幽浮事件的困難之處。雖然有許多可信賴的證人、錄音帶、電影、以及專家全盤參與的偵查工作，但仍然有許多人不完全相信李哈維•奧斯華（Lee Harvey Oswald）就是唯一的兇手。現在想像一下你自己正試著由一個興奮的鄉間警察描述他所見到在天空的特異現象中，整理出一個合理的解釋：那是一個奇形怪狀的太空船呢？極亮的金星呢？還是他自己酒醉後的胡言亂語？
在細查所有幽浮相關的報導；訪問過所有可能的目擊者；試圖以所有可能的自然現象來作解釋（例如行星、雲、以及鳥）和所有人類儀器造成的偏差（例如氣象氣球和飛機對陽光的反射作用、人造衛星、飛行器的特別燈光等）之後，才發現幽浮的報導中，有許許多多反映了人性的黑暗面，這些正是人類惡作劇的傑作。難怪只有少數的科學家願意研究這個看來應是屬於社會學家或心理學家的領域。事實上大部分的科學家也沒有能力處理一些以現象觀察者為主的問題。菲利浦•克拉斯（Philip Klass）是航太技術雜誌（Aviation Week & Space Technology）的資深編輯，在對幽浮觀察的研究也是不遺餘力，而且頗富盛名。在本書的幽浮探討中，便將大量引用克拉斯所整理的相關資料，來解讀一些著名的幽浮事件。。
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不止歇的幽浮熱
雖然幾千年以來，人們曾注意到天際間出現的奇異物體，但對幽浮的廣泛討論則是近代的事情。第一個報導是在1945年，第二次世界大戰一結束後出爐的。這或許不僅僅是時間上的巧合。在那衝突的六年中，科技能力一日千里，同時各方也持續向空中偵測敵機的蹤跡，這使得許多人對天空又敬又畏，並且領悟到天下沒有不可能的事。如果雷達、電視、噴射機、火箭、以及原子彈，都能在不到十年的時間內問世，那麼為什麼星際航艦就不可以？並且當時的世界亂象，也使得人們傾向於冀求外星文明的力量，他們的介入或能幫忙解決世界的問題。
第一個幽浮相關的報導來自於一位名叫肯尼斯•阿諾德（Kenneth
Arnold）的私人飛機駕駛員，他宣稱在華盛頓州的雷尼爾山（Mount Rainier）附近目睹奇異的“ 飛碟”（flying disks）。阿諾德在1947年所見到的，雖然可能只是海市蜃樓，但也從此造就了一個幽浮報導的流行語，“飛碟”（flying
saucers）。阿諾之後，有關“飛碟”的目擊事件便如雨後春筍般地出現。在阿諾德的故事見報六個月後，空軍上校湯瑪斯•蒙特爾（Thomas Mantell）的座機在追逐巨大幽浮時墜毀，這個幽浮搞不好是一種新型的軍用氣球。蒙特爾的意外身亡幾乎可以確定是由於攀升飛向不明物體時，使用氧氣罩失敗所引起；在追逐過程中，發生了缺氧的“驟黑”（失去意識）現象。但是蒙特爾的死亡卻引發出另一種說法，認定飛碟會摧毀意圖追逐它的人。
在雷尼爾山的“飛碟”事件後一年，也就是1948年7月24日，一架東方航空公司DC-3型客機在拂曉前夕，航經阿拉巴馬的蒙哥馬利附近。在飛越高度5000英呎時，機長和副機長見到一道如滿月的光芒，照亮著清明、只有幾片殘雲點綴的夜空。在沒有警示訊號下，機員靜靜地看著這個他們認為是巨無霸噴射客機的物體，由東方相距700英呎的地方，以時速每小時500到700英哩的速度通過。稍後，機長和副機長皆聲稱這個龐然大物有著上下兩排的窗戶，並且裡面的燈光還是亮著的；機長還說“你可以直接看穿這些窗戶。”兩人皆估計這個物體大約有100英呎長，25到30英呎寬（圖20.1）。這個飛行物的出現前後歷經10秒，足以讓人仔細端詳，可惜出現的時間仍不夠長，無法讓更多的證人能一同親眼目睹。機上的一名乘客說他也見到類似的光線，而在同一區域附近的另一架飛機也在同一時間見到類似的噴射機或火箭拖曳而過。
機長和副機長都見到了幽浮上的窗戶，並且都不認為其所見到的是流星。機長還說幽浮“尾端拖曳著極大量的塵焰衝入雲層。”空軍做了相當的努力想要為這事件找到合理的解釋。顧問之一，亞倫•海尼克（J. Allen Hynek）博士即質疑“一顆明亮的慧星，其尾端拖曳開始的部分，可以造成一艘具有明亮窗戶的飛船的主觀印象。”但調查人員認為機長和副機長應該不至於離譜到把流星誤認成一架具有兩排窗戶的飛船。
圖20.1 1948年7月24日DC-3型客機的機長（上）和副機長（下）的草繪圖，圖中的飛船有著一排排的窗戶或類似窗戶的開口。注意這兩個人眼中的飛船有些什麼不同。
雖然如此，20年後，幾乎相同的故事又在幾個不同州中上演，並且提供了一個稀有的“實驗”讓我們來印證幽浮的報導。在1968年3月3日晚上，田納西州三位值得信賴的目擊者從地面上也觀測到相同的現象：一道亮光，後方噴出橘色的火焰，在頭頂上約略1000英呎的高度通過。幽浮通過時，大家全都啞然無聲，其中的一個目擊者描述說，“就像是根大雪茄”，至少有十個方形的窗子，由裡面透射出光芒（圖20.2）。這三位目擊者討論著所見到的物體，他們一致認為這個物體要不是軍方的秘密飛船，那便是外星航艦了。
圖20.2
1948年目擊事件後的20年，一架蘇聯的火箭在中西部上方受地球大氣摩擦而燃燒時，吸引住兩組人馬的目光，一組在田納西州（上）另一組在印第安納州（下），這兩組人馬都繪出了一艘具有一排明亮窗戶的飛船。
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結果演變成有六個人在印第安納州見到同樣的幽浮，而往北去200英哩，也有人見到一個雪茄型狀的物體，有著許多明亮的窗子（見圖20.2）。據目擊者描述，這個物體有150到200英呎長，並且寂靜無聲地穿越樹頂。另外一組完全可以信賴的人馬，遠在俄亥俄州，也目擊了三艘類似的飛船，無聲無息地通過。
在目擊事件發生之前的夜晚，蘇聯發射了一系列的火箭推進器來協助太空船進入軌道。次晚，其中的一個火箭在返回地球時，在大氣中爆炸燃燒形成人造流星。美國的雷達從這個物體發射起便已鎖定跟蹤，因此確定不移，當有人報告目擊見到一個或多個後方噴射火焰的飛船，有著明亮的窗戶，在低空無聲息地穿過他們的頭頂時，正是這個火箭推進器在數十英哩的高空上通過。
由1968年的事件，我們或許得到一個結論。正常且不說謊的人，對其所見的事物或許不見得會有極其精確的記錄，因為人的心理總是會主動提供那些“應該”存在的細節，以使得世界較符合邏輯。我們會藉著以往的經驗來闡釋所面臨到的新事物：如果見到奇怪的發光物體在空中一起移動，我們便會認為自己見到了“窗戶”，而如果見到機身卻聽不到噪音，我們也會認為那一定是艘太空船。
那麼東方航空的駕駛在1948年所目擊的又是怎麼一回事呢？當時，並沒有蘇聯火箭推進器的存在！而兩位目擊者的手繪圖十分相似，而且其敘述也十分雷同。看起來，駕駛員所見到的極有可能是流星在通過地球大氣時，分裂燃燒的現象。而且此事件發生的1948年7月24日又正是水瓶座δ流星雨的顛峰期。由這兩個相距20年的例子看來，當人目睹到什麼驚世駭俗的事物時，大腦會以已知的經驗模式來闡釋這個事物，並且加油添醋一些“原始”觀察中根本不存在的細節。這些駕駛員便將數十英哩的距離說成幾百英呎，又把流星在大氣中墜毀燃燒的一系列發光碎片，當成是一排亮光的窗戶（圖20.3）。
在沒有照片的狀況下，我們也不能確定目擊者是將流星誤認為外星航艦。甚至有照片的證明，這個爭論仍然會一直喋喋不休下去（圖20.4），但至少我們有一絲的實質證據，而不只是模糊不清的回憶敘述。
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圖20.3
一顆隕星體在穿越大氣時會碎裂而產生一系列的光體，而人的肉眼及大腦常會將其排列成等距的光點。
圖20.4
這些照片被公認為“幽浮就是外星航艦”的最具說服力的證據。它們於1950年5月，在靠近奧勒崗州馬克敏維爾這個地方，由一個先前即已見過幽浮多次的婦人的先生所攝得的，不過“〔她說〕沒有人會相信我的”。
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拉布波克光（The Lubbock
Lights）
1951年8月的一個炎熱夜晚，德州工技大學的三位教授在後院中仰望天空，尋找知名的英仙座流星群的蹤跡。這三位理工科的教授在數著流星數目時，突然見到15到20道微弱的黃白色光芒由北往南，劃過星空。一小時後，他們又見到另一組光芒，循半圓形的軌跡移動。近子夜時分，已是第一組光芒出現的兩小時之後，第三組光芒又自他們的頭頂穿過。
這三位科學家估計這幾組光芒的高度大約是50,000英呎，速度則約略為每秒5英哩。他們以電話相傳這種拉布波克的“星夜光湧”現象，而馬上引起全國公眾的注意，大家競相傳播這個“拉布波克光”事件。而後，經由這三位教授自己的研究調查，才揭開了拉布波克光的謎底。
這些速度看起來比飛機還要快的神秘光線到底是什麼？是鳥啊！藉由望遠鏡，他們發現所見到的正是遷移中的千鳥，牠們身體的下半部正反射著拉布波克街道上新裝的水銀燈燈光。由千鳥的大小，教授們瞭解到這些鳥兒的飛行高度比他們所想的還要接近地面，因而移動的速度沒有想像中那麼快。天文學家也錯誤地報導過類似的目擊事件，他們其實應該更清楚這種情形才對。因此對於已有幽浮觀念“輸入”在他們腦中的一些非專業的目擊者，會有混淆、錯誤的報導，應當是沒什麼好意外的。簡單地說，對於一個未知的物體，我們是無法分辨其高度及速度的。任何時候，當你聽到有人說見到空中某物體“它在一英哩外”或說
“它的高度該有數百碼，”你都可以質疑，“你怎麼曉得？”你通常會發現這些個答案都並非來自任何科學方法的測量，而不過是人類的直覺反應。
喬治亞州的金星
在1967年的秋天，喬治亞州10個管區以上的警員皆報導目擊幽浮的出現。第一個事例該當從10月20日的早晨說起，巡邏警員見到了一個“亮紅色、橄欖球形狀的光體”出現在地平線上，他與他的搭檔立即開著巡邏車，追逐了8英哩後，終於失去目標，當他們返回密爾基維爾時，幽浮卻又再次出現在他們的眼前！這兩名警員陳述著這個幽浮明亮到可以讓他們見到手錶上指針的位置。另外一名總部的員警也加入他們的行列，他們都見到幽浮逐漸地升高。在這近半個小時的觀察中，他們眼見幽浮由亮紅到橘色，最後變化成白色，並上升到天際，直至遠去看似“一顆星星”。
這些警員的報導激發了當地人對幽浮的興趣，並且在第二天凌晨便有人宣稱在東方發現兩艘幽浮的行蹤。第四個晚上，一架飛機加入警方追逐的行列，也見到了幽浮，並且還見到另外位於東方地平線上的一個微弱不明的物體；當飛機朝著它們往東追逐時，這兩個物體似乎皆“向後退”並且“向高處漸行漸遠”。喬治亞州其他城鎮的警察也宣稱見到類似於發生在密爾基維爾的現象。在往後的數週中，喬治亞州中部到處充斥著幽浮的目擊報導。
其實這些都是金星在清晨時分升起的現象，在這個時刻，金星是非常明亮的，並且伴隨著微亮的土星。金星經常被誤認為是幽浮，而事實上，在1967年，喬治亞州將金星當作是幽浮的報告次數，倒也創下了單一年度在單一個州發生誤認次數的記錄（圖20.5）。
圖20.5
這張照片是由夏威夷起亞山的峰頂所拍攝而得的，照片中所顯示的是破曉前，位於東方天際中的金星及一輪新月。當金星明亮到可以投射陰影的程度時，也是最常被誤認為幽浮的時候。
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這些事實證實了一個對奇異現象的報告往往會引發另一個類似的報告，這得歸功於人類相互影響的能力。只要花一些時間觀察一下夜空，你將會發現當你走向任何天際中的物體時，它們似乎都相趨相應地“往後退”，並且似乎一直跟定了你。在警方的追逐熱中，這一個簡單的事實似乎被遺忘了。警方的報告中所陳述的幽浮極亮的光芒，可以讓他們清楚讀出手錶指針的位置，則又反映出另一個天文學上的事實：在天空中，金星的光芒是驚人的明亮，有時甚至可以投射陰影。
登陸索科洛
1964年4月24日在新墨西哥州索科洛的一位名叫羅尼•札莫拉(Lonnie
Zamora)的巡邏警察在尾隨一輛超速車輛時，聽到了吵雜的轟隆聲，並且見到了“空中火焰”，就位於不到一英哩處遠的岩石平台上。札莫拉開上陟峭的平台頂端，見到了一個“亮晶晶的物體”，並且一旁有“兩個通體雪白的人”。札莫拉將車停在相距一百英呎的地方，步出車外而且聽到“震耳的轟隆聲”，這個物體的下方噴出強勁的火焰，緩緩自平台上升。當札莫拉奔回他的車子、猛敲車窗時，幽浮發出了一聲短暫的呼嘯聲，便急逝於東南方的天際。
事後，札莫拉將所記得的幽浮形狀畫成草圖，它像是個長了腳的大雞蛋，並且他發現平台表面有四個凹陷的痕跡和植物被燒過的痕跡。空軍幽浮事件的首席顧問亞倫•海尼克在與札莫拉訪談後，認為他是一位“相當認真、誠實、和可信的人。”
對於札莫拉的報告我們作何解釋？一方面，札莫拉聲稱他見到的是極度不尋常的事物，而另一方面，支持這個目擊事件的證據──平台上的凹痕及一些燒毀的植物──本身絕對沒有說服力。甚至更負面的是，一對住在“降落地點”南方1000英呎的夫妻，在門窗皆是敞開的情形下，卻不曾聽聞到任何聲響。
索科洛的事件是有其重要性的，因為它是外星訪客抵達地球的證據中“高可信度”的事件之一。雖然札莫拉的報告相當地引人入勝，但是沒有一個法庭會成立這個事件，尤其是還有其他證人提出反證的時候。大部分幽浮事件的證據都幾乎全然是目擊者的陳述，而這個事件則是單一的目擊者，但他的證詞卻得不到其他在場者的支持。
星際航艦假說認證上的困難
稍作判斷後，我們會下個結語說最知名的幽浮報導也不會比索科洛事件更具有說服力。當然有更加精彩的報導存在，但說故事人的可信度卻使得這些報告不被採信。像外星訪客這種令人情緒高漲的話題，將不可避免地會有一些騙子，吹牛皮的人，以及愛開玩笑的人加入。而在幽浮相關的報導中，這類情事更比比皆是。一個好的調查人員便應當能揭發這種詐欺的行為，而許多編造的故事也被舉發出來（見圖1.7）。有些事件則由於目擊者精確詳盡的描述，而似乎值得相信。而如同先前提到的，困難處便在於人類對其周遭事物心中的闡釋；也就是說，我們心中會傾向於將人類的直覺─由經驗累積的成果─加諸於所見到的不明景象。
甚至觀察同一件事物的一群人，也能彼此相互影響，或全部接收同樣的觀感。我們見到在星際航艦的報告中，這些報告的人當中，通常彼此是有近親關係的。1959年發生在新幾內亞的幽浮目擊事件（大概是見到了金星及木星）中，一位英國國教傳教士和其他37個人之間就發生了這種效應。37人當中有25位後來在傳教士的證詞上簽署認定他們所見到的現象。然而，他們與傳教士間的關係（門徒、助手、教區居民）使得他們的闡述和記憶的事物完全缺乏自主的獨立性─而且對他們所簽署認定的事實恐怕也是一知半解。這個事實說明了，目擊證人本身的陳詞絕對無法證明一個事件是否是真的發生過。對於天空中出現奇怪的物體這種事件，在解讀時心理層面遭遇到的問題便會顯得格外地尖銳。這是因為現今大部分的人對於自然天體並不熟悉──所以才會有這麼多誤把金星當幽浮的報導出現。
幽浮報導的分類等級
在面對不可信賴的目擊者報告時，我們可做的便是將這些報導區分等級並加以分類。這種完全符合科學態度的作法可以從有關於外星訪客的各種不同角度的爭辯中，汲取支持的證據。此外，在一次又一次的科學化徵詢之後，證據分類本身便已經協助解決這個問題了。在1950年代後期，亞倫•海尼克將幽浮的目擊資料區分成六種不同的等級：
1. 夜光：夜晚中明亮的光線
2. 白晝的碟狀物：通常是橢圓體或類似碟子的形狀
3. 雷達上可見的：目擊物體也可被雷達偵測到
4. 近距離的第一類接觸：肉眼所見的不明物體
5. 近距離的第二類接觸：除肉眼觀察外，還有此生命及非生命物體外觀的一些物理描述
6. 近距離的第三類接觸：見到幽浮的“所有人”在其內外附近出現。
注意海尼克的表省略了與外星人實質個體接觸的“近距離第四類接觸。”這種接觸將會列為外星人到訪地球的鐵證。換句話說，排除那些不值得信賴的以及心理不健全的人的證詞，第三類接觸與實體的接觸相去倒是不遠的。這似乎說明要不是正常人的想像力還沒有辦法想像到實體接觸的地步，或是外星訪客有意避免這樣的近距離接觸，否則便是外星訪客根本就不曾來到地球。
由海尼克的分類表中，衍生出相關於幽浮報導的一個有趣的一般性事實：愈尋常的事件的報導往往愈為可信，反之亦然。換句話說，一些相當奇特的報導（例如降落在玉米田中的飛碟），可信度卻相當低（例如只有一個人在有限的視力範圍下目睹事件的發生）。而其他較不怪異的報導（例如一道奇特的光徘徊於空中，然後突然加速而消失），可信度則比較高（例如五個可信賴的證人皆聲稱目擊整個事件發生的過程）。最難理解的事件則有著極高的懸疑性和不錯的可信度。
看看海尼克分類表中的前三類──夜光，白晝的碟狀物，以及雷達上可見的──其實是經常發生的，這也可以從目擊者報告時所表現出的訝異程度中輕易地分辨出來。夜光類的主要成員如飛機、流星，以及行星（尤其是金星）。白晝見到的碟狀物則多是小型飛船、氣象氣球，或者是雲氣。突發奇想的騙局，特別是發生在幽浮報導見報後的次日，往往是以燭光照亮著汽球，或者將其包上一層錫箔紙來矇騙世人。這些後續的唬人技倆，媒體常常是不太理睬的。有時一些幽浮的熱中者甚至拒絕接受那些惡作劇者的自白，就好比英格蘭玉蜀黍田上的神秘圖形記號事件一樣（圖1.7）。最後，假的雷達回音也經常帶給雷達操作員困擾。當雷達在已知沒有飛機存在的區域偵測到訊號並不代表就是偵察到外星人的星際航艦：鳥群，昆蟲群，以及雷達操作員所謂的“天使”，或是雷達電波不正常的行進（導因於空氣密度的不穩定）等都可能是原因。
P495
上述的討論並不代表所有的幽浮報導都是對自然物體現象的誤認，或說所有的幽浮目擊者皆犯下人類天性上的錯誤。但是由多數的幽浮報導皆與自然或人為的物體有關的事實說明，如果幽浮報導只能依賴於目擊者的證詞，那麼這些由人為因素導致的錯誤報導仍將會佔絕大多數。
星際航艦假說的爭議
在沒有明確的物理證據下，外星幽浮假說的支持者面臨著極大的挑戰。基本上，他們必須從理論的分析而非實質的證物上著手，以證明外星人確實到訪過地球。理論分析是有其功用的──想想看本書有多少部分皆仰仗著它──但是如果它不是導自於證據或人人都同意的物理定律，並且又無法以實驗加以證實，那麼這個理論分析是沒有什麼公信力的。
外星航艦的支持者通常有著下列的論點：
1. 光我們銀河系的文明總數，不包含其他的銀河系，便可能相當可觀。
2. 就算這些假定存在的文明中，大部分都對星際太空飛行不表興趣或沒有能力，但畢竟會有一些文明是既有意願也有能力的。
3. 因為先進文明如果決定造訪某處的話，憑其所擁有的高科技，他應該想派出多少星際航艦就可以派出多少，並且還能隨心所欲地使用各種科技技術。
4. 因此，對於找不出自然成因以作為解釋的神秘物體，一定就是不斷造訪我們的外星訪客。
許多科學家對於第1及第2點論點皆能表示贊同。而對於第3點，如同先前所提的，從科學分析的角度來看，星際航艦需要非常多的能量，然而我們不可否認外星文明或許手上還有許多的法寶來解決這個問題。因此，導引到第4個論點，天空對外星文明的星際飛行便應當不成問題。但是科學的論點卻指出，天空確實是一個限制，而且是一個極重要的限制。我們已經在第18章闡述過這個論點了。
如同所有的科學家一樣，本書的作者也是因為我們並非事事盡知，所以感到興奮莫名。或許我們對於太空飛行的困難認知是完全錯誤的，外星人造訪地球說不定比起科學家所想像的要簡單的多。但是─再一次和其他的科學家一樣─在承認外星訪客就在人群之中之前，我們需要真實的證據。畢竟，對一些沒什麼大不了的聲明，大部分的人仍有充分的理由保持懷疑。他們會馬上想要確定這輛新車或這台電視機是否有如廣告中所說的那麼好，而且不會輕易接受其他人對這個聲明的贊同──尤其是那些產品開發的資助者或是發明家。
一種掩飾？
在結束有關幽浮報導的主題之前，我們應該說明有多種“掩飾”證據的可能。幽浮狂常斷言政府（特別是美國政府）知道有關幽浮的“真象”─確實如此，甚至還有飛碟墜毀後的“小綠人”的屍首保存的檔案─但是拒絕公諸於世，深怕我們無法承受這樣的新聞或認為外星人終會統御地球。這樣的指控是跳到黃河也洗不清的，政府愈是反駁，就愈有此地無銀三百兩的感覺。
不管幽浮背後的真象為何，事實上不管美國（以及其他國家政府）有沒有從事掩蓋事實的行為，這都並不表示他們有什麼事實真相可以隱瞞。從近代的歷史中可以看出，即便是一些枝微末節，在政府官員的眼裡都是相當危險的，他們往往會依照慣例，將它掩飾處理掉。如果航艦真的降落在僻遠的地方，那麼軍方及政府便極有可能將這些證據湮滅。但是他們也會試圖掩飾他們無能、誤判、或全然懶惰的證據。這所有（以及更多）的可能性都說明了為何政府對於幽浮總是不像科學家們那般地熱衷。
我們不能排除軍方人士完全掌握幽浮資料的可能性─例如，他們已經與外星文明通訊交流過了─並且他們認為應當掩蓋這樣的一個事實。科學家或許也牽扯入這樣的陰謀當中，所以這本書可能也是遵循外星人的指示而寫的（有時這種懸疑性的語調正是吸引讀者的一個好方法）。的確，有時不妨懷疑看看周遭的人說不一定便是外星人，假裝並保持一個“正常”的環境，只是為了方便對你的研究。在什麼都有可能的情形下，或許你自己就是一個外星人，只是時機未到，你自個兒還不清楚罷了。
幽浮是一個現代神話嗎？
這種討論方式是沒有什麼助益的，讓我們回到幽浮報導最具衝擊力和重要性的舞台上：人類的心靈。無論誘因為何，我們得把幽浮報導當作是純然的人類及地球現象，直到有證據說明它們是外星人的傑作為止。一些對幽浮的調查指出幽浮經驗─幽浮事件的目擊者─是比幽浮的“真實性”還要來得重要。如果對於第三類接觸的事件做一番綜合審察，我們發現被描述的外星人都與人類十分接近：兩隻手臂、兩隻腳，一個頭等等。如果這個外星人有性別，便又幾乎總是男性。對於這個事實有一個很好的解釋，便是人類總是見到他們想要或是預期會見到的事。如果我們接受心理學對幽浮的解釋，這種內在想法的明顯“投影”不單不衝突，反而支持著幽浮經驗的真實性。在這樣的分析下，事實是情緒性的，而不是科學性的。
人類冀望著能與天空背後無盡的黑暗太空發生某種特別的聯繫。宗教中偉大的神總是居住在天堂的某處，而且祂們或祂們的使者常會造訪一些選定的對象。例如新約─基督教傳統中提到的天使，但是在其他文化也有著相當多類似的天堂使者。心理學家卡爾•勇曾指出，人類有一個強烈的傾向，就是在遇到麻煩時，會轉而向上天祈求一些訊息和符號，以作為指導的規範。勇認為幽浮現象不過是一個現代的神話，一個在人類根深蒂固的傳統，鋪上一層機械式、高科技的糖衣。
當回顧過去這些由創造奇蹟的“小人物”和天際的訪客所締造的紀錄，我們可以見到人類的態度一直都沒有改變。這並不能解決幽浮報導背後的問題，但是可以認定的是，只要人類對我們所處的無邊無際的神秘宇宙有著企盼與冥想，類似的反應便會不斷地發生。這一連串古往今來的故事、神話以及報導，都包含著以人類自我為中心，信任與不忸恬的態度，試圖將我們自己的經驗應用到大部分的宇宙事物上。我們假定未知宇宙中的外星生命關心我們、會與我們嬉戲、綁架我們、或者為娛樂我們而跳舞歌唱。
P498
孟丹尼根：神的吹噓者
進一步看看外星訪客的理論，我們或許會認為在檢視人類文明進展的記錄時，或許有不少成就是非人類能力所能擔當的，而是經由外力的介入（如果我們考慮得太遠，我們都變成是外星來的訪客了）。大約有5千萬本艾瑞克•孟丹尼根（Erich von Daniken）的著作─神的戰車？（Chariots of the Gods？）神的黃金（Gold of the Gods），以及一些其他的書目──都已銷售一空，顯然讀者喜歡知道古代太空人曾訪問地球（孟丹尼根說的），並且在與人類交流後，遺留下許多的紀念物。
大部分孟丹尼根所認定的紀念品都是那些很明顯非“原始”文明的工程技術所能完成的事物。就好比他提到了古埃及：“有著巨大的城市，眾多的廟宇…無可比擬的巨大金字塔─種種美妙的建築就這麼高聳矗立於地面。對於一個歷史中無跡可循，便一夕之間擁有這等技術的國家而言，真是一個奇蹟。”
要如同孟丹尼根般地曲解歷史是全然的不學無術，更別說是一個膽大包天的吹牛者。事實上，早在孟丹尼根所稱的“神蹟”時期之前，埃及便有了相當長期且詳盡的歷史記錄。歐尼斯(Oannes)傳奇的古代蘇美文化，也有著相同的遭遇，文字的發明以及其他種種的發明，皆被稱為是外星文明介入的例子。
雖然孟丹尼根偶爾會草率地信筆一書，例如他描述一個他從未去過的南美洞穴，裡面充滿了古代的黃金寶藏，他最令人印象深刻的則是他引用一些“驚人”的巧合，而任何一個讀者都能指出箇中的錯誤。為了加強我們認定“野蠻”的埃及人根本不可能建造位於奇薩（Giza）的Khufu大金字塔（圖20.6），孟丹尼根問到：“難道這真的只是巧合嗎？如果我們將Cheops[Khufu]金字塔的高度乘以十億──98,000,000英哩，正是約略相當於地球與太陽間的距離。”
讓我們來看看這數字的奧秘。金字塔的高度是481英呎，如果乘以109（十億），接著除以每英哩相當於5280英呎，結果等於91,000,000英哩。事實上這比孟丹尼根預期的還要準，因為地球與太陽的距離是93,000,000英哩。這只是個巧合嗎？或者告訴我們古代人擁有著特殊的知識？
P499
圖20.6
奇薩（Giza）的三個巨大金字塔，建造於四千年前的埃及。古代埃及人在尼羅河(Nile)西岸建造了許多金字塔，而這三個是最大而且保存最好的。
一種測試的方法便是看看其他一些在地球與太陽的距離廣為人知之前，所建造的建築物高度。一個極佳的例子便是十三世紀在法國的盧昂（Rouen）所建的天主教塔。如果我們將此塔的高度485英呎乘以十億，我們得到92,000,000英哩，這個數字更接近地球─太陽的距離！如果依照孟丹尼根的說法，那麼建造盧昂（Rouen）天主教塔的人也應當有特殊的知識，不過我們倒不這麼認為。
一旦將事物乘以極大的數目，我們便可以發現許多有趣的巧合。例如一個長5
7/8吋的普通氈筆，將此長度乘以一兆(1012)，就完全等於地球與太陽的距離，93,000,000英哩，難道這也是個巧合1？還是製筆的廠家急欲表現他們的天文知識？而為什麼他們可以做出比金字塔更好的產品？畢竟，如果古代的外太空人真的建造金字塔的話，他大可以輕輕鬆鬆地將金字塔加高10英呎，使得乘積準確地等於地球與太陽的距離！奇怪的是，對於奇薩（Giza）的另外兩個金字塔卻是試也沒試！
註解1： 如果你自己無法得到相同的乘積，你應該反問自己，為什麼相信本書勝過孟丹尼根的書。
P500
孟丹尼根的另一項嗜好便是將古代的書或雕刻詮釋成來自另一個世界的太空人的肖像，例如他便聲稱馬雅文化圖中所畫的便是一個背著背包的太空人（圖20.7）。事實上，這些圖畫是具有公認的宗教意義，而且數量上相當多，於是更顯得孟丹尼根的詮釋只是牽強附會。孟丹尼根又質疑秘魯那茲卡（Nazca）平原地表上的線形圖案，他說這是外星航艦降落的標示。這些確實是人工造成的沒錯，但對於先進的文明要使用如此複雜的圖形來引導降落，我們並不能夠苟同。按照道理，這些圖形應當是古代文化的一種圖騰信仰，在他們的陶藝品中，也出現相同的圖形。其中的一些直線或許具有天文上的意義，但其他的部分應該是儀式的表徵，或只是為了好看而已。
圖20.7
在墨西哥帕藍克（palenque）發現的棺蓋上，刻劃著馬雅王帕卡(Pacal)和馬雅文化中的重要符號。孟丹尼根則把這個圖像詮釋成一個駕駛著火箭的太空人，他腳踩踏板，手按控制鈕，而氧氣罩則供給他呼吸使用。
P501
為什麼會有那麼多人贊同孟丹尼根的論調呢？這應該有兩個原因。第一，孟丹尼根以人類的胸襟去度量宇宙，牽連住我們想要在廣大天際尋求知己的慾望，並且相信我們正受到神的眷佑。他的說法讓我們感到自己與宇宙是緊密地結合在一起的，而不是獨自漂流在這個巨大冷漠的宇宙之中，他也知道大部分的讀者不會去檢查他所說的正確性。相反地，讀者也為自己的慾望所蒙蔽，而相信孟丹尼根是對的。第二，許多人腦中都存在著一個觀念，認定孟丹尼根的想法如果不是真的，他的書就無法發行：一個印刷界長存的魔力。但事實上，整片森林可以只因為宣傳的理由便被犧牲掉，在自由的社會這或許是一個值得稱許的現象，但我們不應該成為直覺的犧牲品，不可認為書中所寫的就比坊間流傳的，或自己加以瞭解的來得更有價值。
讀者都直覺地認為這是一個神奇的世界，許多作家就以此吃定他們。只有以不同的角度來觀看這個世界，我們才會發現隱藏在驚奇背後的美好事物。藉著書本的內容，讓人們得以懷著無比喜悅的心情，以全新的方式來體驗這個世界，但同時也造就許多靠著吹牛皮起家的百萬富豪。但在我們有資格批判這些人（注意這些超級推銷員大部分都是男性）的錯誤之前，應該審視一下評估事物的真偽的標準在那裡。如果我們接受某種論調，只因為它“聽起來沒問題”，那我們是理應為我們的受騙上當付出代價的（見第482頁？？？）。又如果我們相信某事，是因為不加思索地吞嚥下作者提出的“證據”，那我們評斷真偽的能力就真的很差，這就好比先前所提出的氈筆的例子。只有在正反兩面反覆思考，並且自我深思熟慮後，我們才能相信某件事物的真實性。
無論如何，我們應該仍要注意到“古代太空人”與星際通訊間可能的關聯。當在思索著金字塔的問題，或是在瞭解古埃及的碑文時，我們正接受來自4000多年前盛極一時的文明的“訊息洗禮”（圖20.8）。雖然我們或因不能相對地回寄一些訊息而感到沮喪，但這並沒有絲毫減低我們對於這個文化的興趣。我們終將會接收到來自4000光年外先進文明捎來的訊息。或許我們沒有機會與他們交談甚歡，但對我們而言，這一定是個神奇、愉悅、而又饒富建設性的訊息。
P502
圖20.8
埃及奇薩（Giza）這尊謎樣的獅身人面像，有超過4000年的歷史，表象著一個消逝已久的古文明的氣度。根據孟丹尼根的說法，這個圖象代表著來到地球的外星訪客。
結語
幽浮的證據中，主要都是目擊證人的陳述，關於天空中所出現的一些物體的狀態、運動、顏色和外觀等超自然、非人為的現象。甚至連目前最有力的證詞都存在著人類對新奇的事物易於採用經驗說來詮釋，並且記憶陳述的準確度會隨時間而漸漸喪失等等問題。因此，這些外星幽浮存在的證據，其可信度仍是值得商榷的。
照片會是不錯的證明，但是這些幽浮的照片似乎都欠缺說服力。照片中沒有顯示出任何可確定是來自外星的事物或是非常奇怪的跡象。雖然照片可以被偽造，但至少這個證據是可以供我們仔細研究的。相對於目擊者的說詞，照片既不會隨時間而改變，而且也不會受到當事人主觀意識的引導。所以科學家對幽浮報導，是寧願採信於照片而不是目擊證人的說詞。
從現有的證據來看，大部分的幽浮報導其實都是某種自然的現象，目擊者倒也不是刻意去捏造，只是在詮釋上發生了錯誤。在外星人造訪地球的幽浮事件中，令人印象最深刻的報告都是因其含有難以證實的資料，不像“典型”的幽浮目擊事件，包含了流星、氣象氣球，或是金星等，這個事件或許是個騙局並且還含有不穩定人格的投影作用。
公眾對幽浮的興趣是因為一些外星訪客的證據與長期以來人類對天堂的興趣及信仰相互的結合，相信宇宙中有著友善的文明生命，在保護照顧著我們。而如艾瑞克•孟丹尼根以偽科學的方式獲至成功的例子，便證明了這種感覺的深遠影響。而孟丹尼根的外星人建造了埃及金字塔和一些古代紀念碑的說法，在檢視後便完全不攻自破。地球上的古紀念碑確實對我們有世代相傳的教育意義，但並不是我們所尋求的那種星際間的交流通訊。
問題：
1. 目擊者對奇異事件陳述的可信度不高的主因為何？
2. 以科學分析的角度而言，為什麼已發生事件的照片證據要比當事人的觀察陳述有用的多？
3. 請解釋為什麼當人們在觀察到數哩外的流星時，會認為它是在僅有數百呎的高度上空，無聲地劃過？
4. 為什麼金星常常被誤認為是幽浮？
5. 你認為對於地球有（或曾有）外星訪客的證據中，其可信度的最低要求為何？
6. 假設銀河系中文明的平均生命期是10,000年，因此任何一個時刻都會有大約10,000個文明存在於銀河系中。如果每10個文明中就有一個開始對外探查，那麼想要偵測完銀河系中的3千億顆恆星，每一次的探查必須包括多少顆恆星呢？
7. 地球與月球相距240,000英哩。你能不能找出某一個古代（或現代）的紀念建築，其高度正是這個距離的因數。
8. 假定銀河系中有一百萬個文明。那麼具有文明的恆星佔總數的幾分之幾？又假設每100個文明中就有一個會探訪銀河系，並且─就如同星艦迷航記中的企業號一樣─每一小時便造訪一個行星系。那麼全程訪問銀河系中的三千億顆恆星，將要耗時多久？對於一小時造訪一個行星系，你覺得震驚嗎？要派出多少艘企業號才能將銀河系的周遊時間，減少到100年呢？
進階參考資料
P505
21.
大夥兒都跑到哪兒去了？
前面的章節以科學的論點駁斥外星文明造訪地球的可能。現在讓我們純粹以科學的方式，藉由一個著名的問題，也就是本章的標題來重新評估前述的結論。這個問題是在1950年的夏天，安瑞可•費米（Enrico Fermi）在與一些物理學家同僚共進午餐時提出的（圖21.1）。費米是天才型的科學家，1920年代“新物理”的先鋒之一。在1942年，於芝加哥大學更負責第一個原子核連鎖反應。他同時也是美國在第二次世界大戰期間，發展原子彈的要員之一。另一位原子彈的科學家，也就是後來被稱為美國氫（融合）彈之“父”的愛德華•泰勒(Edward
Teller)，也是在午餐聚會席上的一員。多位原子核高能的專家齊聚一堂真是令人肅然起敬！
泰勒在多年以後回憶到，當時大夥正在討論超越光速飛行的可能性。這群物理學家深知單單靠原子核釋放的大能量是不足以解決星際旅行會面臨的各種問題。而另一方面，他們也瞭解星際旅行並不跟任何的基本物理定律有所衝突。在午餐聚會中做出了這樣一個結論後的40多年間，並沒有任何的進展。再者以現在的角度來看，生命的廣大分佈並進而發展至智慧文明的階段，這種可能性是相當高的。那為什麼至今我們仍然沒握有銀河系中其他先進文明存在的證據？大夥兒都跑到那裡去了？
我們可以提出三個可能的答案：(1)或許根本就沒有別人！(2)是有其他的文明，可是對於交流傳訊卻是興趣缺缺。(3)他們存在並且也相互交流──可惜我們偵測不到他們所使用的訊號。讓我們一一檢視這三個答案。
圖21.1
安瑞可•費米（Enrico Fermi）在1936年得到諾貝爾物理獎。照片中是他在墨西哥，洛沙拉莫斯(Los Alamos)的辦公室整理機密文件的神情。在這個實驗室裡，他是第一位原子彈發展過程的要角。
我們可能是，或者幾乎是孤獨的
在第17章，德瑞克方程的討論中，我們強調這個方程產生了許多不同的數值N，代表著銀河系文明的數目。而事實上文明的數目可能會比我們想得要少許多。方程中得到的N值或許是正確的，但是最後一項代表具備通訊交流能力與興趣的文明平均生命期的L值，或許更遠低於我們所預估的。這使得在某一特定的時間，銀河系中文明生命的數目變得相當少。如果N相當小，這就意味著地球文明的生命期可能也很短暫。但是地球文明也許不夠具有代表性。或許我們忽略了一個重要的特點，也就是地球上生命進化的過程，或說是文明在具有生命存在的行星上的發展過程，這個特點使得人類文明成為獨一無二，或者說幾乎是一個孤獨存在的文明。換句話說，我們可能已經不自覺地採用了一些宗教的信仰，因為對於能在銀河系或宇宙的深處與先進文明相互地接觸交流，是我們長存已久的希望。
P507
在攔截到星際訊息之前，我們可以宇宙的背景觀念來探討地球上的生命。當細看著地球生物的發展史時，我們不得不讚歎於生命在近代所做的快速轉變。地球生命的發展史中涵蓋了一個20億年（或更長！）的過程，在其間原核生物進化成真核生物，大氣也由低氧轉換成高氧的環境。在此之後，氧氣便成為化學自由能的資源，而真核生物也利用氧氣開始進化到更為複雜的結構。在反觀這段歷史的過程中，我們可以想像得出由原核生物進化到真核生物的過程可能比起由真核生物到智慧生命的進化過程，或由智慧生命演變成生命期更長的文明生命的過程，還要困難。因此在每一顆星球上，或許在發展成高等生命的過程中，起頭的第一步總是需要較長的時間。
因為人類文明由原味湯進化到智慧生命的速度相當快，或許地球上的生命演化不能當作是宇宙生命進展的一個範例。或許宇宙生命從自我複製的分子到真核細胞（或是相當的程序）的平均時間，是地球在這個過程所需的30億年的兩倍。如此一來，對於在大部分的行星上發現其他的文明生命，便實在不能寄予厚望了。最近的星體進化研究指出，如同太陽的星族I恆星，最老的大概也不過只有60或70億年。如果這種恆星是產生具有生命發展潛力行星的必要條件（見第16章），而且如果大部分行星的自我複製分子進化到真核細胞需要60億年，那麼想在現在這個時間發現其他文明的存在，似乎太早了一點。而只有那些少數進化特別快速的文明生命，才會在此時此刻即已具備通訊的能力。當然，以我們現在不甚高明的知識程度，我們也可以有一個完全相反的假設：如果地球的文明發展算是最緩慢的，而別的行星只要15億年便能發展成地球耗時30億年的進化成果，那麼在如今的星系中，比我們先進無數倍的文明生命，應該比比皆是了。
人類尚未發現任何外星生命。因此，以科學工具和知識估計其他生命存在的可能性所做的努力──這種通常稱之為外生物學（exobiology）─可以說是一種無主題目標的科學訓練。然而我們也可以說許多的科學領域也是這麼開始的。例如，在天文學家有能力發射儀器於大氣外之前，他們無從偵測來自天體的珈瑪射線，因為這些高能的光子無法穿透大氣抵達地面。珈瑪射線天文學在當時也是一個沒有主題目標、沒有觀測、無法驗證的科學領域。然而這些在衛星時代之前所經營的理論基礎卻在珈瑪射線的觀測可行之後，大大地發揮了作用。或許，這樣的情形也終會發生在外生物學（exobiology）的“科學”領域身上。
在發現其他的生命之前，這個問題是不會有答案的。我們的經驗則強烈地指出，由於我們並不認為地球與其他行星相比會是獨一無二的，也不認為太陽在恆星中有多麼地特異獨行，所以只要有“足夠的環境和時間”，生命就應該能發展並且進化。但是與其他文明的接觸是確認這個結論的唯一方法，所以我們必須以實驗加以驗證！
同時想想任何文明想要達到較長的生命期所必須解決的一些社會問題。最嚴重的應該是人口成長的問題。在地球上，我們並不直接節制人口的成長，而是將人口散佈開來。這個方法該稱之為“拓殖而不是節制”。而在土地面積有限的星球上（所有行星皆只有有限的土地）實施這種方法的限制便是：過份擁擠的人口。
在過去近幾個世紀以來，地球的人口已經增加了一倍，而且成長的速率還在加快當中。五百年前，地球上只有五億的人口。到了西元1800年，便增加到十億；1930年增加到20億；到了1975年，則變成40億。換句話說，不光是總人口數增加，成長的速率本身也在加快。今天，我們的人口總數每5.3年便增加哥倫布時代全世界的人口數！一些科學家的計算顯示，如果人口增加的速率持續現在的水準（也就是，人口增加一倍所需的時間愈來愈短），那麼在下一個世紀的頭30年，地球上的人口數目將趨近於無限大（圖21.2）！當然，這是不可能的。但是這個計算是在1960年做的，而30年後的1990年，世界人口普查的圖表顯示我們的成長卻超前當初的計算結果！人口倍數愈來愈快的增加速率正是現代人類社會面臨的最基本問題，並且任何發展中的文明都必須解決這個問題，以求生存之道。
依照生物的類推法，我們對這個問題相當重視。讓我們採用詩意一點的描述，並且將地球想成一個單一的有機生物。如此一來，所有的生物都變成這個小小宇宙生物體內的細胞或器官，而循環不息的星際火焰才能延續他的生命並給予溫暖。今日的地球就好比顯示出疾病徵兆的生物體：抗體已經無力抵抗累積過多的各種毒素。
圖21.2
如果用外插法取得地球上的人口成長，我們可以預測在西元2027年，人口總數將趨近於無限大。注意時間是由右至左增加，而時間軸與人口規格都是以對數表示。對角線便是由1960年的數據所推算的人口預測。1990年的人口普查顯示人口總數比預測的還要高！這個圖表是參考H.
von Foerster, P. M. Mora,以及L. W. Amiot刊登於科學月刊Science, vol.132, p.1291, 1960的研究報告。
氟氯碳化合物和酸雨傷害著肺系統；石化製品包含從原油到多氯聯苯，加上許多腐化的岩屑，都毒害著血管；專司消毒的器官，也禁不住毒素如此的猛攻。生物體的溫度上升；當二氧化碳、甲烷以及其他的氣體濃度增加，高燒便產生了。診斷這些問題的起因是快而直接的：這個病人罹患的是一種癌症，某種細胞不停地增殖，感染整個身體，破壞周邊的組織及骨骼，最後導致死亡。唯一的希望是早期診斷並且知道癌細胞的種類：我們便是毀滅地球的癌症細胞。
從某種角度來看，我們一直是自己的敵人，最明顯的例子便是製造殺傷威力強大的核子武器。而今我們似乎察覺到自己的愚行，險些跳入罪惡的深淵；我們終將面臨人口爆炸的最後關頭。一個有限的土地是需要穩定的人口分佈。也只有在這種情形下，我們的子孫才會有希望。如果有足夠的資源，他們說不定會將高風險、具冒險性並要長年旅行的星際飛行，當作是一個可行的求生之道。但是如果有決心去規劃有限的資源，或許可以免去移民其他世界的需求。同理可證，其他的文明一定也是如此：一旦人口成長控制的很“愉快”，他們也可以捨棄星際間的搜尋。只是如此一來，他們還會向宇宙的深處發出訊息嗎？
文明生命對於通訊交流可能小有興趣
無法解決其社會問題的文明生命，可能會被迫終身背負這些問題。這將導致一些如星際探險的活動，雖然看起來對社會問題沒有什麼立即的幫助。人類顯然沒有好好善用自己的科技發展。對於超音速飛機，我們是又愛又恨，而即便對能源有急切的需求，核電的概念仍然不能普及民心。在開拓宇宙的疆界上，我們也見到登陸月球的成功並沒有激發人類持續進行太空探險的計劃（圖21.3）。現在的我們是不是就好比身處發現新大陸後、殖民潮前的那一段歇息狀態？或者我們認為有著其他更迫切的問題需要全力去解決？關於後者，中國便可以給我們一個歷史的教訓。明朝（1368-1644）放棄了海域的拓展和貿易，撤退至內陸疆界內，在四個世紀後的今天看來，這仍是一個完全以自我的價值評斷為中心的決定。我們的社會可能也正處於這樣的情緒之下。我們因而會放棄外星訪客的想法嗎？答案的關鍵在於，只有那些長生不老的外星文明才會從事星際航行來造訪我們。
圖21.3
這個未曾使用過的土星五號火箭是在1969到1972年間製造的一系列登陸月球所使用的火箭之一（見圖18.1）。它目前放置在德州休士頓強森太空中心外的草坪上，腐蝕生鏽。對於人類而言，游移於天空中的月球，幾乎就如同4500年前，古埃及人建造第一座金字塔的時期一般，難以接近。
低推力的太空船在恆星間的飛行便要幾百萬年，這對我們是毫無吸引力可言：與其飛行這麼久，倒不如使用訊息的傳送，只消數十年的時間。就算知道如何冷凍自己，或是將新陳代謝的速率降低到幾乎是零，我們可能也不會做這樣的旅行，因為它所消耗的能量實在是太大了。而我們的社會對於發射一個自動偵測飛行器，卻得在數百萬年後或許才能接到回應（而且要往那裡發射？）也顯得興趣缺缺，更何況我們現在便已面臨許多急切的問題有待解決。只有在確定能夠活得長久，我們才會願意嘗試百萬年的旅行，不論是親身體驗或者是使用偵測太空船。因此，我們可以推論，也只有那些已經解決他們眼前的問題，並且有延年益壽的妙方的外星文明，才有可能從事星際的巡航。在我們的銀河系中，可能根本沒有這樣的文明生命，又或者有許多這樣的文明生命存在。我們有法子來決定那一個比較接近真實的情況嗎？
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在某種程度下，我們是有辦法的。如果我們相信星際飛行將必然被使用於探險及殖民拓展，那由證據來看，我們在銀河系中必定是孤單的。換句話說，如果─而且是一個很大的“如果”─其他文明生命在發展過程中會盡其所能地向其他行星系擴張，就如同我們在地球上積極地拓展領土一般，以銀河系100億年的歷史來看，地球應該早就被殖民統治了。時至今日，我們仍不見外星移民者的蹤跡（除非我們相信人類自己便是移民者──但是我們與地球上其他各類生物極相似的分子結構，則又否定了這個說法。）。沒有發現外星人的殖民拓展，是否真的意味銀河系中沒有其他文明的存在呢？
假如思考文明生命拓殖整個星系的步驟，我們必然會見到文明生物在態度上的一變再變。首先，這種文明必須要有擴張的意圖；對地球生物而言，這似乎是天性。接著，文明生命必須能解決不斷成長的人口問題，並且有足夠的經濟實力來建造星際航艦。殖民計劃本身並不能解決人口問題，因為殖民地的空間也很快會被持續成長的人口所佔滿。因此，考慮星際航行的文明生命在決定建造並使用星際航艦之際，必須付出全部的心力，並且清楚瞭解他們努力的方向為何。這種努力是無法解決人口問題的。一旦來自“成熟”文明的殖民子孫抵達了其他太陽系的行星，他們又必須興起擴張的企圖心，自小行星或行星上搜刮資源，建造新的太空船，準備下一站殖民的探險之旅。因此達到全銀河系殖民的計劃，需要不同的擴張者及“成熟”的時機。這或許是天性的一部分，但也有可能沒有任何一種文明有拓殖整個星系所需的週而復始的勇氣。果真如此，那麼地球上沒有發生外星殖民的現象，並不表示銀河系中就沒有生命期很長的文明存在。
以自己為例，人類也沒有完全使用到地球上的每一吋土地。即便是南極、海底，或是沙漠，這些已是比那些太空殖民地更加令人感到親近、熟悉，有路可尋的地方，人類都不想嘗試移居。我們的經驗是在愈不受限制的地方，文明的發展才愈繁榮。
還有另外一種可能性，就是“成熟”的文明可以發射自動訊息衛星系統，攜帶著訊息及偵察裝備，周遊星系，甚至還可能設計有生成新生命的“種子”。外星的探測船說不一定正在監視著我們，看著我們一些奇特有趣的舉止，同時能巧妙地隱藏自己的行蹤，結果，地球變成了一個“宇宙動物園”的觀光勝地。在這個“動物園”假說之外，我們必須承認先進文明有可能會依循著我們所不知的物理領域而無所不能。這兩種有趣的想法實際上都沒有任何影響力，因為它們都缺乏實質的印證。看來要發現文明發展的通則，尋找其他的文明是唯一的方法。
由於仍缺乏第一次的接觸，我們只能討論這些假設性存在的文明的動機，即便他們比人類還要先進太多。舉例來說，想想看要預測我們社會未來會發展成什麼樣子，這是件多麼困難的事。一些著名的小說家，例如喬治•歐威爾（George Orwell）的1984，赫胥黎（Aldous Huxley）的美麗新世界，以及賀爾曼•赫塞（Herman Hesse）的玻璃珠遊戲，皆提供一個“先進”社會的可能形態，其中，科學知識的追尋─更別說太空探險─根本不包含在人類的活動當中。
我們仍然是原始的文明
將動機問題放在一邊，科學知識告訴我們移動一個物體所需的能量是遠比發射訊號要大的多，相信每一個文明生命對此都相當地瞭解。除了在特殊狀況下（長生不死），星際電波通訊比起星際航艦的優勢是無庸置疑的。而對於至今尚未接收到任何外星訊息，也不用感到特別意外：無線電波的時代才剛到來不久，而對於偵測和“逸漏”無線電波方面，人類也尚在起步的階段。對於其他文明的存在和活動，我們是可以盡情地發揮想像的空間。但是科學是以實驗為本：有系統地搜尋外星文明的證據，才是知道人類是否是孤獨的不二法門。
第17章的德瑞克方程提供我們一個總結和指導原則。除了太年輕外，如果我們的文明在平均的水準附近，那應該有許多其他文明的存在，而與他們交流接觸的可能性也大幅提高。如果我們具備通訊能力的這段約70年的時間，是所有文明的平均生命期，想要發現其他文明的機會就變得非常渺茫。如果我們不多久便從開放空間的衛星連線式的電視播送轉變成有線電視，或是解體高功率的軍用雷達，又如果我們開始像那些成熟、節約能源的文明，選擇不發射任何的星際訊息，我們就得承擔只能擁有短暫交流生命期的結果。如果我們自我摧毀或無法解決人口爆漲和污染的問題，又或者防治不了如愛滋病般的流行疾病，這個生命期可能會更短暫。
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如果能聯絡到一些先進文明，並從中學習解決這些問題的方法，不啻是一個捷徑。然而，想是很容易的。況且，其實我們深知要如何才能改善地球上的這些問題，重點是如何勸導我們自己去實行。搞不好，來自仙女座星系要我們“回收鋁罐”的訊息，也會和我們每日所見的標語一樣，被棄之不理。當然如果訊息內容改成“回收鋁罐，不然我就炸掉地球”，可能會引起廣大的迴響。舊約聖經中便充斥著這樣的警語，完全掌握到人類的心理。
樂觀一點的假設，我們已經解決了所有問題，並且我們是行星生命的典型代表，那麼銀河系中的文明總數至少該有數十萬個，這是因為他們的平均生命期應當至少有數十萬年。如此，我們僅70年的文明在其中算是非常年輕的了。而這些先進的文明可能已經進入通訊文明的第二階段，也就是包含了標識、訊息、精密的星際遊戲、音樂、情感的分享以及物理新知等等的精緻通訊能力。我們想要揣摩這些先進文明的活動，就好比一個石器時代的六歲小孩在猜想地球今日的生活一般。
太平洋群島提供了一個有用的例子。居住在新幾內亞高地上的土著根本不曉得外面世界的存在，直到在1930年代一些德國貿易商的造訪後才知道。這是蠻難理解的，因為這些新幾內亞人只需要打開收音機就好了！
而我們，就好比這些高地土著，缺乏裝備與宇宙中的芳鄰互通訊息。甚至正當你在閱讀本頁的文章時，外星人的訊息正以無線電波的方式，夾雜著其他如電台電視訊號和星際分子的放射光子等，這些我們已知道的訊號，穿梭在字裡行間。我們就是缺乏適當的儀器可以調頻到宇宙訊息的頻率，一窺它的究竟。然而，相當不錯的是，我們藉著一己小小的經驗所建造的設備，可以幫助我們更加瞭解銀河系中的現況。竊聽隔壁鄰居是相當直接了當的法子。就好比新幾內亞人可以直接使用AM無線電波得知地球上其他文明的存在。但是截取訊息才是比較傷腦筋的事：太陽系必須就位於文明間訊息傳遞的“發射光束之內”（圖21.4）。當太陽及其他文明環繞銀河系的中心運轉時，這是有可能發生的，但是由於恆星間彼此的距離是那麼地遙遠，我們不能過於寄望在任一時刻會攔截到許多這類的傳送訊號，除非，彼此通訊的文明數目非常的多。這可以作為本章標題的另一個答案。如果這些文明當中，會以無線電波標識掃瞄整個星系，歡迎新會員加入他們的通訊一族，就好比汽車商以探照燈吸引顧客的手段一樣，那發現這些文明存在的機率就又大了許多。
圖21.4銀河系中心附近的恆星A運轉的速度要比距中心較遠的另一顆恆星B快，就好比水星繞行太陽的速度要比木星來得快一樣。當太陽以自己的軌道速度運行時，太陽系有時會正好在A和B之間通過。這是我們截收兩文明間訊息的唯一機會（如果有訊息傳送的話！）。這只是一個簡圖，事實上對著訊息路徑快速照相的話，光子途徑會是曲線，而非圖中所示的直線，這是因為A和B也在移動的關係。
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雖然有這麼多的不確定，火箭與電波的基本差異還是非常清楚的。在現階段，我們尚無法做直接的太空探險，但是可見光和電波望遠鏡的使用，已帶領著我們向宇宙的深處一探究竟。而電波天文學家不斷地發現星際間的新分子，也快速地累積著我們的知識。下個重要的步驟便是將外生物學轉化成實驗性的科學，起而力行我們數世紀來的臆測。如果真的想要尋找其他的文明，這條大道是十分明確的：持續不斷地看、聽、想，我們加入這個宇宙俱樂部的機會才能大增。甚至為人類找到新的朋友。
要想成功，必要先能承受失敗。大多數的科學家所犯最令人椎心刺痛的錯誤，便是拒絕埋頭苦幹地搜尋，因為我們不確定這樣能產生有用的資訊。讓我們看看1990年6月，當NASA在尋求支持SETI計劃的經費時，麻省眾議員爾維歐•康德（Silvio Conte）和北卡州眾議員威廉•海夫納（William
Hefner）之間意見交換的摘要：
康德：在奉公守法的美國人民尚無法負擔購屋的時刻，我們不應該將大筆的鈔票花在尋找長相畸型的小綠人的身上。
海夫納：主席大人，這事剛上美聯社的報導，他們已經找到一些外星光束（beams）〔或許是南方口音的外星“人”（beings）〕而且他們穿著條狀的外套。
康德：外太空中當然有飛碟和先進文明。但是我們不必要一年投入6百萬美金來搜尋這些無賴存在的證據。只要花7角5分在超級市場買一份八卦小報來看就行了。
康德眾議員將刊登在世界新聞週刊中的一些文章放入了國會記錄，包括幽浮準備要在芝加哥熊隊與費城鷹隊的足球賽事進行中登陸、諾亞方舟是外星訪客所建造的、外星人為了研究地球上的蝌蚪而將其破壞、幽浮出現於印度洋上、以及幽浮會放射神奇的雷射線，具有神蹟般的療效等等。他以人類的基本反應作為總結：“〔讓我們〕證明地球人是充滿智慧的。讓我們儲蓄我們的血汗錢，並且讓太空中的外星人用他們的經費來找我們。”
當然，康德眾議員用納稅人的錢去刊印這些文章是絕對別有用心的：他知道大部分的選民認為經援SETI是項完全愚蠢的行為，不管是因為他們相信外星人早已訪問地球了，還是因為（如康德眾議員所暗示的）接觸另一個文明對地球並沒有什麼實質的幫助。幸運的是，這是一個民主的時代，我們可以聽到許多不同的聲音，而且經驗告訴我們，好的計劃想法最終會得到大眾的支持1。我們希望每一位讀者能自我思索一下，SETI到底是否值得支助，如果是，那又要支助到怎樣的一個程度。這個宏偉的探險計劃正等待著我們社會大眾的支持。
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結語：持續的搜尋
在沒有政府資助的狀況下，進行其他文明的搜尋，我們是不會做的比法蘭克•德瑞克（Frank Drake）還要好。讓我們讀一下他如何敘述使用阿里西柏望遠鏡尋找外星文明的經過（圖21.5）：2
這是1976年的波多黎各。夜晚的浪潮微亮著，拍打著黑暗的沙灘。在這海灘上矗立著一棟有30個房間的清靜旅館中，一位充滿睡意的夜班服務員（他的年紀該如馬修撒拉〔Methuselah；譯註：聖經創世紀裡記載，馬修撒拉是世界上最長命的人，享年969歲。〕，或者只是看起來很老？）實在厭煩於在這個最是半夢半醒的凌晨四點，還得去叫醒兩個老美，更何況這已經是連續的第三個晚上了。他沒有問任何問題，只是他懷疑的眼光中充滿了敵意。任何住在這間觀光旅館的遊客卻還得在凌晨四點鐘起床，一定是從事著什麼不可告人的勾當。當美麗的遊客們，帶著他們花錢玩樂、在大太陽下鎮日曝曬的身軀依然熟睡之際，這兩個老美便已經起身開車駛向夜色。野雞和蟾蜍蹌踉地逃離路面。卡爾•薩根（Carl
Sagan）靠著前座，閉著眼睛。他用力咀嚼著昨晚晚餐剩下的一小塊乾皮的大蒜麵包。這便是撐到早晨觀測結束前的所有早餐。
一小時後，天色轉成粉紅色，一隻波多黎各的蟾蜍也結束了他鐘鳴般的詠歎，蜷伏在野蘭花下休憩。太陽光將晨霧蒸曬成遲滯的濕氣。太陽的光亮溫暖著蟾蜍，然而蟾蜍在這兒所接收的太陽亮度是和火星上的亮度一樣，蟾蜍躲在一個18英畝、穿孔的鋁製篷狀物下—地球上最大望遠鏡的反射器。在這個篷狀物上方五百英呎處，沙沙作響的機械正移動著這個300噸的巨大結構，遙指著遠方星系三角區中的巨大星雲。鄰近的建築物中則裝置著無線電波的接收器，靈敏度遠超過1960年代的接收器，並且能同時接收3024個頻道。科學家和望遠鏡工作人員小心翼翼地安排整組巨大的電子設備，以完全符合SETI的計畫要求。這些資優的專業人員花費了數年的時間，建造儀器和電腦程式來處理非常細微的搜尋工作，例如地球自轉和公轉所造成的連續改變的效應。每30秒便有100,000個晶體將紀錄到的資料輸入觀測站的記憶體中。
註解1： 並非是毫無問題的。在早期的爭辯中，羅德島的羅諾•麥契理（Ronald Machtley）眾議員便有下列義正嚴詞的聲明：“我們沒有，真的沒有，科學的證據來證明在銀河系外存在著些什麼，唯一有的，只是我們些許的好奇心。”
註解2： 摘錄自Technology Review 78:22（1976年6月）。
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圖21.5 加州大學聖塔庫茲分校的法蘭克•德瑞克教授是一位電波天文學的專家。他同時是30多年來外星文明搜尋的先鋒。照片中是他與夫人愛曼兒（Amahl）的合照，她也是會議的籌備委員之一。彩圖21.5便是參加這項會議人員的合照。
3024個頻道中的每一個頻道資訊，會在示波器上留下狀似水花飛濺、由閃爍綠點亮綴而成的線型訊號。在1960年代，這原本是兩個月的工作量，而今只需百分之一秒的時間便能完成。
一瞬間的興奮。天文學家們在尋找非自然產生的綠色波狀訊號時，早就將大蒜麵包和飢腸轆轆的感覺拋諸腦後。當確定訊號形狀不存在時，他們遂毫不猶豫地將目標轉移至遙遠星系的另一部份—另一群十億來顆的恆星—並且再次開始使用電子儀器，做著搜尋和紀錄。時光飛逝。在任務結束前，將有一千億顆恆星被搜尋過，而旅館的服務員也不用再在清晨四點鐘叫客人起床。這次將是徒勞無功了。但是總有一天，來自他處的生命消息，這個宇宙中最驚奇的寶藏，終會自浩瀚無邊的宇宙蒼穹中，為我們所知曉。
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SETI的觀測計畫在1992年開始逐漸地組織化起來，比起1976年法蘭克•德瑞克（Frank
Drake）所描述的觀測，要靈敏百萬倍。一位參與計畫的科學家指出，這個高靈敏度的新多頻接收器和它的支援電腦系統，將使得執行SETI計畫第一分鐘所獲得的成果，便相當於之前實驗努力的所有總和。這個計畫預計花費10年完成，在這期間，將有一大群的科學家鎮日盯著電腦螢幕以及思索著輸出的結果。我們確定的是，瞬間激昂的情緒或許會被接踵而來的沮喪所擊退，然而無論如何，搜尋的任務是會持續地進行。那麼有一天，我們或許能達成接觸的任務，而終於瞭解在宇宙中，我們並非是孤獨的一群。
進階參考資料
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銘謝