天文學(xué)新概論-專題-地外生命

1、地外生命與文明的探索 太陽(yáng)系內(nèi)生命的探索 太陽(yáng)系外行星的探測(cè) 地外智慧生命與文明的探索,地球是(目前)唯一已知有生命存在的星球,“什么是生命??”,在太陽(yáng)系之內(nèi)，在銀河系的千億顆恒星周圍，在銀河系外的茫茫宇宙之中，難道就再也找不到其它生命乃至文明了嗎？,“對(duì)這個(gè)問(wèn)題無(wú)論給出肯定或否定的答案都會(huì)令人驚異！”,生命的奧秘不在原子里，而在原子的組合模式里。生命不是上帝的創(chuàng)造,而是自然界長(zhǎng)期選擇的結(jié)果。在宇宙中任何地方，只要有

2、了合適的物理和化學(xué)條件，生命的發(fā)生是理所當(dāng)然的。,,,,星際有機(jī)分子是上世紀(jì)60年代天文學(xué)四大發(fā)現(xiàn)之一,發(fā)現(xiàn)了烯、炔、醛、醇、酮、酯、醚、酰胺等各個(gè)門類100多種。前6位化學(xué)元素是：氫、氧、碳、氮、硫、硅，與地球上的生命元素非常接近。在隕石中也發(fā)現(xiàn)過(guò)多種氨基酸。 在宇宙中許多地方，由無(wú)機(jī)物形成有機(jī)物的化學(xué)演化早已完成。為進(jìn)一步形成生命準(zhǔn)備了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。,地球生命模式，液態(tài)水必不可少水有寶貴的物理性質(zhì),太陽(yáng)的生命適居帶

3、＜5.4天文單位,,液態(tài)水可以存在有較適宜的生存環(huán)境,沒(méi)有水的水星 與 煉獄一樣的金星,金星 -- 1990年9月美國(guó)“麥哲倫號(hào)”探測(cè)器拍攝,荒涼干燥的火星,,2004年1月美國(guó)“勇氣號(hào)”探測(cè)器拍攝,然而, 生命(尤其是低等生命)繁衍并不一定需要極為舒適的條件!,生命無(wú)法“立足”的氣體巨星,有希望的衛(wèi)星?!,,,,土衛(wèi)六—泰坦,木衛(wèi)二—?dú)W羅巴,討論,你認(rèn)為生命是否必須是碳基的？是否必須要有水的存在？,外星上是否會(huì)存在“硅基生命”??,

4、太陽(yáng)系外行星的探測(cè),基本只能靠間接方法： 恒星視向速度變化恒星亮度的微小變化（凌星）微引力透鏡效應(yīng),恒星視向速度的測(cè)量Doppler效應(yīng),Δλ＞0 , 紅移， 遠(yuǎn)離；Δλ＜0 , 紫移， 靠近。,恒星光譜線的紅移和藍(lán)移,恒星朝向觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)—藍(lán)移,恒星遠(yuǎn)離觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)—紅移,,,恒星圍繞其與行星的公共質(zhì)心旋轉(zhuǎn),,,亮度的微小變化（凌星）,引力透鏡效應(yīng)使亮度增強(qiáng),1995.11. 瑞士 Mayor & Qu

5、eloz發(fā)現(xiàn)第一顆系外行星飛馬座51b，木星級(jí)質(zhì)量,至2010.12.3 已發(fā)現(xiàn)505顆： 視向速度法 470 亮度變化法 107（有相重的） 其它方法 35,? 其中很多是類似木星的氣體巨星, 離恒星距離很近, 因此被稱為“熱木星”,“超級(jí)地球”（＜10倍地球質(zhì)量）,,HD40307b 、c、d 設(shè)想圖,小于1.3倍地球半徑的系外行星,2009.3.7. Kepler飛船2013，新一代空間望遠(yuǎn)鏡J

6、WST 2020，類地行星搜尋者TPF 不僅探測(cè)行星，還要探測(cè)這些行星上是否有大氣和水的存在,,Kepler飛船2009.3.7發(fā)射,口徑1.4 米，凌星法測(cè)量行星的大小、質(zhì)量、密度、反照率和繞恒星公轉(zhuǎn)的軌道情況,,2020 類地行星搜尋者TPF,,地外智慧生命與文明的探索,地外智慧生命與文明的定義及形態(tài),“外星人”(Extra-Terrestrial Intelligence)是人類對(duì)地球以外智慧生物的統(tǒng)稱 。,,人類想

7、象中的外星人形象,人們?cè)岢鋈齻€(gè)假說(shuō)： 第一個(gè)假說(shuō)：地球上的生命是按照一定的物理與化學(xué)過(guò)程自然演化的結(jié)果，這種過(guò)程對(duì)全宇宙都是適用的。 第二個(gè)假說(shuō)：在地球上發(fā)生的事情，只要條件合適在別處也能發(fā)生。 第三個(gè)假說(shuō)：人類的智慧不是極限，并不是宇宙能夠創(chuàng)造出的巔峰之作。,推論：宇宙中可能有與地球人類文明程度近似甚至更進(jìn)步的生命形式！,“外星人”存在的可能性,,美國(guó)天體物理學(xué)家德雷克于1960年提出了一個(gè)計(jì)算文明行星的方程，這個(gè)就是被后來(lái)稱

8、之為“綠岸公式”的著名解析式，這是人類第一次對(duì)探索地外文明作定量分析的嘗試。 N＝R * fp * ne * fl * fi * fe * L R 表示銀河系中類似太陽(yáng)的恒星的誕生率；fp 表示有行星環(huán)繞的恒星比率； ne 表示恒星-行星系統(tǒng)中適于生命存在行星的平均數(shù)；fl 表示有實(shí)際生命出現(xiàn)的行星在可能存在生命行星中所占的份額； fi 表示其中可進(jìn)化出智慧生命與文明的比率；fe 表示在這些已有智慧生命的行星

9、中，已經(jīng)達(dá)到先進(jìn)文明的高級(jí)智慧生命的行星(如能作星際電磁波聯(lián)絡(luò))且想與我們聯(lián)絡(luò)的所占的份額； L 表示上述具有高級(jí)技術(shù)文明世界的平均壽命(或者說(shuō)延續(xù)時(shí)間)。,公式中各個(gè)因子的重要性相同，其中有的因子可取近似值(例如R)，有的因子則純屬主觀(例如L)。用粗略估計(jì)的最低值代入計(jì)算，可得到N＝40；用每一項(xiàng)最大可能值計(jì)算，則得N＝5000萬(wàn)。,這就是說(shuō)，在銀河系中的高級(jí)技術(shù)文明星球的數(shù)目為40至5000萬(wàn)個(gè)！,由于時(shí)間和空間的阻隔探索地

10、外文明無(wú)比艱巨,以人類目前最高的宇航速度飛抵最近的恒星比鄰星，需要數(shù)萬(wàn)年。要提高速度，必須延長(zhǎng)不斷加速的時(shí)間；但如果沒(méi)有足夠的燃料，長(zhǎng)期加速是不可能的。當(dāng)長(zhǎng)期加速到接近光速的時(shí)候，時(shí)空都起了相對(duì)論性的變化?？臻g要縮短，時(shí)間會(huì)變慢?！?,人類為探索外星文明已在向外層空間發(fā)送的許多的探測(cè)器上放置了“地球請(qǐng)柬”，最著名的是航海家(Voyager) 1,2號(hào)、先驅(qū)者(Pioneer) 10,11號(hào) 。,航海家(Voyager)號(hào),銅質(zhì)磁盤

11、唱片，內(nèi)容包括用55種人類語(yǔ)言錄制的問(wèn)候語(yǔ)和各類音樂(lè)，旨在向“外星人”表達(dá)人類的問(wèn)候。唱片有12英寸厚，鍍金表面，內(nèi)藏留聲機(jī)針。,先驅(qū)者(Pioneer)號(hào),,,人們寄予厚望的是與地外文明通信聯(lián)絡(luò),被動(dòng)方式：1）希望“外星人”截獲地球在過(guò)去百年間發(fā)射的各種廣播電視、通信雷達(dá)導(dǎo)航等無(wú)線電信號(hào)，從而探知地球文明的存在，前來(lái)拜訪我們； 2）利用射電望遠(yuǎn)鏡監(jiān)聽(tīng)“外星人”的廣播通信信號(hào)?。⊿ETI）主動(dòng)方式：向極有可能存在智慧生命的星球發(fā)

12、射無(wú)線電信號(hào)，等待“外星人”的回音。,國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)地外文明探索委員會(huì)(SETI)Search for Extra-Terrestrial Intelligence,從1960年開(kāi)始，通過(guò)21厘米波段對(duì)近距離恒星多次進(jìn)行信號(hào)發(fā)射與監(jiān)聽(tīng)，沒(méi)有收到任何回音(“奧茲瑪”計(jì)劃)。,奧茲瑪計(jì)劃（Project Ozma）是康乃爾大學(xué)的天文學(xué)家法蘭克·德雷克，于1960年在美國(guó)國(guó)家無(wú)線電天文臺(tái)使用位于西維吉尼亞的綠堤電波望遠(yuǎn)鏡所從事

13、的早期搜尋地外文明計(jì)劃（SETI），實(shí)驗(yàn)的目的是通過(guò)無(wú)線電波搜尋鄰近太陽(yáng)系的生物標(biāo)志信號(hào)。,,,,美國(guó)位于波多黎哥的305米射電望遠(yuǎn)鏡于1974年向距離我們2.5萬(wàn)光年之遙的武仙座球狀星團(tuán)M13發(fā)射了“數(shù)碼電報(bào)”,如有“回信”,也需5萬(wàn)年后才能收到!!,武仙座球狀星團(tuán)M13距離2.5萬(wàn)光年,,UFO (Unidentified Flying Object) :原意為不明飛行物, 現(xiàn)俗稱飛碟。 95%以上肯定不是“外星人”飛船！

14、,地外文明探索的專家們有一種認(rèn)識(shí)：宇宙中的低級(jí)生命可能廣泛存在，但進(jìn)化到人類這樣有高度智慧的生命只是鳳毛麟角。,智慧或許并不被生命特別鐘愛(ài),昆蟲(chóng)并不期望懂得數(shù)學(xué) 貓也不急著學(xué)會(huì)彈鋼琴,原始生命，普遍存在；技術(shù)生命，非常稀有？,GeoffreyMarcy,從科學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，地外文明的存在是合乎邏輯的。 “沒(méi)有找到存在的證據(jù)，不等于找到了不存在的證據(jù)。”,地球人將不斷的追求、探索，永不言棄！我們滿懷信心和熱情的呼喚：宇宙