富坚：地球人寻找外星人

成都的科幻迷很多

提要

11月中旬，成都迎来2017中国科幻大会和第四届中国国际科幻大会，知名科幻作家、学者和相关产业界人士等一众科幻大咖莅蓉，为全国科幻迷带来了一场想象力的盛宴。而本期金沙讲坛，同样也很科幻——中科院上海天文台副研究员富坚博士为成都市民开启了一次精彩的外星生命探索之旅。

嘉宾

富坚，中科院上海天文台副研究员，中科院研究生院天体物理博士，德国马普天体物理所博士后。主要研究领域为星系形成半解析模型、星际气体成分与恒星演化的模型、星系化学演化等。曾获得中科院院长优秀奖，教育部学术新人奖，2016年入选中科院青年创新促进会。

实录

从生命特征的相似性来推测

众所周知，地球上的生命复杂，各式各样，目前已知的形态有动物、植物和微生物三大类。外星生命可能与地球生命存在某些类似性，因此也能推算出一些结果。

地球上的生命是由有机化合物产生的，以碳元素为有机物质基础，因此也有学说将地球生命看作碳基生物。一些科幻小说提出，除了碳基生物外，也可能会有基于其他元素的生物，比如硅基生物，不过在地球环境中很难产生基于硅的有机化合物。一个很有意思的现象是，地球上硅元素的数量远远超过碳元素，但却选择了碳元素作为生命基础，那是否说明，硅元素并不适合生命存在呢？

既然有生命那也就有生老病死。地球上的生命中，低等生命如单细胞生命，它自我复制或繁殖手段是通过细胞分裂来完成的，高等生命则是通过有性繁殖。由此可见，所有的生命要延续自我，都要通过繁殖和复制来进行，而且无法无限延长。基于生命的特质，即使未来发现了外星生命，我们预计它们的生命也不会无穷无尽，否则他自我修复细胞的过程代价远远大于他自我繁殖的代价。

再一个就是进化。地球上的生命经过了40多亿年，所有生命从低等到高等都需要有这样一个过程，所以预计如果外星也有高等生命，它们肯定也要从最低等的形式进化而来。

有人会提出，机器人是文明发展到一定程度后的产物，它们并没有经历生命进化的阶段，发展到一定程度后，它们也可以利用周围环境和物质进行自我复制。机器人算不算生命？目前来说是有争论的，因为地球文明的机器人还没有达到这种层次。但有可能会有高等文明为了探索宇宙，制造出具备智慧和自我复制能力的机器人，甚至这些机器人还可能会产生出独特的文明。那这些机器人算什么？有趣的问题留给大家思考。

“宇宙若只有地球人那就太浪费了”

我们常说宇宙浩瀚无垠，星辰如恒河沙数不可数。宇宙中有多少星辰，其中又有多少具备生命存在的可能性？这个问题在1960年时，一位叫德雷克的天文学家提出了“德雷克方程”（N=R*×Fp×Ne×Fl×Fi×Fc×L），用来推测“可能与我们接触的银河系内外星球高智文明的数量”。

这个公式的8个参数，分别为：“N=在我们的星系中，也许能与我们沟通的外星文明数量”“R*=银河系当中的恒星总数”“Fp=恒星拥有行星的可能性”“Ne=可以支持生命的那些行星的数量”“Fl=有生命出现的那些行星的可能性”“Fi=孕育出生命的恒星上有高智能生命的可能性”“Fc=能将他们存在的讯号发送入太空的智能文明的可能性”“L=这些文明持续的时间”。

先看公式右侧的前三个参数，R*、Fp和Ne。根据目前观测，银河系中存在着几千亿颗恒星，至少有几百亿颗类似地球的行星，比起地球上人类的数量都要多很多倍。而在银河系外，还有几千亿个星系，其中又包括了无数的恒星和行星。计算下来，可能存在生命的行星数量为10的21次方。

上世纪80年代，美国著名天文学家、科普学家卡尔萨根写了一本科幻小说——《接触》。在书中，他提到，“如果宇宙中只有我们自己，那就是太浪费了。”也就是说，宇宙中如此多的行星肯定能探测到生命，但遗憾的是目前我们还没有任何发现。

地球文明还没达到I型文明

外星生命和外星文明是有区别的，我们所说的外星人是指外星智慧生命。在地球上，只有人类才被认为是智慧生命，原因是我们产生了文明。关于文明的等级定义有许多，有人认为是人类开始使用火，有人认为工业文明后人类才进入了智慧文明，还有人认为要进入星际航行阶段才进入了文明。

无论怎样去定义文明，通过总结地球的发展，可以发现，文明程度和我们所能运用的能量高低紧密相关。从最早的茹毛饮血到使用牲畜，到进入工业时代运用石油天然气煤炭等化学能，到今天原子能和核能，我们运用的能量越来越高，所以文明程度也越来越高。

基于能量的使用对文明进行定义，上世纪60年代著名天体物理学家卡尔达肖夫提出了著名的“卡尔达肖夫指数”，对于人类能够驾驭能量的大小，分了三个文明层级，I型，10的16次方瓦，II型，10的26次方瓦，III型，10的36次方瓦。按这个指数来估算，目前人类的文明大概在0.7到0.9之间，可能再经过数百年发展，人类才能进入I型文明的层次。

三级文明有什么明显特征呢？简单来说，I型文明能够利用地球上的全部可用资源，II型文明能够控制和利用一个恒星也就是太阳的能量和资源，III型文明能够利用整个星系也就是银河系的全部能量和资源。当然，对于连I型文明都没有达到的人类社会来说，II型和III型文明实在过于遥远，可能连科幻小说都很难想象出这么一个层次。

太阳系里众多的未解之谜

截至目前，人类对外空探索做出了许多努力，其中太阳系是能直接探测的唯一星系，对太阳系的探索，我们可以通过发射人造卫星、探测器，主要是火星以及土星、木星周围的冰卫星。

火星号称地球的姐妹星，它的许多条件与地球非常相似，是固态行星，有着相似的自转周期等。过去人类制造望远镜观测火星时，以为看到了运河，进而认为火星上存在生命，因此关于火星人的传说最多。上世纪五六十年代，人类直接发射了探测器到火星，截至目前已发射了数十个火星探测器，反馈的画面，火星极为孤寂荒凉，没有丝毫的生命迹象。

冰卫星主要集中在木星和土星周围，其中最为著名的是木卫二，它内部和地球一样是岩石结构，外层是冰层，但在冰和岩石中存在一个很厚的冰下海洋，可能比地球上的海洋深几十倍。相似的还有土卫二，都有着冰层和冰下海洋。但以目前人类的观测手段，只能探索冰卫星的表层，对冰层下是否存在生命还没能进一步的展开探索。

土卫六是土星最大的卫星，比月球更大，是太阳系唯一一个拥有浓厚大气层的卫星，存在着大量的碳氢化合物。地球上的石油、天然气、甲烷都是碳氢化合物，这也可能成为构成生命的基础。这类物质在土卫六上多以液态存在，并形成了湖泊和海洋，使得科学家推测其可能存在与地球生命不同形态的生命种类。

我们为什么没能发现外星人？

“德雷克方程”，单从前3个参数来看，宇宙中存在外星生命的可能非常大，但至今没有发现外星人，为什么？是因为后面4个参数中，至少有一个参数非常小，甚至接近于零。因此有人提出了“大过滤器”概念，过滤层总共有4个：地球的稀有性、生命进化的困难性、文明发展的困难性、文明存在时间太短。

首先讲地球的稀有性。虽然类地行星数量非常多，但要维持生命发展的条件却很苛刻。这颗行星本身不能太活跃，否则可能会与其他星体发生碰撞，此外恒星要在星系比较合适的位置，就是我们常说的宜居带；行星周围还要有屏障，比如地球周围就有木星，还有月球，扫清了一些小行星等天体撞击地球的概率；还有地球本身不大不小、存在大气活动，正好适合生命的发展和产生。综合来看，地球上的生命在宇宙当中可能是非常稀有的存在。

第二是生命进化的困难性。地球上生命已过了40多亿年，在漫长的岁月中，无数的生物种类产生、兴盛到消亡，大概5亿年前，地球有一个寒武纪大爆发时期，几乎所有现在的物种产生了。之后又经历了数次生命进化，才有了人类的诞生和发展。

第三是文明发展的困难性，人类技术文明的发展是伴随着技术革命的，而不是缓慢发展的。工业文明后的这数百年间人类文明的发展超越了之前数百万年的总和，而技术革命本来就是大过滤器的一部分，它具有一定的偶然性。

第四是文明存在时间过短。当生命存在到一定阶段后，很可能遇上无法避免灭绝的命运，比如战争、星体碰撞等，特别是进入核文明，也可能是文明发展过程中一个大过滤器。

总结一下，我们为什么没能发现外星人？三个可能，一，我们太原始了，高等外星文明认为没必要和我们交流；二，外星文明故意隐藏，看过《三体》的人可能知道一个“黑暗森林法则”，简单说就是未知文明一旦被发现，能生存下来的只有一方或双方都无法生存，因此面对未知文明时，所有文明都在隐藏自己；第三是阴谋论，认为地球上早就发现了外星人的踪迹，但被各种方式隐藏了。这种说法常见于科幻作品中，我认为是无稽之谈。

对话

从道德看文明

记者：您是否相信有外星人或外星文明存在？

富坚：天体生物学是专门领域，目前国内研究这个领域的人非常少，而我研究的是天体物理学。我个人比较相信外星生命甚至外星文明的存在，但目前确实没有证据表明它真的存在。

记者：很多人认为UFO是外星文明存在的佐证。

富坚：对UFO，很多天文和科幻爱好者认为自己看到了，但实际上并非如此。绝大多数UFO都是目前科技可以解释的，比如，飞机的尾光，一些大气现象，如闪电、奇怪的云和光学效应等，还有军方秘密实验的武器、导弹等，常被认为是UFO。目前没有任何直接证据能够表明UFO与地外文明相关。

记者：很多人忧虑，真出现与地外文明接触的话，会像《三体》里描述的那样遵循“黑暗森林法则”。

富坚：我觉得，文明要发展，需要克服许多道德问题，道德问题解决不了就容易发生战争，进而导致毁灭。一个文明如果能够发展到很高等的水平，那证明他们已解决了许多道德性问题，因此越高等的文明可能越善良和克制，同时他们也有可能会故意留下一定的区域给落后的文明生存，也许地球就是高等文明留下和保护的对象。

手记

人类探索的足迹走出地球后，关于外星和外星高等生命的猜想就成为永恒的热门话题。从上世纪开始，有关外星人的文学、影视作品层出不穷，让我记忆最深刻的是中学时，一部名为《天煞之地球反击战》的美国电影，里面外星科技的强大、外星人的狰狞、地球人保卫家园时的热血无畏都堪称经典，以至于20年后，这部电影还出了续集，再次火了一把。

关于外星人的争论一直没有停息。认为没有外星人的群体秉承了目前科学界主流的说法，即迄今为止没有在地球以外的其他星球发现外星生命的迹象，也没有正式的地球与外星文明接触的证据，以目前人类掌握的科技层级来看，外星人是不存在的。而认为有外星人的群体，则针锋相对地提出，浩瀚宇宙中的星球如恒河沙数，难道只有地球才具备产生生命的条件？而且即使是在地球上，也有着许多疑似外星文明造访的遗迹和谜团，因此高等外星文明存在是必然的。

就我而言，更加倾向于“有，但未发现”这一相对折中的看法。浩瀚太空，即便按地球的生命产生标准来说，符合的星球也不在少数，其中产生高等外星文明的几率就非常大了，更何况生物产生和进化的过程中，还有可能与地球的生命标准完全不同。但未发现的原因有很多，主观上地球的文明层级还处于比较低的阶段，我们所掌握的科技水平不足以发现外星生命存在的迹象。客观上，也许高等级的外星文明出于不同目的，主动隐藏了其存在的痕迹，让地球科技无法发现？

总之，对我这样的科幻爱好者来说，富坚博士的讲座真可谓是一场丰盛的科普大餐。在短短两小时的时间里，他从地球生命的特征讲到地球科技，对外星的探索，再讲到外星人如果有会是什么样，进而再讲到为什么目前还没有发现外星生命，深入浅出地将人类对外星高等生命探索的足迹清晰地呈现出来，震撼人心的同时也让人受益匪浅。

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