2020年3月25日

五十億年的孤寂

書名浪漫得讓我一見就想讀的作品,內容也非常有趣,科學記者李.比靈斯(Lee Billings)第一部作品,描述人類探索系外行星與宇宙中其他生命的歷史與可能性。


自古以來(真實意義上的)人類對於雙眼所見的萬事萬物,總會有許多想像與推論。想找到擁有生命、甚至是高度智慧生物的系外行星,除了儘可能掌握從大霹靂以來的跨領域知識,還得跨越各式各樣的人性、政治與經濟問題,而本作描述的正是關於人類在星際間尋找其他生命時所發生的那一些事。



作者以深入淺出的方式介紹這整段過程與所涉及的各種知識,同時以浪漫動人的筆調描述所有投身其中之人的努力,以及人類整體的可能性。


作者選擇了1961年綠岸天文台的SRTI研討會,這個在文化與科學史上自有其意義的著名聚會作為開始。而這個以探討和宇宙中其他智慧生物交流可能性為主題的聚會,為我們帶來了德雷克方程式:N=R X fp X ne X fl X fi X fc X L


意即目前存在於我們銀河系中可偵測到的先進文明數目 = 恆星生成速率 X 恆星擁有行星的機率 X 每個恆星系統中可居住行星的數目 X 孕育出生命的可居住行星數目 X 能發展出智慧生命的丁居住行星數量 X智慧生物能發展出可進行星際溝通的社會與科技的機率 X 高等科技文明的平均壽命。


又因為這之中大部分的數字(或許因為樂觀而高估之故)彼此相乘後等於1,於是到最後我們可以將算式簡化成N = L。無論是在研討會當下,還是經過長久時間以後的現在,人類似乎都不得不帶著些許苦澀的體認到,最終能影響跨星際文明交流發生與否的,是高等科技文明的平均壽命能有多久。


太陽給地球上生命的大限是再十億年左右,這還是連微生物都算進去的結果。人類會不會在那之前先毀了自己尚無從得知(儘管近況看起來很有機會),更不知道長遠來看把 L 估為一萬年是不是個過於樂觀的數字。


(卡爾.薩根是其中最年輕的與會者,他往後將在NASA與科普領域做出很多貢獻,而他最著名的科幻小說接觸未來裡,女主角就投身於SRTI領域,那也是對NL非常樂觀的作品。本書作者寫著寫著,不免有點假如他能再多活幾年,情勢會不會稍微好一點的感嘆)


但無論如何即使在這銀河系裡擁有高科技的文明遍地開花,但彼此花開花落的時間卻不一定對得上。即使對上了也不代表這這些文明都會投注大量的金錢,去點能促成星際交流的科技樹。至少地球人已經不太投資這塊、甚至有時相關領域還會被視為偽科學,相關研究計畫也一個個縮減結束。


更別提對比感覺上技術性較低但可以在宇宙裡傳播得更遠的無線電,當前藉由光纖等技術傳輸訊息的數位網路,對於人類星際交流的助益非常低。於是終歸來說我們或許不得不苦澀的認識到,即使銀河系裡存在許多文明,但最終我們會在彼此毫無交流的情況下興起然後衰落。


閱讀這段時我想起星野之宣的2001夜物語,在這故事裡人類無論如何探索宇宙,總也找不到其他的智慧生物(很伊藤潤二的倒有啦),所到之處要不是去得太早就是到來得太晚,最終人類在宇宙裡仍是如此寂寞。


最終我們除了將希望寄託在努力增加L的數字大小外好像也別無他法,可說真的,人類有這機會嗎?不知道,而且時代潮流已經變了,人們已不再那麼期待找到其他外星文明。正好相反,現在大家更在乎的是如何擴張人類自己的文明,於是取代SRTI等相關領域的新興學門出現了,正是系外行星學。


或許是對科幻小說印象太深、然後這幾年每隔一段時間就會聽見發現可能有生命的新行星新聞的關係,給我帶來了這種發現早已是人類歷史常態的錯覺。於是當發現人類第一次確認系外行星的存在是在1995年時,我的心情簡直可以用震驚來形容。


不過冷靜想想這也蠻理所當然的,光是想觀測無數光年之外的恆星便已不容易,就算用上最先進的技術往往也只能得到像素極低的畫面。若想進一步確認這些恆星有沒有行星,那自然難上加難,現行最可靠且普遍通用的技術,是透過徑向速度與凌行現象來進一步觀察。


徑向速度指的是行星環繞恆星運行時,其重力對恆星軌道形成的影響,也就是行星與恆星間萬有引力交互作用時產生的細微變化。透過分析恆星光子的光譜,科學家得以藉由光子在光譜上的變化規律來得出其軌道是否受行星影響。而凌行現象指的是在地球、恆星與行星間的軌道正好成一直線時,人類得以觀測到行星「穿越」其恆星的現象。


2009NASA發射克卜勒太空望遠鏡之前,人類沒什麼可以( 相對)精確觀察凌行現象的手段,於是多半都得透過計算徑向速度來推測某顆恆星有沒有行星。這很難嗎?非常難,即使是十光年的距離人類都不一定可以看清楚了,更何況是幾百幾千甚至幾萬光年以外的恆星。距離不只會形成美感,還會為測量帶來恐怖的大量變數。


於是要從觀察到的天文數據中排除誤差、確認徑向速度確實存在,並準確分析出行星的存在、數量與位置,變成如同魔法一般的精密數學。儘管有了克卜勒太空望遠鏡後,人類觀測到凌行現象的機會大幅增加,但誰知道穿過去的到底是行星還是大型宇宙垃圾?結論是,那怕觀測到凌行現象,還是需要透過對徑向速度的分析,才能確定行星是否存在。


目前尋找系外行星的兩大勢力分屬美國與歐洲(以日內瓦為首),本書在相關章節簡單介紹了這座象牙塔裡主力學者的愛恨情仇,以及這群人為了追逐發現第一顆宜居(?)行星等名譽與利益而產生的紛爭。類似的狀況與公案在許多領域都曾發生過,當人們渴望能拉近自己與宇宙彼端星體的距離時,卻也拉開了彼此的距離。


透過當前的研究我們可以得知其實太陽系的結構在宇宙中非常獨特,多數恆星與行星間的大小和距離皆非如此。但當然也或許這是我們當前技術限制所導致的觀察偏誤也不一定,無論如何目前最精密的儀器也只能觀察到秒數一公尺左右的徑向速度,所以發現的行星也幾乎都偏大。


但考慮到尋找系外行星學的終極目標當然是找到能孕育生命、也就是類似地球的行星時,我們終究不得不思考技術與理想之間的差距。畢竟,那個,地球對太陽造成的徑向速度是秒數十公分來著……儘管近年來有越來越多可能擁有生命的行星被發現的新聞,有些甚至還很近,但在我發現這個殘酷的事實時,內心的銀河帝國還是在一瞬間崩塌了。


宇宙真的大到幾乎讓人想用殘酷來形容,更殘酷的是宇宙還在變得越來越大。除了因為引力彼此作用所以不會分離得太遠的本星系群(Local Group)外,我們現在看得到的星星終有一天會越離越遠直到完全超出地平線之外。即使是鄰近(不會拋下我們?)的本星系群中的恆星,也終將會有完全熄滅的一天,到那時我們仍然還很陌生卻也是唯一熟知的空間裡,將只剩下無盡的空虛。


儘管自古希臘以來人類對宇宙的結構有著各種想像,沿著哥白尼、克卜勒、伽利略與牛頓等無數科學家的研究,終於讓人類得以認識到地球只不過是宇宙裡一顆平凡的行星。於是在科學革命以降很長一段時間,特別被認定為不正常,平庸原則才符合常識與科學原理。


可微妙的是隨著相關研究越來越深入,我們似乎又重新認識到太陽系的獨特。是的,誠如太陽並非繞著地球轉的事實,太陽系也不在宇宙的中心,位置還蠻偏僻的。但無論是星系結構還是生命存在的事實,現在看起來都像是特例。


我們曾經以為大多數的星系都會類似太陽系,大小剛好的類地行星在內側,巨大的氣體行星在雪線之外環繞恆星。可是新發現的結果是,有一大堆星系都是海王星大小的氣態行星在雪線內繞著恆星轉,完全背離了過往行星形成過程的理論與物理法則認知。


很明顯目前相關理論存在明顯瑕疵,行星成形的過程比我們所知的還要奧妙神奇。然後在那大量的新觀測結果歸納下,有著地球的太陽系又成為宇宙裡十分獨特的存在。而這種獨特不免令作者聯想起了宇宙誕生的大霹靂現象,這又是另一個感覺違反普遍原則的奇異現象。


於是關於大霹靂還有個新理論名為暴脹(inflation),也就是所謂的大霹靂現象不是叭的一聲誕生出一個大宇宙,而是叭的一聲像噴出一堆泡沫般的大量宇宙。這些宇宙或許都依循自身獨特的物理法則,而且每個都越來越大而越且越來越遠。


或許在其他宇宙裡有著其他生命,就如同我們所在的宇宙裡有地球一樣。但我們現在連跨越群星去追尋其他可能性都如此困難,於是其他宇宙裡可能存在的生命更只是遙不可及的純粹想像。終歸來說,暴脹這理論在為我們帶來更多可能性的同時,卻引發了更多的寂寞。


長遠來看人類文明的前程似乎非常黯淡,地球資源無法承載人類當前的經濟模式,即使我們有天真能應用戴森球(Dyson sphere)這種思考實驗的原理,將太陽整個罩起來不浪費一絲一毫能量,但光只是太陽也無法承載起人類無限的擴張(話說回來,參宿四突然變暗,跟戴森球有關係嗎? XD)。


不過說是這麼說,人總還是渴望能留下些什麼。話說十九世紀有位眼光獨特的阿伯,一早就看出加州早晚會併進美國,所以大買特買加州土地,後來也成為加州最有錢的人。快過世的時候他開始思考要怎麼運用財產,一開始想的是造個自己和爸媽的超巨大雕像,要在海的那一邊都看得到。


但又想想,欸不對那麼大的雕像戰爭時不成了最好的靶子嘛。所以他又想了想,不然來蓋一個比埃及金字塔還大的金字塔。這時候的他的天文學家友人表示不如蓋全世界最強的望遠鏡?就這樣,大利克折射望遠鏡至今仍是全球第三大的折射望遠鏡。


雖說就和所有建造在鬧區附近的天文台一樣,大利克折射望遠鏡也受到光害所苦,而且其所使用的技術現在也早已落伍。不過說是這麼說,當霧霾出現時光害的影響又會降低許多,到那時天文學家就會變得非常忙碌。2012年金星凌日時也有學者正努力想留下記錄,本書作者也去採訪,然後就……電腦錯亂了,瞄不準目標,要聽壞消息嗎?副總監人在上面!


完蛋了,副總監人很好,但他只要在附近機器就會錯亂。


嗯,科技暫時無法解決的現實問題:犯衝。


嘛,生命是種很玄妙的東西,那麼如果說太陽系與地球的存在於宇宙或許是種獨特現象的話,生命之於地球的歷史又是如何呢?作者藉由地質學相關研究,帶領讀者從冥古宙開始到太古宙、元古宙、顯生宙一連串可能的行星生長過程。


這部分我相信很多人應該從小到大都有從科普讀物上大略看過,不過閱讀本書感覺就是看了一個更詳細資訊也更深的敘述(儘管我相信對專家來說還是蜻蜓點水)。於是看著看著不免會發現,生命在地球漫長歷史占據的時間並不短,但人類的存在卻只有片刻。


如同許多人愛用、我小學時第一次看見所以大受衝擊的比喻來說,假如把地球的歷史濃縮成一年,那雖說到二月時地球上已經有生物,但到了六月藍綠藻才哈斯哈斯的把氧氣噴進大氣層,順便毒死大量的厭氧生物。恐龍在十二月第二周出現,聖誕節前便已滅絕,人類則是在跨年倒數十五分鐘的時粉墨登場,然後腸道裡帶著與遠古時代有幽微連結的厭氧細菌。


現在如此繁盛的我們又能存活到何時呢?儘管這幾十年來溫室效應成為嚴肅且不可逆反的議題,但如果拉長時間尺度的話,地球像目前這種溫度對人類來說恰恰好的時間是很短暫的。更多時候要不冷到爆炸要不就熱得驚人,儘管生命活動確實會改變大氣層成分(望向滿坑滿谷的氧氣),但在此之上地球仍有更加宏觀的碳基 - 矽基調節系統。


用比較簡化的方式形容,大概就是地球何其有幸夠大位置也適中,所以能產生足夠的引力拉住大氣層,又不至於被烤焦而留下大量水源。擁有充足的水也讓板塊得以運動,然後板塊運動形成的火山現象又能噴發二氧化碳進入大氣中。


當天氣很冷的時候整顆星球會被漸漸冰雪覆蓋,也就隔絕了礦物中的矽和大氣中的碳相互化學作用以降低大氣中碳含量機會。此同時火山仍會繼續噴二氧化碳進大氣當中,久而久之大氣層就會充滿溫室氣體,並漸漸拉高地球的氣溫。


長此下來冰河自然會慢慢退回極地,平均氣溫大幅回升。當然回升之後地表上礦物中的矽與大氣間的碳沒有了冰的隔離,又獲得化學作用的機會。然後大氣中的碳含量就這麼再次緩緩降低,直到有天地球平均氣溫又回到冰河時期為止,這整個調解系統擁有足以超越人類任何行為的力量。


如同人類雖然對地球上其他的多細胞複雜生物而言有如浩劫,但那怕科技力全力全開仍舊難以捍動微生物界整體的通常運轉狀態一樣(也許這是好家在)。在時間尺度以百萬年循環的龐大碳基 - 矽基調節系統,也以完全超越人類範疇的力量在維持地球大氣層的平衡,而當前人類所熟悉的舒適圈就這個系統狀態而言,反而是其中極為短暫的時期。


但說是這麼說,但這個調節系統仍非全球溫暖化的逃生出口。畢竟隨著溫室效應帶來的環境劇變,將會影響並毀滅包括人類在內的大量生命、甚至滅絕許多物種。這既是人道問題也是關於L,也就是人類文明的壽命得以持續多久的問題。


太陽光隨時間過去註定會越來越強,或許再五億年便會到達連行星調節系統都無力支應的程度。但在那之前人類或許能靠自己的力量減緩滅亡的過程,但連溫室效應都無法對抗的話,就更別提對抗太陽生命周期帶來的影響了。


當然如果從比較正面的角度來看,如果人類能更加努力,也許可以多爭取五億年,甚至再五億年也說不定?誰知道呢,地球年代紀中足以孕育複雜智慧生物的時期恐怕非常短暫,生命的存在在宇宙裡看起來又是如此孤寂,人類究竟可以做什麼呢?


SRTI時代人類想像的是一個共存共榮擁有眾多智慧物種的宇宙,但現在人類想的是如何努力逃出地球、咳,我是說移民到太陽系之外。但移民計畫首先需要一個適居的行星,但要如何判斷無數光年之外的行星宜居呢?好吧,我們唯一的判斷標準就是地球。


透過瞭解地球的歷史、生命誕生演化過程與地質學的「必然」互動,科學家得以利用歸納出的資訊去分析系外行星光譜中是否包含擁有生物的可能性,比如利用水蒸氣、氧與甲浣等各種氣體在大氣層中的含量來判讀是否有生命存在。


當然考慮到對比恆星,軌道位於適居範圍的類地行星簡直黯淡得可憐,要想觀測這樣的行星(書中用了「傳得到地球的光子可以用手指數得出來」這樣歡樂的形容)難度很高,要想得到這些行星的光譜非常需要更加優秀的太空望遠鏡。


NASA近年來有許多計畫都與建置更多更好的太空望遠鏡有關(先不計小布希突如起來喊爽的登陸火星的「星座計畫」),雖說原本的整體計畫其實是盡可能的建造太空望遠鏡、透過這些望遠鏡去尋找有生命的行星,然後再此之上追求星際探索的可能性。


只是眾所皆知的,NASA的經費經常被縮減,決策也常受政治局勢與官僚主義所拖累失去彈性與效率。本書也就1990年代至2010之間的狀態進行了簡單的介紹。在尼克森大筆一揮砍掉探索太空的計畫後,NASA已經很久沒有雄偉壯闊的的太空計畫。


說好的便宜版(欸)太空梭計畫最後因為國防需要的介入,變形成更花錢也更浪費甚至還沒什麼實用性的昂貴巨大太空梭與國際太空站。雖然柯林頓主政時期因為政府盈餘大增得以提出許多計畫,但911之後因為各種大人的理由偉大的探索計畫變成一場空。小布希時代曾經提出登陸火星的計劃,但到頭來這計畫宣傳意味大於實作,還儼然有種只肥到沒啥用處的裙帶承包商的感覺。


哈伯望遠鏡本身是個傳奇,及其後各面向的望遠鏡促成了我們在本書中所見的系外行星觀測榮景。但很遺憾即使偉大的探索計畫最後被分割縮減成一個個太空望遠鏡,但即使如此新一代的太空望遠鏡大多也未能如期升空。


NASA的研究者發現自己陷入兩難,資源有限還因為錯誤決策被卡死。為了觀測到系外行星人們需要更好的太空望遠鏡,但以巨大鏡片為主體的望遠鏡升空難怪極高,折疊式的輕盈設計在太空中組裝時出錯的機率又太高,同時還得想辦法利用日冕儀等技術,濾掉恆星光芒以免蓋過黯淡的行星。


儘管這些優異的科研人才不斷提出應該可行的方向,類地行星觀測者、TPF系列計畫都曾是許多人寄託希望所在,但最後都基於各種理由漸漸被冷凍。這就更別提天文學界內部也紛擾不斷,系外行星球領域的熱門已開始有泡沫化的跡象,在天文物理學等其他領域的專家夾殺下,又有誰能確定找尋幾十光年之外的系外行星究否有生命,是比理解大霹靂、暗物質與黑洞等物理現象更重要的事呢?


十九世紀的俄國科學家康斯坦丁.齊奧爾科夫斯基在筆記中留下徜徉繁星的渴望,而閱讀本書時讀者也將發現一群曾經充滿豪情壯志的科學家,如何從滿溢熱情與充足經費的積極前行,慢慢變得焦急苦澀又無可奈何,最後只能在寂寞中盡一己之力並懷抱淡淡的希望。這些天文學家腦中專業的時間尺度都大到不行,於是他們也總是非常理解,有太多東西終究不能期待在自己的有生之年完成。


在人類搜尋系外行星之路上一位又一位的男性科學家之後,我很高興看見作者選則了麻省理工學院系外行星學界的新一代權威,同時也是女性科學家的莎菈.西格爾(Sara Seager)的故事來作為本書結尾。她的經歷與強悍讀來和典型的成功都沒有差別,但作為女性領導者她光是存在於那裡,本身就有著標竿的作用。


看著在本書最後莎菈.西格爾在加拿大北方的不毛之地,拖著獨木舟孤獨前行的身影,既是對整個學術領域發展歷史的隱喻,也讓人感覺到人類目前為止的成就與未來的不可測。如果我們讓世界變得更加平權的期望能有成真的一天,那想讓人類在宇宙裡走得更遠的機會也能升高吧。


NASA這樣的政府機構似乎已經失去前進的力量,在可見的未來內大概也很難期待地球上還有那個大國,會全力去點國防以外的宇宙探索科技樹。於是莎拉.決定轉而向民間太空公司合作,展開一些比較小型但也比較有希望成功的故事。本書出版於2013年,而截至我今年看到的最新新聞,SPACE X的重覆利用式火箭至今都還沒能發射成功。


但探索系外行星仍是美好且或許帶著錢景的夢想,在系外小行星挖礦也是,而無限增加L這個數字的長度與N的可能性,更是近代以來許多人類的夢想。眾多各領域學者一代又一代累積的成果都集中在這本書裡,而作為讀者我們也希望現在只是一個過渡期,正如同書中每章結尾作者總會以詩意文筆,做出的那些寂寞卻也唯美的憧憬。


五十億年的孤寂:繁星間尋找生命(Five Billion Years of Solitude The Search for Life Among the Stars)是動人而且內容豐富並讓人收獲滿滿的科普作品(別人的意見我是不知道啦,但我看書的時候是很想要得到知識的喔啾咪),巧妙且看得見用心的結構讓本書讀來有如交響樂章,優異文筆在清晰敘述科普知識的同時,也為這領域的歷史、展望與恢宏的時間尺度帶來美好的想象。


於是看到最後我忍不住覺得,這是一個介於明知不可為而為之與有為者亦若是之間的故事。人類很難不期望此刻感受到的孤寂,將是一段鵬程萬里無限延伸旅程的起點。雖說暫時黯淡了點,但以後每件事都會好起來的,畢竟有時練習相信不存在的東西確實存在,才能走得更遠。


但願啦。



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