我们应该寻找什么样的外星生命，高等的还是低等的？
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撰文 | Adam Frank
翻译 | 张逸飞
审校 | clefable
当我们问人类在宇宙中是否孤独时，其中的孤独指的是什么?
一直以来，搜寻外星生命都是天文学中最重要的课题之一。不过，只是偶然对外星人感兴趣的人可能很难意识到，这件事远比想象中更复杂。一个核心问题就是，我们到底要寻找哪种形式的生命？在地球上，生命的形式、能力多种多样，如果我们在宇宙中寻找外星生命的话，能将它们粗略地分成两类：“低等生物”和“高等生物”。低等生物比如微生物和植物，虽然能在星球上繁衍生息，却不像人类一样具有自我意识并且拥有科技。而聪明一些的生物，比如我们，则可以构建覆盖整个星球范围的科技。
在这样粗略的分类下，微生物、植物乃至大象都算是“低等”的。虽然对这些生物深感抱歉，但这个分类法确实非常重要，因为在宇宙中搜寻这两类生命的方式并不相同。由于星系之间的距离太过遥远，在可预见的未来，即使是采用人类最先进的观测工具，我们也不可能拍得到外星球表面的图像，比如外星上的松树或者食蚁兽。
因此，在调查一个星球上的外星生命时，必须寻找间接的证据。首先是生物学特征，比如大气层中同时存在氧气和甲烷。当一个星球上存在生物圈时，这两种气体就会同时存在。其次是技术特征，如果一个星球的大气中含有工业排放物，或者星球表面有大规模太阳能板产生的反光，这些都能向天文学家证明，在那个遥远的星球上存在着和我们一样拥有科技的生命。
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要想将找到外星生命的几率最大化，最理想的办法就是同时在一个星球寻找这两种特征。但是，由于宇宙太过庞大，能够用于探索外星生命的时间和经费都是有限的。一些科研项目往往需要花费数十年的时间才能有所收获，因此科学家们在选择搜索目标需要格外谨慎。（人类目前拥有的最新、最强大的观测设备詹姆斯·韦布空间望远镜，耗资大约100亿美元，这或许能让我们对研究上的花费有一定的概念）
到目前为止，科学家在搜索外星生命的研究中，获得的、有关“低等生物”的信息明显比“高等生物”更多。在NASA的充分支持下，过去20年间，天文学家在明确“外星星球上应该具有哪些生物学特征”上，已经取得了巨大的进步。这样的成就非常振奋人心，但也可能需要付出一定的代价——因此错过一些高等生命存在的迹象。
人类首次尝试科学搜索外星生命的项目就是搜寻地外文明计划，也就是SETI（Search for ExtraTerrestrial Intelligence）。在1960年，天体物理学家Frank Drake发起了Ozma计划，试图用射电望远镜寻找那些喜欢向太空发射信号的高技术文明。当时，没人能想象到有什么办法能发现遥远星系中行星上的树木、昆虫或是微生物，甚至没有人知道这样的星球是否存在。尽管数十年来，SETI一直都是唯一的地外生命搜索项目，但它还是受到了不少嘲讽。SETI的资金链也受到了影响，在过去的40年间，这个项目在社会各界的帮助下才得以维持。
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1995年，一项发现彻底改变了这场搜寻外星生命的“游戏”。人类首次发现了一颗围绕着类太阳恒星运动的行星。天文学家们意识到，可以通过观察穿过地外行星大气层的光，来直接探测星球的生物特征。其中涉及的检测技术也被称为“大气表征”（atmospheric characterization），该技术的研发也是NASA太空生物学项目取得的重要成就之一。近期，在该领域10年一度的调查中，天文学家们均认为应该将一个天基外星生命探索望远镜，作为最优先的一个拨款项目。实际上，在搜索生命特征的过程中，如果我们能发现相关的技术特征，它通常会放在生物特征之后考虑。
这是因为寻找外星的生物特征吸引力更大。很多天文学家在开始就假定在宇宙中，生命特征的存在会比技术特征更为普遍。毕竟，如果一个星球生命都不存在，更别说演化出外星文明了。同时，根据地球的历史——我们在生命演化问题上唯一的参考资料，基础生命形式出现很久之后，才有可能会出现科技。早在30亿年前，地球已经就开始向整个宇宙展示生物特征了，但仅仅从过去几个世纪开始，我们才具有技术特征。这意味着，在地球上技术特征存在的时间不到生命特征存在时间的0.00001%。从这个角度来看，在观测的外星生命中，寻找技术特征只能算是锦上添花了。
不过，仅仅从简单的生命演化来看，很难涉及到这个问题的另一个维度。一项由美国宾夕法尼亚大学的Jason Wright牵头的新研究中提出，天文学家们可能忽视了技术特征的价值。我作为NASA资助的技术特征搜索团队的一员，也参与了这项研究。只关注生物特征带来的问题是，生物特征永远是和行星以及它的生物圈绑定在一起的。如果明天地球上所有的生命都消失的话，那么地球的生物特征也同样会很快消失。举例来说，地球上的氧气就是由生命活动产生的，如果生命不存在了，氧气很快就会因为化学反应回到岩石中去。
也就是说，想要探测到生物特征，我们探测的行星上需要有一个仍在运行的生物圈。然而，我们并不知道生物圈通常能存在多长时间。我们的生物圈已经存在了超过30亿年，这显然已经很幸运了。很多事件会导致生物圈消亡，比如太阳风吹散行星大气，或是一次大规模的小行星撞击。一旦生物圈消失，它所产生的生物特征也就会随之而去。
相比之下，技术特征就没有这些限制。实际上，太阳系中已经充满了地球文明所产生的技术特征了。仅在火星，其轨道或表面上现在就有超过10艘航天器。而在太阳系中有数以百计的太空器正在穿梭。我们甚至还向太阳系之外的宇宙空间发射了5艘飞船。我们向宇宙发射的每个飞行器，其存在本身就能显示一种技术特征。更为重要的是，所有尚在运行的飞行器都在向宇宙中发送电磁波信号，尽管这些信号非常微弱，但可以想象，这种技术特征可能会被某些智慧生命探测到。
不同于生物特征，各种技术特征可以移动，并且会持续存在。例如，由于没有空气或水的侵蚀，阿波罗11号月球着陆器将能在月球上矗立数百万年的时间。目光更长远一点的话，如果未来我们在月球上铺设了大规模的太阳能板，而人类文明毁于一些灾难事件的话，即使我们消失很长一段时间后，这些太阳能板仍然有可能被外星文明观察到。
与此同时，我们也可以想象一个星际文明的货运飞船在星系之间穿梭。飞船引擎排放的尘埃、用于交流所用的密集激光甚至是废物处理——或者如果外星人烧掉垃圾的话，这也是一种信号，可以从地球探测到。这些技术特征可以传播到距离外星文明产生的行星很远的地方（我们可以称之为技术圈，technosphere）。一个外星文明甚至可以使用其所在的恒星系统中那些无法居住的星球，将它们改造成工业或能源基地。这样的星球只会产生一些技术特征，而不会显示出生物特征。
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同时，技术特征也可能会非常丰富。一个外星文明和它的技术圈能生产数百万甚至数以亿计的物品，而每一个物品都能产生被检测到的技术特征。试着想象一个比人类历史长了千百万年的星际文明，它或许不仅能经常产出大量能释放技术特征的物体，还可能产生多个技术圈。不同于生物圈，技术圈可以通过有计划的星际移民进行扩张。基于这些先进的技术，我们可以想象那些遥远的外星文明，可以做出怎样有创造性的发明，或许在它们眼中，现在人类甚至还算不上是聪明的生命。
这其中也有很多存在争议的地方。比如，批评者可能会认为，生物圈或许可以通过“胚种假说（panspermia）”形成，也就是小行星撞击时，会导致一块带有微生物的岩石进入宇宙，并落在了其它宜居的星球上。不过计算结果显示，即使是在最理想的环境下，此类事件发生的概率也非常低，而与此同时，随着一个具有星际旅行能力的文明能向整个星系传播新的技术圈，它们可以将其技术圈扩散到一个更遥远的世界。
即便如此，以上还都只是猜测。我们到现在为止还没有发现任何外星生命，也就无从知晓在宇宙中高等和低等生命的比例究竟是怎样的。或许，高技术文明在宇宙中过于稀少，找到那些低等生命的机会还是会更大。我不想在这两者之间打赌，但我想再次强调，仍有很多东西有待发现。
我们课题组进行的研究可能会产生一个误解，就是应该优先基于技术特征来搜寻外星生命。但实际上，我们的结论并非如此。回顾了过去搜寻中存在的偏见以及未来的种种可能后，我们认为应该将技术特征和生物特征作为一个连续的整体。到目前为止，科学家们在设计观测外星生命的技术时，要么针对高等生命，要么针对低等生命。但是，随着系外行星探索技术的不断发展，一台望远镜和它上面的探测器现在可以被同时用于探寻这两种生命特征。在观测一个系外行星时，天文学家们可以在同一磁波频段上，同时寻找生物特征和技术特征。
由于资源有限，天文学家们在搜寻外星生命时，仍然需要进行一些艰难的抉择，但应该根据具体的搜寻情况进行选择，而不是人为地将基于生物特征与技术特征的搜索对立起来。我们正处于一个前所未有的时刻：关于宇宙中外星生命的辩论已经持续了几千年，而现在我们有能力探寻这个问题的答案了。发现任何一种生命，不管它是高等的还是低等的，都会从根本上重塑我们对于自身在宇宙中所处地位的认识。让我们寻找这一切的答案吧！