16. Search for Extraterrestrial Life

<strong>Search</strong> <strong>for</strong> Extraterratrial <strong>Life</strong>

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• 尋 找 外 星 生 命 外 星 有 哪 些 環 境 , 哪 些 適 合 生命 發 展 ? 但 是 何 謂 生 命 , 找 什 麼 呢 ? 怎 麼 尋 找 外 星生 命 ? 外 星 文 明 呢 ?• 最 期 望 的 當 然 是 「 登 門 拜 訪 」 是 嗎 ?• 就 現 有 的 知 識 、 技 術 及 可 見 的 未 來 ,面 對 面 的 接 觸 不 可 能∴ 電 訊 接 觸 ( 一 ) 嘿 , 我 們 在 這 !( 二 ) 咦 , 你 們 在 哪 ?

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他 們 來 過 地 球 嗎 ?或 許 ,「 我 們 」 就 是 「 他 們 」!

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不 同 環 境 裡 的 成 分太 陽 地 球 地 殼氫 90.99% 氧 50% 氧 47%氦 8.87 鐵 17 矽 28氧 0.078 矽 14 鋁 8.1碳 0.033 鎂 14 鐵 5.0我 們 的 能 量 來 源氖 0.011 硫 1.6 鈣 3.6氮 0.010 鎳我 們1.1居 住 的鈉地 方2.8地 球 大 氣 細 菌 人 類氮 78% 氫 63% 氫 61%氧 21 氧 29 氧 26氬 0.93 碳 6.4 碳 10.5碳 0.03 氮 1.4 氮 2.4氖 0.0018 磷 0.12 就 是 鈣 我 們 自 己 0.23氦 0.00052 硫 0.06 磷 0.13

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不 同 環 境 裡 的 成 分太 陽 地 球 地 殼氫 90.99% 氧 50% 氧 47%氦 8.87 鐵 17 矽 28氧 0.078 矽 14 鋁 8.1碳 0.033 鎂 14 鐵 5.0氖 0.011 硫 1.6 鈣 3.6氮 0.010 鎳 1.1 鈉 2.8地 球 大 氣 細 菌 人 類氮 78% 氫 63% 氫 61%氧 21 氧 29 氧 26氬 0.93 碳 6.4 碳 10.5碳 0.03 氮 1.4 氮 2.4氖 0.0018 磷 0.12 鈣 0.23氦 0.00052 硫 0.06 磷 0.13

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以 成 分 來 說• 生 物 與 恆 星 相 似 的 程 度 更 甚 於 所 在 的 地 球 !∴ 地 球 生 命 是 由 隨 處 可 得 的 元 素 構 成 的• 就 我 們 所 知 , 宇 宙 其 他 地 方 的 化 學 及 物 理 和我 們 這 裡 是 一 樣 的宇 宙 別 的 地 方 要 形 成 生 命 ,起 碼 在 材 料 上 不 虞 匱 乏• 絕 大 多 數 生 命 體 由 少 數幾 種 簡 單 的 分 子 構 成• 生 命 既 簡 單 又 複 雜 , 但 極 度 挑 剔 !

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生 命 能 無 中 生 有 嗎 ?Miller-Urey 實 驗 (1953 年 )── 在 地 球 早 期 環 境 中「 創 造 」 生 命 的 可 能 模 擬 地 球 原 始 大 氣 ( 甲 烷、 氫 、 阿 摩 尼 亞 、 水 蒸 氣 )+ 模 擬 海 洋 + 放 電 提 供 能 量+ 電 熱 器 促 進 循 環( 模 擬 天 氣 )

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一 週 後 ,Miller 觀 察 發 現 15-20% 的碳 元 素 形 成 了 有 機 物 ,2% 的 碳 形 成 了胺 機 酸 ! 其 中 以 glycine ( 氨 基 乙 酸 ) 最 多原 始 大 氣 並 非 如 此 「 還 原 」( 沒 有 這 麼 多 氫 )?早 期 環 境 並 沒 有 這 麼 多 的 能 量 ( 連 續 雷 擊 )?

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• 胺 機 酸 當 然 還 不 是 生 命 , 但 是 由 胺機 酸 所 製 造 的 蛋 白 質 是 地 球 生 命 的主 要 活 動 來 源• 米 勒 ‧ 尤 瑞 實 驗 結 果 表 示 「 組 成 生命 的 基 本 物 質 , 可 以 在 原 始 的 環 境中 生 成 」; 材 料 、 技 術 上 都 沒 有 困難 , 即 使 是 惡 劣 的 環 境 也 無 妨• 隕 石 中 也 發 現 關 鍵 的 有 機 物 ( 例 如胺 機 酸 ) 存 在

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墨 其 森 隕 石 (Murchison meteorite)(1969 年 9 月 28 日 上 午 11 點 墜 落 於 澳 洲 墨 其 森 )只 剩 下 100 公 斤 , 發 現 90 種 胺機 酸 , 其 中 19 種 地 球 上 也 有 !

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墨 其 森 隕 石 的 意 義 ───• 早 期 地 球 與 彗 星 、 小 行 星 、 隕 石 等 小 型 天體 相 似 , 如 果 胺 機 酸 在 外 太 空 惡 劣 的 環 境下 能 存 在 , 那 麼 在 早 期 地 球 也 可 能 存 在 。• 地 球 上 的 胺 機 酸 有 可 能 是 小 型 天 體 撞 擊 而帶 來 的 。

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如 果 最 初 的 胺 機 酸 並 非 在 早 期 地 球 ( 還原 ) 大 氣 中 產 生 , 如 Miller-Urey 實 驗所 示 , 那 麼 它 們 可 能 是 哪 裡 來 的 呢 ?1. 來 自 海 底 thermal vents自 成 生 態 系 統 ( 魚 蟹 蟲 菌 ) 陽 光 之 外 的 生 命 能 量 來 源 !2. 來 自 冰 凍 的 海 洋早 年 太 陽 光 度 比 現 在 微 弱 30% 地 球 海 洋 冰 層 約 300 公 尺 屏 障 了 紫 外 線 ,又 免 於

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3. 來 自 外 太 空 (panspermia)20 世 紀 初 瑞 典 化 學 家 Svente Arrhenius 主 張 地球 上 的 細 胞 生 物 來 自 外 太 空 , 藏 身 於 隕 石 當 中而 來 到 地 球 , 這 樣 可 以 倖 免 於 太 空 的 惡 劣 環 境, 甚 至 進 入 地 球 後 受 到 的 衝 擊 。 太 空 裡 可 能 很多 這 種 germs( 細 菌 )、spores ( 胞 子 )http://www.chem.duke.edu/~jds/cruise_chem/Exobiology/sites.html

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• 恆 星 的 適 居 區 (habitable zone)大 質 量 恆 星 → 寬 廣 小 質 量 恆 星 → 窄 小太 陽 適 居 區 包 含 地 球 ( 及 火 星 ?)但 是 大 質 量 恆 星 壽 命 短 , 不 利 產 生 高 等 文 明而 小 質 量 恆 星 周 圍 的 適 居 行 星 可 能 靠 得 太 近

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我 們 可 以 發 訊 號給 他 們 !1974 年 11 月 16 日 波多 黎 各 的 Arecibo 天線 ( 直 徑 300 公尺 ), 在 頻 率 2.38GHz, 頻 寬 10 Hz,發 射 了 一 個 三 兆 瓦(3x10 12 W) 的 訊 號── 人 類 有 史 以 來 發射 最 強 的 訊 號 !嗯 , 訊 號 往哪 送 呢 ?

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目 標 M13 ( 武 仙 座 Hercules 方 向 的 一 個 星 團 ;距 離 25,000 光 年 , 包 含 約 300,000 顆 星 ),發 射 的 電 波 束 到 達 時 (25000 年 後 ) 恰 涵 蓋整 個 星 團喔 , 要 送 什 麼訊 號 呢 ?

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一 共 送 出 1679 個 0 或 10000001010101000000000000101000001010000000100100010001000100101100101010101010101010010010000000000000000000000000000000000000110000000000000000000110100000000000000000001101000000000000000000101010000000000000000001111100000000000000000000000000000000110000111000110000110001000000000000011001000011010001100011000011010111110111110111110111110000000000000000000000000010000000000000000010000000000000000000000000000100000000000000000111111000000000000011111000000000000000000000001100001100001110001100010000000100000000010000110100001100011100110101111101111101111101111100000000000000000000000000100000011000000000100000000000110000000000000001000001100000000001111110000011000000111110000000000110000000000000100000000100000000100000100000011000000010000000110000110000001000000000011000100001100000000000000011001100000000000001100010000110000000001100001100000010000000100000010000000010000010000000110000000010001000000001100000000100010000000001000000010000010000000100000001000000010000000000001100000000011000000001100000000010001110101100000000000100000001000000000000001000001111100000000000010000101110100101101100000010011100100111111101110000111000001101110000000001010000011101100100000010100000111111001000000101000001100000010000011011000000000000000000000000000000000001110000010000000000000011101010001010101010100111000000000101010100000000000000001010000000000000011111000000000000000011111111100000000000011100000001110000000001100000000000110000000110100000000010110000011001100000001100110000100010100000101000100001000100100010010001000000001000010000100000000000010000000001000000000000001001010000000000011110011111010011110001679? = 兩 個 質 數 相 乘 = 73 x 23 or 23 x 73

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他 們 看 得 懂 嗎 ?如 果 我 們 收 到 這 樣 的 訊 號 ,我 們 看 得 懂 嗎 ?

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要 不 , 就 用 聽 的 !• 1977 年 8 月 15 日 --- ‘Wow!’ 訊 號6EQUJ5非 自 然 、 來 自 天 外 , 但 來 源 不 明Ohio State Univ. Big Ear Obs.http://www.bigear.org/6equj5.htm

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Project Phoenix• 1995.02 開 始 , 南 北 半 球 天 線 定 點 監 聽http://www.seti.org/science/ph-bg.html• 還 真 聽 到 了 !!!這 是 先 鋒 10 號 (Pioneer 10) 的 訊 號 。 我 們 聽 到 了 自 己 !

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要 在 哪 個 波 段 搜 尋外 星 文 明 訊 號 呢 ?這 麼 說 好 了 , 若 是 我 們 要 發 射 訊 號 , 應該 在 哪 個 波 段 發 射 ?條 件 :(1) 傳 得 遠 、 干 擾 少(2) 認 得 出 是 非 自 然 的 訊 號

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• 氫 原 子 發 射 波 長 為 21 公 分 的 輻 射• OH (hydroxyl) 分 子 發 射 的 波 長 為 18 cm• H + OH H 2 O: 生 命 的 要 素• 該 波 段 地 球 大 氣 或 宇 宙 背 景 干 擾 都 小• 星 際 太 空 灰 塵 的 吸 收 弱科 學 家 把 18~21 公 分 這 個 波 段 戲稱 為 「 水 洞 」(Water Hole), 認為 這 是 星 際 通 訊 最 佳 波 段水 洞 與 水 無 關 !

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‘Water Hole’地 球 大 氣 水 汽 吸 收背景雜訊「 水 洞 」地 球 大 氣 氧 氣 吸 收銀 河 系 背 景 輻 射宇 宙 微 波 背 景 輻 射無 線 電 波 頻 率

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SETI 計 畫 試 圖 偵 測 外 星 文 明 所 發 出 ,類 似 我 們 文 明 的 訊 號 。 目 前 搜 尋 的 範圍 只 包 括 太 陽 系 附 近 很 小 的 範 圍 。

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德 瑞 克 方 程 (Drake Equation)── 銀 河 系 中 高 等 文 明 的 數 目需 要 考 慮 下 列 問 題 :• 有 多 少 文 明 存 在 ?• 這 些 文 明 平 均 可 以 存 在 多 久 ?• 他 們 有 多 渴 望 和 我 們 聯 絡 ?• 怎 麼 和 他 們 聯 絡 呢 ?

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N = N * f s f p f e f l f i f c L/L MW• N: 現 在 銀 河 系 中 可 以 通 訊 的 文 明 數• N * : 銀 河 中 的 恆 星 數• f s : 類 似 太 陽 的 恆 星 比 例• f p : 每 顆 類 似 太 陽 的 恆 星 擁 有 行 星 系 統 的 比 例• f e : 每 個 行 星 系 統 中 適 合 生 命 發 生 的 比 例• f l : 適 合 的 行 星 中 實 際 發 展 出 生 命 的 比 例• f i : 生 命 發 展 出 智 慧 文 明 的 比 例• f c : 擁 有 技 術 而 且 願 意 對 外 通 訊 的 比 例• L/L MW : 文 明 向 外 通 訊 的 時 間 / 銀 河 系 的 壽 命

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• 所 以 Drake equation 其 實 並 不 是 個「 方 程 式 」• 而 是 個 估 計 數 量 的 公 式• 公 式 中 各 個 「 因 素 」, 以 及 各 因 素所 採 用 的 「 數 字 」 都 是 主 觀 的 估 計• 越 前 面 的 因 素 ( 天 文 的 部 分 ) 我 們知 道 得 越 多 ; 越 後 面 的 因 素 ( 外 星生 物 、 社 會 、 心 理 ) 越 不 清 楚 , 估計 起 來 也 越 主 觀

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估 計 德 瑞 克 方 程 ……• 銀 河 系 中 大 約 有 3000 億 顆 恆 星 =N *• 只 考 慮 類 似 太 陽 的 恆 星 ,∴ f s ~ 0.3• 猜 fp ~ 1 ∵ 太 陽 似 乎 是 顆 典 型 的 恆 星• f e ~1/4; f l ~ 0.5-1; f i ~ 0.75-1; f c ~1( 這 樣 是 保 守 還 是 無 可 救 藥 的 樂 觀 ?)• 最 不 確 定 的 數 目 是 L( 以 年 為 單 位 ),也 就 是 文 明 能 存 活 多 久• 我 們 的 文 明 能 存 活 1,000 年 嗎 ?1,000,000 年 呢 ?

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估 計 的 結 果 :1. N = 300 G x 0.3 x 1 x 0.25 x 0.5 x 0.75x 1 x L/10 G = 0.84 L ( 本 書 )2. N~10L (Sagan 1974)3. N~120L (most favorable case)4. N~L/10 billion (least favorable case)最 可 能 差 別 的 關 鍵 在 於「 發 展 出 智 慧 文 明 的 比 例 」

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也 就 是 說 , 銀 河 系 中 的 文 明 個 數 N 在 數值 上 差 不 多 相 當 於 文 明 能 存 在 的 年 數 L活 得 越 久 , 能 碰 到 的 機 會 越 大 !∴ 可 能 的 數 目 從 N=1 ( 也 就 是 我 們 自 己 )到 N > 1000L 是 甚 麼 ?是 我 們 肩 上 沈 重 的 宇 宙 責 任 !

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人 類 的 足 跡 I• 鑲 在 Pioneer 10 (1972 年 ) 及 Pioneer 11(1973) 太 空 船 身 上 的 訊 息 ── 6 吋 x 9 吋(15.15 cm x 22.8 cm) 的 鍍 金 鋁 版 , 厚0.127 公 分 , 由 C. Sagan 及 F. Drake 設 計• 我 們 是 誰 、 居 住 在 哪 個 時 間 、 哪 個 地 方、 我 們 懂 多 少

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在 我 們 問「 你 們 是 誰 ?」之 前 ,我 們 應 該 好 好 想 想 !「 我 們 是 誰 ?」

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Do Not Take Anything <strong>for</strong> granted.生 命 中 沒 有 任 何 理 所 當 然 的 事 情 What if our Sun were 1.2 times moremassive? What if less? What if there were no moon? What if Jupiter did not exist? What if there were no heavy bombardmentin early solar system? What if the dinosaurs did not extinct?

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氫 原 子 的 超 精 細 結 構 襯 景 的 太 空 船 身 相 當 於 8 的 二 進 位 碼太 陽 相對 於 14顆 脈 衝星 以 及銀 河 系中 心 的位 置人 類 姿體 與 太空 船 大小 相 比太 陽 系行 星 及相 對 距離 的 二進 位 碼

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• 先 鋒 10 號 被 木 星 甩 了 一 下 ,10 萬 年 後會 到 達 金 牛 座 方 向 的 鄰 近 恆 星• 誰 知 到 , 億 萬 年 後 說 不 定 會 被 外 星 文明 找 到

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人 類 的 足 跡 II• Voyager 1 及 Voyager 2 (late 1970s) 上 的唱 盤• 2 吋 直 徑 的 銅 盤 , 裝 在 鋁 盒 中 , 內 有 116張 圖 像 ; 用 55 種 語 言 問 好 ; 各 種 地 球 上的 聲 音 ( 天 然 的 或 人 工 的 );27 種 音 樂( 古 典 、 搖 滾 、 非 洲 土 著 民 謠 等 )http://re-lab.net/welcome/in Chinese, French, English, Spanish, Japanese, Korean …• 表 面 甚 至 電 鍍 了 鈾 238 (?)

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要 是 外 星 人 找 到 這 些 太 空 船 ,他 們 應 該 有 能 力 檢 視 各 種 證 據希 望 他 們 會 同 意 …這 東 西 來 自 有 思 想 、 文 明 的 世 界 !

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• 這 些 有 如 丟 入 汪 洋 中 的 「 瓶 中 信 」, 攜帶 了 我 們 對 自 己 的 瞭 解 , 也 攜 帶 了 盼 望別 人 瞭 解 的 期 待地 球 生 命 真 是 多 樣 呀 !• 只 是 宇 宙 這 個 汪 洋 大 得 多 得 多 ( 得 多 )• 象 徵 的 意 義 大 於 實 質 意 義 , 因 為 被 找 到的 機 會 微 乎 其 微找 了 , 不 一 定 找 得 到 ,但 不 找 絕 對 找 不 到 !花 多 少 資 源 找 算 是 合 理 ?

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人 類 的 足 跡 III --- MarsView from Viking Lander 1 (1976)從 Pathfinder lander 看 Sojourner (1996)

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找 生 命 … 為 什 麼 找 水 ? 為 什 麼 找 行 星 ? 行 星 怎 麼 找 ?

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宇 宙 :138 億 年太 陽 系 :46 億 年類 似 人 類 的 生 物 :300 萬 年 前如 果 把 地 球 四 十 六 億 年 歷 史 製 作 成 一 年 的 電 影 , 於 元 旦 開演 時 地 球 剛 剛 形 成 , 整 個 一 、 二 月 份 地 球 仍 遭 受 大 量 小 行 星 轟擊 而 處 於 熔 融 狀 態 。 終 於 海 洋 形 成 , 最 原 始 的 生 命 大 約 在 三 、四 月 之 際 出 現 。 之 後 生 命 展 開 漫 長 的 演 化 , 一 直 要 到 十 一 月 廿八 日 左 右 才 有 陸 地 生 命 。 如 果 電 影 繼 續 放 映 , 像 是 恐 龍 這 樣 的生 物 直 到 十 二 月 12 日 才 出 現 , 然 後 在 聖 誕 夜 滅 絕 , 接 著 哺 乳 類動 物 以 及 鳥 類 大 量 出 現 。人 類 呢 ? 在 這 部 電 影 中 , 直 到 除 夕 當 天 才 出 現 類 似 人 類 的生 物 , 而 直 到 除 夕 傍 晚 他 們 才 學 到 製 作 石 器 。 秦 始 皇 統 一 天 下時 , 影 片 放 映 到 最 後 14 秒 鐘 , 而 國 父 推 翻 滿 清 相 當 於 元 旦 凌 晨前 0.6 秒 , 就 更 別 說 上 一 次 立 法 院 是 什 麼 時 候 打 架 了 ! 人 類 做 為時 空 過 客 , 實 在 應 該 珍 惜 這 部 影 片 的 劇 情 與 道 具 , 努 力 成 為 影片 續 集 的 主 角 , 讓 世 代 子 孫 永 續 經 營 , 向 宇 宙 拜 年 !