前言 回大纲

　地球之外是否其他生命存在？地球与人类在浩瀚的宇宙 是否是唯一的？这类的问题，数千年来一直困惑着哲学家与科学家，但直到最近，人类才有足够的科技能力，试着去回答这些问题。

何谓生命？ 回大纲

生命的定义 无可避免的，当我们试图寻找外太空生命时，第一个需要面对的问题是，何谓「生命」？
到目前为止，地球上的亿万的生命是我们唯一的范本，地球上的生命体，可以简单归类为「碳基」(carbon-based) 生命。我们不能排除其他生命形式﹙例如「矽基」…﹚存在的可能性，但在现阶段，只能很主观地以地球生命为蓝图。

传统的生物教科书对生命的定义如下，具有以下特征的生命体，谓之为生命。

组织化﹕有机体维持高度的复杂性与有序。
细胞﹕有机体是由单一或多细胞所组成。
能量：有机体须要取得与使用能量。
生殖﹕有机体能产生与自已相似的下一代。
遗传性﹕有机体具有决定其特性的基因蓝图。
成长与发展﹕有机体能成长，并改变其外貌与能力。
适应力：有机体能回应外界的诱因。
新陈代谢﹕有机体执行一些控制性的化学反应。
体内平衡﹕虽然外界环境条件的变化，有机体仍能维持相当稳定内部环境。
这种定义很正式但并不实用。有生物学家认为生命最简单的判断标准 --「它是否能繁殖？」，当然，这种过于简化的判断方式之下，自然会产生一些争议，例如：电脑病毒是否是生命？因为它的确能繁殖，而且有人认为电脑病毒是一种「准生命」。

在这章里，我们并不探讨在一个行星上生命如何开始萌芽和演化。我们假设生命如果能起源，在数量这么庞大的众多恒星之中，我们应在那种恒星周围去寻找他们？初期的努力很明显地是寻找和我们太阳相类的恒星，因为本太阳的地球，上面就有数不清的生命种类，甚至有已经能进行星际通讯的智慧生物 -- 人类。所以我们就以我们地球生命发展的历程，作为初期寻找外星文明的重要参数。

　

地球的生命与科技之旅
太阳系约在46 亿年前形成，最古老的生物化石显示，35 亿年前生命己在地球的大海中出现，陆地上的植物生物出现在四亿年前，而人类在二百万年前才离开非洲的树林进入草原，而近数十年，才进入能用电磁波与外太空文明联络的「通讯文明」阶段。

简而言之：

新行星出现后，约需11亿年才能孕育出生命。
通讯文明又得再经35亿年才发展出。
在地球上的生命体中，人体内最主要的十二种化学元素﹙氧、碳，氢、氮、钙、磷、钾、硫、钠、氯、镁，铁﹚，占体内元素比例的99%以上，同样的这十二种元素，也占地球其他生命体内元素的99%以上。另脊椎动物在胚胎初期，其外形与结构皆神似，这是否可视为这些生命体同源的证据？

我们假设外太空文明的生命，与科技发展的历程与地球相似。但适合生命孕育及文明发展的环境为何？

生命区与适合E.T.居住的「太阳系」 回大纲

其他太阳系
生命体只能在行星上生存与演化。我们是否有其他太阳系存在的证据？

行星体积小，主要以反射「太阳」的光为主，另由地球观测，行星被其「太阳」所发出的强光所湮没，目前并无直接观测证据。

行星间接证据﹕

恒星的视运动(center-of-mass motions)
当恒星有伴随之行星时，由地球看去，恒星会绕系统的质心运动﹙参见恒星视运动 之示意图﹚，其情形与双星系统类似，但视运动效应极小，估计大约只有0.001秒角的变化，侦测极为困难。

侦测其杜卜勒效应(Doppler shift detections)
由地球看出去，恒星绕它和行星的质心运动，其光谱会因恒星行近与远离我们，而产生可被侦测的杜卜勒位移。经过许多研究群数年的观测， Michel Mayor与Didier Queloz 在1995年首先宣布 51 Pegasi ﹙发现的实验数据 ﹚的周围有行星存在 ，截至目前为止(2002/01/09) 陆续发现的外行星已经超过七十颗。

观测的数据显示，部份外太阳系行星的表面或大气状态， 或许能容许水以液态的方式存在，而生命或许可以生存在高层大气之中。这些外太阳系行星的质量通常大于木星，轨道也常是长扁的椭圆形，这和我们太阳系的情况有很大的差异，而这也为我们太阳系的形成理论带来许多的质疑，未来尘埃落定后， 行星形成的理论也许会有新的风貌﹙请参见摘要图：摘要图﹚。 有关新行星的发现请参见加州大学寻找外太阳系行星网站。

初形成恒星的吸积盘(accretion disks of young stars)
例如：猎户座大星云 中心附近的数百颗新恒星，有近一半具有吸积盘，这些吸积盘或许会形成行星，这类观测数据，是否也指出宇宙中大约有一半恒星周围有行星。

生命区
由星光光谱可知，宇宙各处的元素相同。采较主观的观点，适合地球生物生存的温度区间为200 K与373 K之间，分别为极区与海底火山温泉的温度。

我们预期行星的表面温度，如在此范围之内就有孕育生命的机会。如行星的能源全靠其太阳提供，在「太阳系」的「生命区」范围内的行星称为「适居行星 」。

本太阳系的生命区 界于0.56 AU 与1.95 AU 之间，共有金星(0.72 AU)、地球(1 AU)与火星(1.52 AU) 处于生命区之内。




适合E.T.居住的「太阳系」
地球形成后，经过了46 亿年才有所谓通讯的文明的存在，故在主序星中O, B, A 与F型星的主序生命期(gif或表格 形式﹚过短，孕育通讯的文明的机率过小，故只须要考虑G, K, 与M型的恒星。

M型星的生命区过小，恰巧有行星在这区间的的机率不高，另如此靠近恒星的行星，可能会受潮汐锁定(tidal locking)的影响，而永远以同一面面向恒星﹙月亮即是最佳的例子﹚，表面环境极端，不利于生命体之孕育与演化。

一般以质量为0.5 偣太阳质量的的恒星为适居星之下限，所以对E.T.来说适居太阳系的主角为G型与K型星。

本银河系各类星的分布比率为：

O与B型星少于1%
A与F型星大约占1%
G型星大约占4%
K型星大约占10%
M型星大约占70%
白矮星大约占10%
由上述数据看来，太阳(G2 V) 事实上并不是我们常说的「典型」恒星。

　

多少E.T.家园？
宇宙中约有1024 个恒星，但其中有多少能孕育生命？有生命的「太阳系」中又有多少会有类似人类的智慧生物存在？而这些智慧生物需要多久才能具有使用电磁波向外通讯的能力﹙达到通讯文明的阶段﹚？而这些通讯文明又能延绩多久？这些都是寻找外太空文明(SETI = Search for Extra-terrestrial Intelligence) 时，所必须回答的问题

在1961年，天文学家Frank Drake 提出一方程式来粗估在本银河系，通讯文明的可能数目。

Drake 方程式
NC = Rs * fP * nLZ * fL * fI * fC * L
表12.2　本银河系通讯文明之可能数目
参数 注解 悲观估计 乐观估计
RS 银河系中，适居恒星产生的速率 1.4 1.4
fP 有行星的适居恒星之百分比 0.01 0.5
nLZ 在生命区内的行星数﹙适居行星﹚ 0.01 1
fL 孕有生命之适居行星的百分比 0.01 1
fI 「生命行星」中，发展出智慧生物的百分比 0.01 1
fC 智慧生物发展至通讯文明的百分比 10-8 1
L 通讯文明的生命期﹙年﹚ 1000 1010
NC 银河系中，通讯文明的总数 1.4*10-13 7*109
注：
本银河系现约有1011恒星，己存在一百亿年(1010年)，平均每年产生10颗恒星，这其中的适居恒星只占14%。
如你的WEB软体对读表表格有困难，请按本银河系到底有多少通讯文明？


由表12.2可以看出，上列问题的答案很分歧，由「零」到「到处多是」都可能，端视你采取悲观或乐观的态度而定。不过可以确定的是，以人类的习性，只要是答案未定，寻找外太空生命的努力就会持续。

我们应期待「第三类接触」吗？

也许应相当戒慎，以人类过去的历史为范本，不同文化或种族初次接触，其结果往往是悲剧性，期望地球与其他外太空文明的接触，能有不同的结果。

寻找E.T.(SETI) 回大纲

人类己多次在探测器上，装设宣告人类存在的物件，希望外太空文明在太空探险的旅程，能发现我们发射的探测器与物件，也曾以电磁波向外宣告我们存在的讯息，这些活动也应归类为SETI研究之一部份。

过去的火星的探测显示，火星上并无生命存在的迹象，而现在的SETI 活动，主要是聆听与寻找，可能来自外太空文明的无线电讯号。

SETI = Search for ExtraTerrestrial Intelligence
来自地球的流浪者
先峰者十号与十一号(Pioneer 10 & 11)
脱离太阳系的首件人造物体﹙先峰者十号﹚。各载一片宣告地球人类存在的金属版。八万年后，先峰者约距地球三光年，尚未到达最邻近的毗邻星。这可稍窥现阶段远程太空探险的不可行性。

航行家一号与二号(Voyager 1 & 2)
各载一片宣告地球人类存在的金属盖，与一张录有六十种不同语言问候词、一百多幅人类活动照片、各种自然界声音与其他讯息的金属片。

　

来自地球的讯息
1974年，Arecibo无线电望远镜启用时，曾以此望远镜向M13﹙球状星团﹚发射了1679 bytes讯号，宣告人类的存在，届时三分钟。M13距地球二万五千光年，在M13的外太空文明，如于收讯后立即覆电，五万年后，我们才能收到回电。

　

太阳系内的其他生命
金星与火星生命
太阳系的生命区内，另有金星与火星两颗行星。

金星的表面温度高达摄氏472度，足以熔铅，科学家并不期待有金星生命存在。

火星 的稀薄大气含有微量的氧，表面也留有水痕，显示火星过去的环境，远较现在适宜生命成长，科学家对火星生命的存在，一直存有厚望，但1976年经海盗1 号与2 号的探测并无所得。根据现在的证据，科学家已经排除火星上住有足以侵略地球的火星人。不过它们仍然不排除，在火星表层之下，可能有低等的微生物存活着，不过直接的证实，只有待未来更进一步的火星探险才有定论。

探索火星生命的研究在1996 年八月，出现了相当戏剧性的新发现。美国太空总署(NASA) 的一个研究群，由一万三千年前掉落到地星的火星陨石 ，找到了早期火星，可能有微生物存在的间接证据。如果这个新发现，能够通过更进一步的检验与证实，对地球外生命存在的可能性，实在是一剂无与伦比的强心针。

如果综合了过去的一些证据：(1) 由过去在陨石中，不断的发现有机分子，而在实验室中，用早期地球原始大气或其他星体的大气(参见下一页)作为成份，也可以轻易的制造出有机分子。(2) 1995 年十一月以来，宣布发现了数颗外太阳系行星 。(3) 上述的火星生命的间接证据。似乎都在暗示我们，外太空生物存在的事实，应该是己经不容怀疑。而且外太空高等智慧生物存在的可能性，也是我们今后应当正视的课题。

其他本太阳系生命
行星的卫星仍有生命存在的可能性，例如土星的卫星泰坦(Titan)， 泰坦的太气中含有大量的甲烷与氮，这两种气体 在类似Miller-Urey氏的实验中， 己被证实能产生多种可组成胺基酸的有机物质，但航行家飞越时， 并未发现有生命存在的迹象。

伽利略任务发现木卫一的冰层之下，有能有广的海洋。

聆听太空的大耳朵
SETI研究中最主要的部份，在于侦测、办认来自外太空的「人造」电磁波讯号。

1960年Frank Drake的Project OZMA为这类SETI研究的第一个， Project Phoenix为人类寻找外星文明较近期的努力， Project Phoenix 于1995年对南天200颗恒星作定星搜寻，移回美国的Green Bank后，1996-1998年针对 80颗星定星搜寻，现在Project Phoenix移师到Arecibo并将于1998年底重新启动。 前后人类己执行了近百个SETI计划，但皆未能得到确切的结论， 详见Jill Tarter博士所编的SETI总集。

在广泛电磁波波段中，我们应选择何种波长？

如果你看过Star_Trek影集，或许对下列这句话并不漠生：

"Hailing frequency open, Captain!"

很不幸的是，SETI研究者并没有所谓的〝问候频率〞可以使用，他们只能假设，其他的通讯文明也对天文研究有兴趣，而且在探寻的过程同样也发现，无线电波段最能穿透星际物质、星尘。所以对SETI研究者，通讯和观测最自然的选择是无线电波。如果再考虑本银河系无线杂讯干扰等问题，3公分–30公分之间的区域最为宁静。SETI研究最常使用的波长在氢的21公分线与OH分子的18公分线之间，这个区域常称为水洞 (Water-hole) ，名称是起因自无线电杂讯曲线，在这个范围附近有个凹陷，而H与OH分子合起来与水的分子式H2O相同。或许在下意识中，SETI研究者希望宇宙中的通讯文明，能会聚在这个波段进行通讯，就如同非洲大草原的各种动物，外观及习性都有很大的差异，不过它们大多会到水洞去饮水。

搜寻方式：
聆听

全天空扫描 (all sky survey)
定星搜寻 (target search)

http://www.phys.ncku.edu....ab/e_book/