对地外文明探索研究规划及实施方案.doc

对地外文明探索的研究规划和实施方案
理论上讲，在对生命是什么这一问题研究透彻之前，任何行星都有可能存在生命。于是我们有了以下问题：
1、 为什么地球有生命，而火星没有？
2、 生命有多少种形态？
根据目前的研究，地球生命基本上是由碳与氢作为基础，辅以氧氮硫磷钾钙等元素。这大致有几个原因：
1、 碳能形成多种化合物，碳键强度足以保持稳定，又能在一定条件下断裂，确保了有关生命的活动能不断进行。
2、 在地球的表面，其条件使得液态水这一良好溶剂得以出现。
3、 碳的化合物形成了酶，使得生命活动能在地球的条件下进行。
4、 氧这一活泼气体的大量存在使得生命可以获得能量，而碳组成的叶绿素可以利用地球上的恒星能使这一过程反向进行。
5、 碳形成的DNA可以自我复制。
6、 ……
总之，地球上存在地球生命，是因为其条件使得碳这一元素可以形成极为复杂的化合物，并利用其星球上的资源，使化学反应系统处于循环中。
至于进化，那是因为与其他化学物质接触，或复制错误，或受到宇宙射线干扰而导致的。
而一个星球的资源会极大程度上决定其生命的形态。尤其是非金属与碱金属。
因此，寻找地外文明的第一步，应是分析什么样的化学元素，在什么样的条件下，会形成极其复杂的、能在催化剂作用下自我复制的化合物。
目前来看，碳、氮、硅、砷、磷、硼作为生命物质的基本骨架，都是有可能的。尤其是硅的氧化物，它的结构与碳单质的极为相似，但其键能略小，且无法被氧化（这意味着外星生物可能不得不以另外方式获得太阳能）。现在已经合成了碳作骨架的生命，下一步可以尝试逐渐用硅或其氧化物代替生物分子中的碳，并寻找能促进硅化物在某一温度及溶剂中进行反应的活泼性。
在此之前，我们还应当得出地球上生物所能忍受并进行生命活动的最严酷的环境数据。这些数据包括温度、压强、重力加速度、辐射强度等物理指标。
下一步是进行银河系内已知恒星的统计列表，建立数据库，通过计算机计算地球生物适宜生存的行星的具体数据，并分析这些星球适宜用什么方法发现。
现有的寻找方法如下：
1、天体测量法
　　天体测量法是搜寻系外行星最早期的方法。这个方法是精确地测量恒星在天空的位置及观察那个位置如何随著时间变动。如果恒星有一颗行星，则行星的重力将令恒星在一条微小的圆形轨道上移动。这样一来，恒星和行星围绕著它们共同的质心旋转（二体问题）。由于恒星的质量比行星大得多，它的运行轨道比行星小得多。
　　 　　天体测量法的一项优势是对大轨道的行星最为敏感，因此能和其它对小轨道行星敏感的方法互补不足。然而这方法需要数年以至数十年的观测方能确认结果。
2、视向速度法
　　和天体测量法相似，视向速度法同样利用了恒星在行星重力作用下在一条微小圆形轨道上移动这个事实，但是目标是测量恒星向著地球或离开地球的运动速度。根据多普勒效应，恒星的视向速度可以从恒星光谱线的移动推导出来。
　　视向速度法是目前为止发现最多系外行星的方法，亦称作“多普勒方法”或“摆动方法”。这方法不受距离影响，但需要高信噪比以达到高准确度，因此只适用于160光年以内相对离地球较近的恒星。此方法适合用来找寻质量大而轨道小的行星，大轨道的行星则需要多年观测。轨道和地球视向垂直的行星只会造成恒星很小的视向摆动，亦更难发现。视向速度法的一个主要缺点是只能估计行星的最小质量，一般而言真正质量会在这个最小量的20%以内；但假若轨道接近垂直，最真实质量会更大。
　　视向速度法可以用作确认凌日法的结果，一同运用亦有助估计行星的真实质量。
3、脉冲星计时法
　　脉冲星是超新星爆炸后留下来超高密度的中子星。随著自转，脉冲星发出极为有规律的电磁波脉冲，因此脉冲的轻微异常能显示脉冲星的移动。和其它星体一样，脉冲星亦会受其行星影响而运动，故此计算其脉冲变动便可估计其行星的性质。
　　这方法最初并非设计来侦测系外行星，但其敏感度是各方法之中最高，足以侦测到质量只有地球十分之一的行星。脉冲星计时法亦可以侦测到行星系统内相互的重力扰动，故此可以得到更多有关行星及其轨道的资料。然而因为脉冲星比较罕有，所以亦难以用这方法发现大量行星；而且因为脉冲星附近有极强的高能量辐射，生命似乎难以生存。
4、凌日法
　　运用以上的方法可以估计系外行星的质量，而凌日法则可估计行星直径。当行星行经其母星和地球之间（即凌），则从地球可视的母星光度便会轻微下降。光度下降的程度和母星及行星的大小相关，例如在HD 209458光度便会下降1.7%。

  这方法有两个主要缺点。首先，只有少数的情况系外行星会行经地球和母星之间，而且轨道愈大机率便愈小；另外，这方法亦很容易出现错误侦测。故此现时凌日法的发现必须经其它方法证实。而凌日法的主要优点是配合视向速度法能得知行星的密度，从而估计行星的物理结构。直至2006年9月一共有9个系外行星用了这两个方法测量，而它们都是被了解得最深的系外行星。
　　凌日法亦有助了解行星的大气结构。当行星行经其母星，母星光线便会经过行星的最外层大气。只要仔细分析母星的光谱，便能得知行星的大气成份。而把发生次蚀时（即行星被其母星掩著）的光谱和次蚀前后的光谱相减，便可直接得到行星的光谱性质，从而得知行星的温度，甚至能侦测到行星上云的形成。
5、重力微透镜法
　　重力微透镜是重力透镜现象的一种，是星体引力场导致远处另一星体的光线路径改变而造成类似透镜的放大效应，这现象只会当两个星体和地球几乎成一直线才会出现。因为地球和星体的相对位置不断改变，这种透镜事件只会维持数天至数周。在过去十年，已观测到超过一千次重力微透镜现象。
　　假若作为透镜的星体拥有行星，则行星本身的引力场亦会对透镜现象造成可测量的影响。因为需要精确对准，天文学家需要监察大量背境星体方能发现行星造成的重力微透镜现象。这方法对于位处地球和星系中心之间的行星特别有效，因为星系中心可提供大量背景星体。
　　重力微透镜法的显著缺点是透镜效果不能重复观测，因为星体的直线排列几乎不能再重现。另外，因为这样发现的系外行星往往在数千秒差距之远，故此亦不可能以其它方法再次观测。然而若有足够的背景星体和测量的准确度，这方法有助展示类似地球的行星在星系间的普遍性。
6、恒星盘法
　　很多恒星都被尘埃组成的恒星盘包围，这些尘埃吸收了恒星的光再放出红外线，因此可以被观测。即使尘埃的总质量还不及地球，它们的总表面积仍足反映到可观测的红外线。哈伯太空望远镜可以通过其近红外线摄影机和多物体光谱仪观测这些尘埃，而史匹哲太空望远镜可以接收更广阔的红外线光谱以得到更佳的影象。在太阳系附近的恒星之中，已有超过15%被发现有尘埃盘。
　　一般相信这些尘埃是由彗星或小行星碰撞中形成，而在恒星的辐射压力下，很快便会把尘埃推至星际空间。故此侦测到尘埃盘便代表恒星附近有不断的碰撞以补充失散的尘埃，是恒星拥有彗星或小行星的间接证据。例如鲸鱼座τ附近的尘埃盘便显示这恒星拥有比太阳系多出十倍以上，类似凯伯带中的物体。
　　在一些情况下尘埃盘可以显示有行星的存在。有些尘埃盘中间有空洞或形成团状，都可能表示有行星在“清理”其轨道或尘埃受到行星引力影响而结集。在波江座ε便发现了有这两种特质的尘埃盘，意味著当中可能有一个轨道半径达40天文单位的行星；通过视向速度法，亦发现了另一个轨道较细的行星。
7、直接摄影
　　因为行星相比于其母星都是非常暗淡的，所以一般都会被母星的光掩盖，故此要直接发现系外行星几乎是不可能的。但在一些特殊情况，现代的望远镜亦可以直接得到系外行星的影象，例如行星体积特别大（明显地大于木星），与母星有一段较大距离，以及较为年轻（故此温度较高而放出强烈的红外线）。
在2004年七月，天文学家们利用欧洲南天文台的甚大望远镜（Very Large Telescope）阵列在智利拍摄到棕矮星2M1207及其行星2M1207b。[24]在2005年12月，2M1207b的行星身份被证实。估计这系外行星质量比木星高几倍，而且轨道半径大于40天文单位。
随着开普勒望远镜的升空，观测的精度也在提高
接下来所做的就是观测与分析数据。我建议，为减少工作量，研究应当限于对银河系内的长寿命、低光度恒星的研究，并且对较远的目标应选择主序乃至主序前星。必须考虑将来发送无线电波时该星球上文明能在被消灭前收到并在我们毁灭前发回。因此，搜索半径应在20亿光年以内。
找到最有可能存在类地生物的星球后，应当进行分光观测。对于含有预料中的生命物质者，或是对于早期恒星其大气成分进行着缓慢变化者，或是具有气象活动的证据者，应当向其发送集束无线电波(类似于激光的长波)。无线电会衰减，因此最好录制成调幅波的二进制代码，描述基本数学规律及物理概念及对和平的愿望。最好能找到恒星辐射与之共振以加强之。我设想，可以利用黑洞的引力波造成的时空扭曲来维持信号。
对于其他非碳基生物形态的搜寻，也应当同时进行。
另外，影响生命发展的条件还有很多，如板块运动是否存在、有无固态表面、恒星是否为双星等。这些细节暂时还不能探测。
以上是对外星智能的探索。
此外，对于其他行星上普通生命的探索，我想应当先证明其存在的可能，这可以通过对生物细胞进行基因设计，改造出适宜火星的生命而做到。
此外，我们还应发射卫星抵达木星的卫星，以查清木卫二等卫星上有无生命。
另一种探测外星生命的方法是计算德雷克公式，并使之局限于20亿光年内。
银河系内可能与我们通讯的文明数量=银河内恒星形成的速率×恒星有行星的可能性×位于合适生态范围内的行星 的平均数×以上行星发展出生命的可能性×演化出高智生物的可能性×高智生命能够进行通讯的可能性×高智文明的预期寿命
前三项由统计测量得出，第四项应当变为：具有类似地球或设想中生命元素（包括种类多样性及绝对丰度）的可能性*理论模型预言的原始表面环境合成可复制大分子的可能性*该分子可以变异的可能性。
第四项的第一二项可以通过计算机模型计算。但首先应当通过氨、甲烷等在模拟条件下合成真正意义上的生物。
后两项忽略，对所有这些星球以每年一次的频率发射集束无线电，等待回音。同时对其进行观测以求捕捉到其上无线电波或气象活动。
这些计划都需要极长的时间，在200年之内几乎没有可能实现，而等待回音的时间更漫长，所以应当寄希望于外星生命已在寻找我们，或我们的理论能极好的预言哪颗星上有适宜人类居住的条件，使我们得以搬家。在搬家之前，应当留下卫星以收发无线电。
在此之前，重要的是我们要活下去。