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1、天文学新概论专题地外生命Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望地球地球是是( (目前目前) )唯一唯一已知已知有有生命生命存存在的星球在的星球“什么是生命什么是生命?”在太阳系之内，在银河系的在太阳系之内，在银河系的千亿颗恒星周围，在银河系外的千亿颗恒星周围，在银河系外的茫茫宇宙之中，难道就再也找不茫茫宇宙之中，难道就再也找不到其它到其它生命生命乃至乃至文明文明了吗？了吗？“对这个问题无论给出肯定或否定的对这个问题无论给出肯定或否定的答案都会令人惊异！答案都会令人惊异！”生
2、命生命的奥秘不在原子里，而在原子的组合模式里。生命不是上帝的创造,而是自然界长期选择的结果。在宇宙中任何地方，只要有了合适的物理和化学条件，生命的发生是理所当然理所当然的。星际有机分子星际有机分子是上世纪60年代天文学四大发现之一发现了烯、炔、醛、醇、酮、酯、醚、酰胺等各个门类100多种。前6位化学元素是：氢、氧、碳、氮、硫、硅，与地球上的生命元素非常接近。在陨石中也发现过多种氨基酸。 在宇宙中许多地方，由无机物形成有机物的化学演化早已完成。为进一步形成生命准备了充分的物质基础。地球生命模式，地球生命模式，液态水液态水必不可少必不可少水水有宝贵的物理性质有宝贵的物理性质太阳的太阳的生命适居带生
3、命适居带 5.4天文单位天文单位液态水可以存在有较适宜的生存环境没有水的水星没有水的水星 与与 炼狱一样的金星炼狱一样的金星金星金星 - 1990 - 1990年年9 9月美国月美国“麦哲伦号麦哲伦号”探测器拍摄探测器拍摄荒凉干燥的火星荒凉干燥的火星20042004年年1 1月美国月美国“勇气号勇气号”探测器拍摄探测器拍摄 然而然而, , 生命生命( (尤其是低等尤其是低等生命生命) )繁衍并不一定需要繁衍并不一定需要极为舒适的条件极为舒适的条件! !生命无法生命无法“立足立足”的气体巨星的气体巨星有希望的有希望的卫星卫星?!土卫六泰坦木卫二欧罗巴讨论讨论你认为生命是否必须是碳碳基的？是否必须
4、要有水的存在？ 外星上是否会存在“硅基生命硅基生命”?太阳系外行星的探测太阳系外行星的探测 基本只能靠间接方法：基本只能靠间接方法： 恒星视向速度变化恒星视向速度变化恒星亮度的微小变化（恒星亮度的微小变化（凌星）凌星）微引力透镜效应微引力透镜效应恒星视向速度的测量恒星视向速度的测量Doppler效应效应0 , 红移，红移， 远离；远离；0 , 紫移，紫移， 靠近。靠近。恒星光谱线的红移红移和蓝移蓝移恒星朝向观测者运动蓝移蓝移恒星远离观测者运动红移红移恒星围绕其与行星的公共质心公共质心旋转亮度的微小变化（凌星）引力透镜效应使亮度增强 1995.11. 瑞士瑞士 Mayor & Queloz发现第
5、一颗系外行星发现第一颗系外行星飞马座飞马座51b，木星级质量，木星级质量至至2010.12.3 2010.12.3 已发现已发现505505颗：颗： 视向速度法视向速度法 470 470 亮度变化法亮度变化法 107 107（有相重的）（有相重的） 其它方法其它方法 35 35 其中很多是类似木星的气体巨星其中很多是类似木星的气体巨星, , 离恒星离恒星距离很近距离很近, , 因此被称为因此被称为“热木星热木星热木星热木星”“超级地球超级地球”（10倍地球质量倍地球质量） HD40307b 、c、d 设想图小于小于1.3倍地球半径的系外行星倍地球半径的系外行星 2009.3.7. Kepler
6、飞船飞船2013，新一代空间望远镜，新一代空间望远镜JWST 2020，类地行星搜寻者，类地行星搜寻者TPF 不仅探测行星，还要探测这些不仅探测行星，还要探测这些行星上是否有大气和水的存在行星上是否有大气和水的存在Kepler飞船飞船2009.3.7发射发射口径口径1.4 米，凌星法米，凌星法测量行星的测量行星的大小、质量、密度、反照率和大小、质量、密度、反照率和绕恒星公转的轨道情况绕恒星公转的轨道情况 2020 类地行星搜寻者类地行星搜寻者TPF 地外智慧生命与文明的探索地外智慧生命与文明地外智慧生命与文明的定义及形态的定义及形态 “外星人外星人外星人外星人”(Extra-Terrestri
7、al Intelligence)是人类对地球以外智慧生物的统称是人类对地球以外智慧生物的统称 。人类想象中的外星人形象人类想象中的外星人形象人们曾提出人们曾提出三个假说三个假说： 第一个假说：地球上的生命是按照一定的物理与第一个假说：地球上的生命是按照一定的物理与化学过程自然演化的结果，这种过程对全宇宙都是化学过程自然演化的结果，这种过程对全宇宙都是适用的。适用的。 第二个假说：在地球上发生的事情，只要条件合第二个假说：在地球上发生的事情，只要条件合适在别处也能发生。适在别处也能发生。 第三个假说：人类的智慧不是极限，并不是宇宙第三个假说：人类的智慧不是极限，并不是宇宙能够创造出的巅峰之作。能
8、够创造出的巅峰之作。推论：宇宙中可能有与地球人类文明程度推论：宇宙中可能有与地球人类文明程度近似甚至更进步的生命形式！近似甚至更进步的生命形式！“外星人外星人”存在的可能存在的可能性性 美国天体物理学家美国天体物理学家德雷克德雷克于于1960年提出了一个计算文明行星的方程，年提出了一个计算文明行星的方程，这个就是被后来称之为这个就是被后来称之为“绿岸公式绿岸公式”的著名解析式，这是人类第一次对探的著名解析式，这是人类第一次对探索地外文明作定量分析的尝试。索地外文明作定量分析的尝试。 NR * fp * ne * fl * fi * fe * L R 表示银河系中类似太阳的恒星的诞生率；表示银河
9、系中类似太阳的恒星的诞生率；fp 表示有行星环绕的恒星比率；表示有行星环绕的恒星比率； ne 表示恒星表示恒星-行星系统中适于生命存在行星的平均数；行星系统中适于生命存在行星的平均数；fl 表示有实际生命出现的行星在可能存在生命行星中所占的份额；表示有实际生命出现的行星在可能存在生命行星中所占的份额； fi 表示其中可进化出智慧生命与文明的比率；表示其中可进化出智慧生命与文明的比率；fe 表示在这些已有智慧生命的行星中，已经达到先进文明的高级智慧生命的行星表示在这些已有智慧生命的行星中，已经达到先进文明的高级智慧生命的行星(如能作星际电磁波联络如能作星际电磁波联络)且想与我们联络的所占的份额；
10、且想与我们联络的所占的份额； L 表示上述具有高级技术文明世界的平均寿命表示上述具有高级技术文明世界的平均寿命(或者说延续时间或者说延续时间)。 公式中各个因子的重要性相同，其中有的因子可取近似值公式中各个因子的重要性相同，其中有的因子可取近似值(例如例如R)，有的因子则纯属主观，有的因子则纯属主观(例如例如L)。用粗略估计的最低值。用粗略估计的最低值代入计算，可得到代入计算，可得到N40；用每一项最大可能值计算，则得；用每一项最大可能值计算，则得N5000万。万。这就是说，这就是说，在银河系中的高级技术文明星球的数在银河系中的高级技术文明星球的数目为目为40至至5000万个！万个！由于时间和
11、空间的阻隔由于时间和空间的阻隔探索地外文明无比艰巨探索地外文明无比艰巨以人类目前最高的宇航速度飞抵最以人类目前最高的宇航速度飞抵最近的恒星比邻星，需要近的恒星比邻星，需要数万年数万年。要提高速度，必须延长不断加速的要提高速度，必须延长不断加速的时间；但如果没有足够的燃料，长期加时间；但如果没有足够的燃料，长期加速是不可能的。速是不可能的。当长期加速到接近光速的时候，时当长期加速到接近光速的时候，时空都起了相对论性的变化。空间要缩短，空都起了相对论性的变化。空间要缩短，时间会变慢。时间会变慢。 人类为探索外星文明已在向外层空间发送的许多的探人类为探索外星文明已在向外层空间发送的许多的探测器上放置
12、了测器上放置了“地球请柬地球请柬地球请柬地球请柬”，最著名的是航海家，最著名的是航海家(Voyager) 1,2号、先驱者号、先驱者(Pioneer) 10,11号号 。航海家航海家(Voyager)号号 铜质磁盘唱片，内容包括用铜质磁盘唱片，内容包括用55种人类语言录制的问候种人类语言录制的问候语和各类音乐，旨在向语和各类音乐，旨在向“外星人外星人”表达人类的问候。唱片表达人类的问候。唱片有有12英寸厚，镀金表面，内藏留声机针。英寸厚，镀金表面，内藏留声机针。先驱者先驱者(Pioneer)号号人们寄予厚望的是人们寄予厚望的是与地外文明与地外文明通信联络通信联络被动方式：被动方式：1）希望“外
13、星人”截获地球在过去百年间发射的各种广播电视、通信雷达导航等无线电信号，从而探知地球文明的存在，前来拜访我们； 2）利用射电望远镜监听“外星人”的广播通信信号！（SETI）主动方式：主动方式：向极有可能存在智慧生命的星球发射无线电信号，等待“外星人”的回音。国际天文学联合会地外文明探索委员会(SETI)Search for Extra-Terrestrial Intelligence从从19601960年开始，通过年开始，通过2121厘米波段对厘米波段对近距离恒星多次进行信号发射与监听，近距离恒星多次进行信号发射与监听，没有收到任何回音没有收到任何回音(“(“奥兹玛奥兹玛”计划计划) )。 奥
14、兹玛计划奥兹玛计划（Project Ozma）是康乃尔大学的天文学家法兰克德雷克，于1960年在美国国家无线电天文台使用位于西维吉尼亚的绿堤电波望远镜所从事的早期搜寻地外文明计划（SETI），实验的目的是通过无线电波搜寻邻近太阳系的生物标志信号。 美国位于波多黎哥的美国位于波多黎哥的305305米射电望远镜于米射电望远镜于19741974年向距离我们年向距离我们2.52.5万光年之遥的武仙万光年之遥的武仙座球状星团座球状星团M13M13发射了发射了“数码电报数码电报数码电报数码电报”如有如有“回回信信”,”,也需也需5 5 5 5万年万年万年万年后才后才能收到能收到!武仙座球状星团M13距离2
15、.5万光年 UFOUFO (U Unidentified F Flying OObject) :原意原意为不明飞行物为不明飞行物, 现俗称飞碟。现俗称飞碟。 95%95%以上肯定不是以上肯定不是以上肯定不是以上肯定不是“ “外星人外星人外星人外星人” ”飞船！飞船！飞船！飞船！地外文明探索的专地外文明探索的专家们有一种认识：宇宙家们有一种认识：宇宙中的低级生命可能广泛中的低级生命可能广泛存在，但进化到人类这存在，但进化到人类这样有高度智慧的生命只样有高度智慧的生命只是凤毛麟角。是凤毛麟角。 智慧或许并不被生命特别钟爱智慧或许并不被生命特别钟爱昆虫并不期望懂得数学昆虫并不期望懂得数学 猫也不急着
16、学会弹钢琴猫也不急着学会弹钢琴原始生命，普遍存在；原始生命，普遍存在；技术生命，非常稀有？技术生命，非常稀有？GeoffreyMarcy从科学的观点来看，从科学的观点来看，地外文明的存在是合乎地外文明的存在是合乎逻辑的。逻辑的。 “没有找到没有找到存在存在的证据，的证据，不等于找到了不等于找到了不存在不存在的证据。的证据。” 地球人将不断的追求、探索，永不言弃！地球人将不断的追求、探索，永不言弃！我们满怀信心和热情的呼唤：宇宙中的地球我们满怀信心和热情的呼唤：宇宙中的地球与生命，你们究竟在哪里？与生命，你们究竟在哪里？ 终有一天我们终有一天我们不再孤单不再孤单小测验小测验说说你对地外生命乃至文明是否存在这一问题的看法; 如果他们存在, 我们应该如何与之交往联系呢? 他们是否会”奴役”我们呢? 画出你心目中“外星人”的形象
