2004.3.23通讯

烦人

[B]寻找戴森球[/B]
作者:埃米尔·亚历山大

[I]大球体自古就有.有这样一个古老的说法,当一个人能在黑暗的夜空能看到星星时,那个人就住在一个围绕着巨大而空旷的空间运行的单独行星上.大球体摆脱了一切束缚,把恒星自身和它内部行星系统的所有行星包裹在一个巨大而坚固的外壳中.这已成为迄今为止人类从未进行过的最大的工程,而且这是很值得去尝试的.在大球体的包裹下,恒星成了一个无限的能量源,彻底解决一个发达科技文明的最棘手的问题.目前,我们能在夜空中看到一个红斑,这是一个信号,就是那个巨大的外壳正在吸收恒星发出的热量并被大球体所捕获.这个红斑已经存在这么长时间以至于现在没人可以想象到一个没有被大球体以及它的暗红气氛所包围的世界.[/I]

围绕着有智慧生命居住的世界有这样的巨大人造球体吗?很显然,我们不知道.但在1960年6月出版的科学杂志的一篇著名文章中,物理学家弗里曼·戴森暗示高级文明事实上有可能建造这样的结构.

戴森球的艺术效果图

假设人类刚刚进入科技时代,戴森认为,有地外文明将比人类文明先进好几个数量级是很有可能的.基于人们的经验,衡量一个文明的科技水平的一个恰当指标是它所消耗的能量的总量.由于对于一个行星文明来说,它的根本能量源就是它的恒星,所以有理由认为最先进的文明将会完全地开采这几乎无限的资源.按照戴森的说法,通过把恒星和行星包裹在一个巨大的人造球体中,球体把恒星的辐射包住以利于开采,是可以办到的.他计算出使用一个木星大小的行星的所有物质,就可以创建一个半径为地球到太阳距离两倍的球体,它的墙壁的任何一处都有数米厚.

关于"戴森球"的至关重要的一点是,能否从地球上实际探测到它们.按照热力学定律,被球体集中起来的巨大的能量将以热能的形式散开来.这意味着对于地球上的观测者,戴森球将会以光谱的红外辐射出现.如果是完整的戴森球,即完全把星球包裹住,可能无法从地球上观测到;部分的或者不完整的戴森球则是有可能(被观测到)的.戴森建议,要想识别它们,SETI研究者们应该从一般星体中搜寻那些产生过度红外辐射的星体.

如何寻找戴森球
戴森在40多年前提出了他的提议,那时正是太空时代的黎明.从那时至今,已经有好几代SETI工程开始和并结束,但戴森的充满挑战的想法从未丧失令人着迷的力量.但过去这么多年很少有人尝试去检验戴森的极端想法.

问题的一部分是进行简单得确认:假设SETI科学家们观测到了一个红外线辐射过度的星球.然后怎么办?这样的辐射自身难以解释那就是一个戴森球.对于该辐射可能会有很自然的解释,那里没有智能生命,对很多科学家来说,这更合乎常理.正因为如此,对于任何一个潜在的戴森球的确认,必须通过传统的SETI观测,寻找来自该星体的无线电波或光波.只有直接确认一个来自那个假设的球体的智能信号才能确认那就是一个高级地外文明的大本营.

这寄予戴森球研究者们一个特别的负担,即必须进行双重的研究.首先,要通过寻找释放过度红外线辐射的星体来确认潜在的戴森球;然后,这些候选的球体必须通过搜寻智能传输由传统的SETI研究来确认.世界上很少有适合从事这双重研究的地方.位于伯克利的SETI@home总部就是这样一个地方之一.

弗里曼·戴森博士

戴森球还是诞生中的行星?
查理·康罗伊是伯克利大学物理系的一名在校生,他已经对SETI的一切事情都培养起了强烈的兴趣.在SETI@home首席科学家丹·韦特海默的指导下,他开始利用公共的以及在伯克利ˉˉ世界上SETI研究的中心之一——的一切可以利用的资源搜索戴森球的迹象.

查理的第一步是确定一个有可能是戴森球载体的候选星体的集合.他将不完全地寻找拥有过度红外线辐射的星体,因为他认识到,从戴森提出他的提议后的这么多年来,这种辐射所代表的象征意义已经大不相同了.天文学家们相信,行星系统形成于围绕在新星周围的圆盘状的气体和灰尘漩涡.在过去的二十年里已经有许多这样的"原行星圆盘"被观测到了,而且,它们都正好呈现出戴森所预言的球体的特征:它们都放射出明亮的红外线.它们都是未经任何智能生命干涉的"天然"戴森球.

围绕着恒星的原行星圆盘的艺术效果图

为了发现真正的(或者说是人造的)戴森球,查理断定他必须首先排除原行星圆盘中的"假阳性".这一步他根据目前已知的知识,这种盘状物只会存在于相关的新星周围.并且外围的气体和尘埃已消散或者与行星共生.当恒星到了"中年"时,无论它有没有行星系统,它的原行星圆盘无论如何也消失了.

所以查理决定把新星从它的研究中排除,而只包括那些几乎不可能应该有盘状尘埃和气体漩涡围绕的星体.只有那些年龄达到或者超过十亿年的星体——它们的原行星圆盘最应该已经消散或者浓缩成行星——才会在研究的范围内.

列出一张真实的已知恒星年龄的清单本身就是个充满挑战的任务.幸运地是,伯克利大学地天文学家乔夫·玛西和詹森·赖特最近发布了1000个这样的星体的清单,它们都在距地球50秒差距(一秒=3.26光年,译者注)(163光年)内的银河系附近.玛西和赖特都是太阳系外行星搜索者——世界上最成功的团队的成员——他们汇编出清单以识别最可能成为行星系统主体的恒星.所以,他们感兴趣的是,哪些恒星的原行星圆盘有时间浓缩成行星,换句话说就是那些年长的恒星.因此,那清单非常适合查理的戴森球研究.

微红的光斑
准备好了玛西和赖特的清单后,查理开始从那些恒星中观测红外辐射过度的星体.为此,他参考了两份最通用的恒星目录:基于红外天文卫星测量的IRAS Point Source目录;以及2MASS--加州理工学院的"2微米全天测量".查理发现1000颗恒星中的539颗同时出现在这两个目录中,同时还有它们的红外辐射水平.

根据日本研究院J. Jugaku, S. Nishimura, 和K. Noguchi在19世纪90年代完成的计算,查理估计一个戴森球的红外辐射大约为300K.转换一下就是12微米波长,查理推断这是必须从候选恒星中查找的.

要测量辐射的剩余水平可不像听起来那么简单.首要的问题是恒星的亮度会随着与地球距离的增加而减少.这使得直接比较不同恒星的红外辐射水平是没有意义的:一个真正的戴森球,如果它非常遥远,它的红外辐射将比一个更近的普通恒星更弱.查理是这样解决这个问题的,它不仅仅测量所有的12微米辐射,还测量出12微米水平和"K波段"水平之间的差异--"K波段"是恒星在波长2.2微米附近的辐射.由于12微米和K波段水平两者相同地受恒星距离的影响,而且K波段特别稳定,所以两者间的差异很好地指示了12微米辐射水平.

查理测出了清单上的539个恒星的K-12微米数据后,又碰到新问题了:怎么样的K-12微米辐射水平才算是"过度"辐射呢?为了解决这个问题,他遵循了一个简单的统计学方法.所有的条件都相同,不同的恒星的K-12水平自己会排出一个正态的、铃型的分布.大多数恒星会聚集在一个平均值附近,显示出恒星最普通的K-12辐射水平,同时,少数恒星会辐射水平会明显比平均值高或者低.离平均值越远,符合那些辐射水平的恒星也会越少.

当查理把他的结果制成图表后发现,那539颗恒星确实符合正态分布.在图表的右侧,有一块小而明显的"起伏".该区域中的恒星数趋向零,而它应当在正态分布中.那个"起伏"中包含了33颗恒星,它们的红外辐射水平与正常值不符.很明显,这33颗恒星在12微米范围内有超额的红外辐射.

查理·康罗伊清单上的539颗恒星的"K-12微米"辐射水平.除了右下方的部分恒星,它们很符合正态分布.这33颗恒星显示出过度的红外辐射水平,并被作为戴森球的候选者

这33个星体都是建造了围绕着它们的球形外壳的高级文明的发源地吗?很可能不是--也许这些星体可以解释为一种未知的自然过程.不过,由于这些星体都超过了十亿岁而且它们不该再拥有原行星圆盘,所以还不清楚那会是什么过程.暂时,这33个星体都被认为是戴森球的候选者.

球体和信号
既然查理已经锁定了一组候选星体,接下来就是跟传统的SETI研究结果作比较了.这些星体中的每一个都有希望成为无线电或光信号源吗?工作在世界SETI研究中心的极大优势在这里就体现了出来.就在这里,以伯克利大学为基地,不是一个,而是有三个SETI工程能被用来检验查理的潜在的戴森球:SETI@home,SERENDIP IV以及伯克利光学SETI.

前面两个是无线电SETI工程,每个都有它们自己独立的人员.SETI@home收集来自阿雷西波的无线电数据并且发送给全世界数百万用户处理.它集中在氢基附近的狭窄的无线电波段周围,但用比其它任何SETI项目都灵敏的水平上分析.SERENDIP IV使用相同的阿雷西波数据,但在相对较低的灵敏度上对更宽的无线电波段上进行分析.光学SETI项目使用位于Leuschner天文台的30英寸望远镜来搜索附近星体发出的简短光脉冲.

查理运用了所有的三个项目.他使用SETI@home用户处理过的大量数据来搜索候选星体中的22个是否有有意义的无线电信号被探测到.不幸的是,另外11个无法从阿雷西波观测到.他使用SERENDIP IV处理过的数据来做同样的事情,但到光学SETI上,通过筛选基于处理过的信号的数据就不够了.通过使用Leuschner望远镜直接观测候选戴森球来检验它们是否发出光脉冲.让查理感到幸运的是,他的导师丹·韦特海默不仅是SETI@home的首席科学家,而且是光学SETI项目的领导者.在丹的帮助下,进行观测并不困难.

到现在为止,这三个搜索都没有确认戴森球.SETI@home和SERENDIP都没有在22个候选星体中探测到与众不同的无线电波;Leuschner望远镜也没有观测到光脉冲信号.如果在查理的33个候选天体中存在任何戴森环,它们既可能在11个无法观测的天体中,也可能得等到有更灵敏的探测方法时才能确认.目前,查理的研究结果就是那33个天体的红外辐射模式之谜.它们中有把自己包裹在一个坚固外壳中以从它的恒星获取能量的高级技术文明发源地吗?目前我们还不得而知.

伯克利光学SETI项目所使用的Leuschner望远镜

[I]球体的微红区域日夜不停地发光.也许有一天另外一个种族会解释那个发光的红色球体,到那时,人类将不再孤独.[/I]

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原文:http://www.planetary.org/html/UPDATES/seti/SETI@home/Update_032304.html

[此贴子已经被作者于2004-4-7 10:47:01编辑过]

neoe

又是一个伟大的设想,说不定是真的哦.就象美国天文学家尤金·苏梅克早年设想彗星等天体可能撞击地球被人耻笑一样