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漫谈宇宙——朱进带厦门观众致敬好奇心,大概会是多少
2020-04-28 21:47

“银河系中应有上万个外星人星球” 2010年上海世博会期间,中国航空馆模拟太空游受追捧 CFP供图英仙座流星雨滑过天际 ,七夕陪你去看流星雨 CFP供图天文学是最纯粹的基础研究走进各地的大中小学校,与对天文感兴趣的大学生、小学生交流,是北京天文馆馆长朱进乐于做的一件事。但被问起是不是从小对天文感兴趣时,他却回答不是。上初中时,朱进对数学非常感兴趣。一位课外辅导他数学的老师,让朱进开始了解天文。这位老师毕业于南京大学天文系,曾任《中国大百科全书天文卷》责编。高考之前,朱进觉得天文和数学的内容很相似,就报考了北师大的天文系,选择的专业是一个和数学很贴近的方向天体测量和天体力学。4年的大学学习,朱进真正爱上了天文。本科毕业后朱进分别在北京师范大学和南京大学天文系攻读硕士和博士学位,后进入中国科学院国家天文台工作了11年,之后调到北京天文馆。成为一名小行星专家是始于1995年。这一年的北京施密特CCD小行星项目共发现小行星2700余颗,作为项目主持人的朱进也成为国际天文学联合会小天体提名委员会的委员。对于人类为什么要仰望星空,朱进有自己的哲学思考:天文学是最纯粹的基础研究,以好奇心为出发点,只是想知道地球以外的东西。在朱进看来,天文学是最不关心地球上现实生活的学科,这是天文与其他学科最不同的地方,当你抬头看到一颗彗星,或者突然看到横跨天穹的银河时,会从内心想知道这是怎么回事。仰望星空,可以特别投入,特别忘我。骨子里的好奇心,是真正推动人类一代代繁衍发展的动力。他相信,越是好奇越有大的发现,例如电的发现,是从对闪电的兴趣而来。富兰克林肯定想不到此后巨大的应用,之后,电磁学的理论和应用给人类文明带来如此翻天覆地的变化。在国家天文台工作时,朱进有一次到河北省兴隆天文站。一天,他和一位同事在树下看到两群蚂蚁打架,两个人蹲下来观察。朱进有事先走了,这位刚毕业的博士就一直观察,直到两天后战争结束。这位同事向朱进描述了过程:是个头小的蚂蚁群打败了大个头的那群。但是朱进很遗憾现在的孩子们好像没有了这种兴致,这些年教育的功利性,让很多孩子做事目的性太强。他认为,孩子需要有完全遵从于兴趣而探索学习的经历。如果太关注眼前,很难把目光投向太空朱进感觉与20多年前相比,人们对于天文的热情有所回归:开设天文课的中小学校多起来,一些学校还把天文课作为校本课程,通过微博微信进行天文交流的网络活动活跃,各种机构以及民间自发的观星活动也多起来。我想这与社会的发展有关系,当不再更多地考虑温饱,人们才会把目光投向天空。另外,随着高考以及教育评价改革,中小学生有更多的时间发展兴趣。朱进承认,神舟、嫦娥等航天领域的探索也是促进剂,如果太关注眼前,就很难把目光投向太空。不过,朱进对于目前的状况仍不太满意,北京天文馆是世界上最好的天文馆之一,每年有六七十万的参观者,即使对于北京市人口来说,这个数字也还是很小的。网络时代,借助网络进行天文科普,朱进认为这是重要渠道。在微博上,他经常和网友就各式各样的问题进行交流。望远镜的磨制,恒星定位,如何查天文年历,陨石鉴定,天文现象,UFO一位星象爱好者还根据朱进的出生日期和时间,绘制出星象罗盘,用了几千字进行分析。对此,朱进一笑,他不同意星座说,但还是与这些星座爱好者进行交流。但是现在网上各种天文信息的错误也让朱进非常头痛。据他观察,现在很多的天文书籍和网站内容中有错误,有误导。平时在网上与网友交流,朱进常被要求推荐天文书籍目录。他会推荐自己担任主编的科普刊物《天文爱好者》:四五个学过天文学的人把关,一般不会有低级错误。最近杂志也在做APP,便于手机查阅。他说,天文不像其他学科,不是光看教科书就能学习的。外星人在太阳系以外说起天文,人们很自然地会与外星生命、科学幻想相联。而拥有北京UFO研究会副理事长头衔的朱进经常会被人问起,到底有没有UFO,到底有没有外星人存在?朱进的回答是:这么多年来有很多不明飞行物的报告,但没有一例能跟外星人联系起来。因为这些报告都可以在地球上找到证据解释。例如,有人声称用摄像机拍到了高速移动的物体,后来发现,因为是隔着玻璃拍摄天空时,旁边有人在用闪光灯,是玻璃反射的高亮度。对于外星人是否存在,朱进一直是乐天派,他认为概率很大,太阳系内除了地球外,没什么太适于高等智慧生物的地方。如果有外星人,也在太阳系以外。银河系中一共有1000亿个恒星,估计银河系中也许会有1万亿个行星,假设其中每一亿个行星中有一个存在高级生命,那么仅银河系中就应该有上万个外星人星球存在。但相比138亿岁的宇宙,人类对宇宙的认识其实才刚刚开始。天文学的许多数字都是亿万级的,这些数字可以被朱进在各种讲座中随时提取:我们的宇宙空间范围大约是1000亿光年;与浩渺的宇宙相比,银河系才10万光年;太阳系加上外围的奥尔特星云只有两个光年这么大;而从我们所在的地球到月球,38万公里,光只需要走1秒多一点。他把地球比做一块一万多公里的大石头,有几百万年历史的人类,至今在宇宙中涉足最远的地方就是月球。而宇宙空间有1000亿光年,人类就好像只走了光一秒钟走的距离。而我们人类发射的探测器旅行者一号,从1977年开始从地球出发,走了快40年,也才走过100多个天文单位,相当于20多个小时的光速,还没有走完光的一天路程。太阳系加上外围的奥尔特星云一共10万个天文单位,所以说旅行者一号要走出太阳系可能需要成千上万年,我们人类走出太阳系可能性就更小了。朱进说。微博上曾有人问:朱馆长,为什么人类要主动向外太空发射信号以期能让地外文明看到?这显然是极其危险、弊大于利或者徒劳无功的呀。朱进幽默地回答:这是当初没有办法控制的,估计也没想那么多。现在想后悔也来不及了。近几年大热的科幻小说《三体》就是以地球向外太空发射信号,被三体人收到展开宇宙战争为主线;霍金也在近期的一次演讲中警告人类不要与外星人接触。对此朱进解释,事实上,自人类80多年前开始用无线电以来,所有无线电信号已经在向太空发射。如果恰好80光年内也有外星人在监测太空,那他们现在应该已经能监测到80多年前的信号,知道人类的存在。但是,他认为太阳系内应该没有其他高等生命存在。这些信号在恰好的时间内被高度发达的N光年外的外星人偶然监测到的概率就更小。朱进介绍,美国的射电望远镜阵列就是通过监听外星智慧生物发出的无线电信号,来搜寻地外智慧生命。我国贵州的FAST建成后将成为世界上最大口径的射电望远镜,更有条件监测来自外太空的不明无线电信号。他说:寻找地球以外的生命,这是天文学永恒的课题。

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图片 2从理性的角度出发来估算一下,外星人的飞船游荡到我们太阳系里的概率,大概会是多少?图片来源:alien-ufos.com

原标题:漫谈宇宙——朱进带厦门观众致敬好奇心 8月3日,厦门科技馆联合北京天文馆推出第六季遇见科学系列活动,本期主题是“仰望苍穹 大无止境”,邀请天文学者北京天文馆馆长朱进为大家带了长达4小时的趣味主题讲座。 讲座围绕《漫谈天文...

(文/David Dickinson)德雷克公式大概应该好好维护一下了。

原标题:漫谈宇宙——朱进带厦门观众致敬好奇心

坐下来琢磨一下会有多少地外文明,是一件挺有意思的事情。天文学家弗兰克·德雷克(Frank Drake)在20世纪60年代首次提出了一个以其姓氏命名的公式,尝试回答这样一个问题:我们的银河系中有多少可能与我们以数学语言沟通的文明。

8月3日,厦门科技馆联合北京天文馆推出第六季遇见科学系列活动,本期主题是“仰望苍穹 大无止境”,邀请天文学者北京天文馆馆长朱进为大家带了长达4小时的趣味主题讲座。

这个公式其实很简单,无非是用一串因子相乘得到一个结果,写作:

讲座围绕《漫谈天文》和《天文摄影》两个主题展开,朱进通过最浅显的语言告诉大家天文学是一个最纯粹的基础研究。并且表示,基础研究的特点就是由好奇心驱动的;并且在现场通过自身经历为大家展示在近年来,天文学新的发现和意料之外的东西。

N = R*×fp×ne×fl×fi×fc×L

科普天文学,其实就是讲故事

其中,最终结果N以及各个因子代表的含义分别是:

朱进表示,自己是在上大学以后开始对天文学产生浓厚兴趣的,并且真正对天文学有了一个全面的了解。作为自然科学六大基础学科之一,天文学可能是最纯粹的一个。天文学的研究是从单纯的好奇心出发,希望通过对天文问题的研究,去了解更多宇宙的秘密。而正是这种催人不断探索的好奇心,往往才会给我们带来出乎意料的发现,成为人类文明发展的不竭动力。天文学永远是一门观测的学科,对于青少年来讲,最重要的就是通过天文发现和天文观测让他们产生兴趣。每年都会有很多有趣的天文现象发生,有很多都非常适合我们进行观测。对于小孩子来说,外出观测难免有安全问题,所以,朱进也希望能通过讲故事的方式对孩子进行天文科普。

  • N = 银河系中有可能与我们进行无线电联络的文明数量;
  • R* = 银河系中恒星形成的平均速率——目前天文学观测确定的数值大约是每年形成1颗新的恒星;
  • fp = 恒星当中拥有行星者的比例——随着开普勒望远镜在外星行星方面作出的发现,可以确定几乎每颗恒星都拥有行星,所以这个数字应该是1,或者保守一点,取0.9;
  • ne = 拥有行星的恒星当中,可能支持生命的行星的平均数量——太阳系里只有一颗地球已知存在生命,不过火星在早期历史上可能存在过生命,不少个头较大的卫星在地表下的海洋里说不定至今仍有生命存在,这个值不妨设定成2;
  • fl = 可能支持生命的行星当中,在某个时间发展出生命者的比例——说实话,我们不清楚生命是怎么形成的,不过至少在地球上,当环境稳定下来之后不久,生命很快就出现了(这当然是以地质年代来衡量的),所以这个值我们可以取0.5;
  • fi = 有生命的行星当中,发展出智慧生命(文明)者的比例——地球上存在生命的绝大多数时间里,生命都是以单细胞的形态存在的,不过一旦艰难地跨越到多细胞阶段,生物多样性就迅速发展起来,很快便出现了恐龙、海豚乃至我们人类,所以这个系数我们猜可能会是0.1;
  • fc = 文明当中发展出向太空释放可探测信号表明自身存在的技术者的比例——地球上只有人类堪称存在文明,而有能够向太空发出信号也不过是最近百年来的事情,所以我们只能继续猜了,押0.3;
  • L = 这样的文明向太空释放可探测信号的时长——如果不算太悲观的话,10000年的时间应该足够我们人类把自己折腾完了。

行星撞地球,其实是迷路的孩子

图片 3弗兰克·德雷克和他提出的德雷克方程。图片来源:blogspot.com

在浩瀚星河中,如何在观测上怎么判断彗星还是小行星?朱进为我们展示了两者的外观,他说,所有的恒星和小行星在我们拍摄的底片里面长的样子是一样的,也就是胖瘦一样。然而小行星和地球一样,一直在绕着太阳旋转。人类第一次预警小行星撞地球其实并不遥远。在2008年10月份,一个美国的小行星观测项目发现一颗直径4米左右的小行星飞向地球,发现仅仅20个小时左右,它就与地球发生了碰撞。所以说小行星撞地球这个事并不是一个未来的威胁,它已经发生了,而且以前肯定无数次发生过。

你已经看到了,从左往右,我们对德雷克公式里各个因子其实是越来越没有把握的。比如说,我们对银河系中的恒星形成速率有着相当靠谱的估算,对于生命——更别提能建造射电望远镜的智慧生命——出现的频率却不敢妄言。而德雷克公式的最后一个因子,也就是上述文明的寿命,大概最难对付。有能力展开太空飞行的文明物种,持续生存的时间能达到地质年代的量级吗?还是说,我们已经太过聪明,已经到了可能会反被聪明误的地步?

寻找外星人,恒古不变的话题

把全部数字代入计算的话,你便可以得到此时此刻,银河系中有能力以数学语言与我们沟通的外星文明的数量N = 1×0.9×2×0.5×0.1×0.3×10000 = 270个。对于这么大的一个银河系来说,这个数字似乎小得有点可怜,因为对于银河内的千亿颗恒星来说,差不多要好几亿颗恒星中才有一颗目前还存在着技术文明。

近几年大热的科幻小说《三体》就是以地球向外太空发射信号,被三体人收到展开宇宙战争为主线;霍金也在近期的一次演讲中警告人类不要与外星人接触。对此朱进解释,事实上,自人类80多年前开始用无线电以来,所有无线电信号已经在向太空发射。如果恰好80光年内也有外星人在监测太空,那他们现在应该已经能监测到80多年前的信号,知道人类的存在。但是,他认为太阳系内应该没有其他高等生命存在。这些信号在恰好的时间内被高度发达的N光年外的外星人偶然监测到的概率就更小。朱进介绍,美国的射电望远镜阵列就是通过“监听”外星智慧生物发出的无线电信号,来搜寻地外智慧生命。我国贵州的FAST建成后将成为世界上最大口径的射电望远镜,更有条件监测来自外太空的不明无线电信号。

不过,我们可以换一个角度,给德雷克公式追加一点有趣的附注。

讲座结尾的互动时间因为现场孩子们的积极提问,一而再再而三的延长,朱进表示对于天文就是会有需求的疑问和好奇。在最后,他勉励在场的小天文迷们“我们每天24小时都是地球上的事,其实你就坐在那想一下地球之外,其实有一个一千亿光年那么大的一个宇宙,银河系在这里面是一个尘埃,太阳是尘埃里面更小的尘埃,然后地球是绕太阳转。我觉得你就花十分钟的时间,去想想这个,可能都会有不一样的感觉。”仰望宇宙,向好奇心致敬。返回搜狐,查看更多

其实自太空时代以来,我们就一直在向太阳系外发射航天器,以这种方式扔出我们自己的宇宙“漂流瓶”。5个航天器:先驱者10号和11号、旅行者1号和2号,以及新视野号,以及它们的助推火箭,正运行在冲出太阳系的轨道上。先驱者号和旅行者号都携带了信息,留给可能有一天会发现它们的外星“打捞队”阅读。新视野号则携带了一些人工制品,比如一枚美国佛罗里达州和马里兰州的25美分硬币——这肯定会让外星人一头雾水。(外星人看着乔治·华盛顿的半身像,大概会发出这样的疑问:“他们是一种光头虫脚的智慧生物吗?”)

图片 4卡尔·萨根手里拿着的,是一张寄给外星人的明信片——先驱者号探测器上携带的名牌,上面标明了我们人类的形象,以及我们所处的方位。图片来源:bibo.kz

不过,所有正在兴起的文明不都应该是这么做的吗?所以,银河系里难道不应该塞满“外星太空垃圾”吗?

这是个有趣的思想实验,我们称之为“银河系内外星制品估算实验”。那么看好了,我们接下来就要做这个实验,而且打算做点算术题了。相信我们,那么做是值得的。

首先,我们还是把文明的平均长度设定为10000年。而银河系的年龄,根据现在最新的估计,大约为126亿年。

好玩的地方到了。我们假设,正在银河系中“漂流”的外星造品,大部分都是由早已退出宇宙舞台(直白点说就是灭绝了)的文明发射的。要知道,就算是最优秀的太空文明,也难免会有遭遇末日的一天。

因此,我们感兴趣的,不仅是此时此刻仍然活跃的文明,还有曾在星际舞台上一展过身手的文明。

我们不妨把T1,也就是银河系中出现第一个文明的时间设定为大约100亿年前。这样,到目前为止曾经存在过的文明数量Ce,应该为100亿年/10000年×270 = 270,000,000个。

我们地球人在50多年的太空时代里,发射了5艘飞出太阳系的航天器。我们假设发射速率R大致等于每10年发射1个航天器(算上助推火箭的话是每5年1个)。我们可以得到航天器总数S1 = Ce×T1×R。

也就是说:给定文明在其存在时间里将会发射大约10000/5 = 2000个航天器,乘以270,000,000个文明,便可得出——有540,000,000,000或者说5.4 x 1011个外星制品正在银河系中“漂流”。

图片 5记录了地球上多种声音和图像的镀金唱盘,目前已经随旅行者1号探测器,驶入了星际空间。图片来源:astroguyz.com

听起来真不少,不是吗?但是,银河系是个很大的地方。

那么,离我们最近的外星制品会有多远呢?这是个简单的体积与密度问题。

我们把银河系看作圆柱体,算算它的体积是多大。银河系的半径大约是50000光年,厚度大约是1000光年。

现在代入公式计算银河系的体积:

V = pi(3.1416) × (500002) × 1000

结果是7.854×1012 立方光年。我们这个星系的体积差不多有8万亿立方光年!

用已经废弃的外星飞船数量除以银河系体积,我们可以得到:

每立方光年的外星飞船有540000000000/8000000000= 67.5 个。

听来振奋人心,不过……

1光年等于63240个天文单位,而1个天文单位才是我们地球到太阳的平均距离。换算一下体积,1立方光年相当于252915580224000立方天文单位。

所以,以地球到太阳的距离为边划出一个立方体空间,其中恰好有一艘废弃外星飞船在游荡的概率,只有67.5/252915580224000 = 2.67×10-13,还不到万亿分之一。

奥尔特云是太阳系最外侧的物质云,据称是太阳系众多彗星的家园。它的内缘估计在4000天文单位以外,如果以此为界,可以算出的太阳系体积约为2.01亿立方天文单位。外星制品飘进我们太阳系的概率小于千分之一。

如果采用奥尔特云外缘的距离,也就是50000天文单位,算出来的太阳系体积为314亿立方天文单位。这样,外星飞船飘进来的概率就略大于十分之一了。

然而最近的行星系是4.4光年外的南门二。以这个距离为直径,能够圈出一个体积为243立方光年的球形空间。这片地方已经足够宽敞了,平均来说,可以容纳上万个外星飞船在其中“漂流”。

当然,这些估算还太过粗略:我们的算法假定文明的崛起和衰落的频率全都一成不变,而且它们会一直保持每10年向其行星系外发射一个物体的频率;它还假定上述飞船和文明是均匀分布的,然而银河系其实是很有可能存在“宜居带”的。

不过,想想外面会有什么东西飘来飘去还是挺好玩的…… 而且也值得我们睁大眼睛!

 

编译自:astroguyz.com,HOW MANY SPACE RELICS ARE OUT THERE?

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