在智利的阿塔卡玛沙漠，一个被称为“世界上最大的天空之眼”即将会在几年后出现。这个“眼睛”是欧洲南方天文台计划建造的光学望远镜。这个预计将成为世界上最大的光学天文望远镜的主镜片设计直径达42米，相当于一座足球场长度的一半，名为E-ELT。

 

“天文学本身就是一个观测的科学，自伽利略发明了望远镜之后极大地推动了天文学的发展。望远镜口径越大，观测的视场就越大，这将推动学科的发展。”中国科学院紫金山天文台研究员赵海斌这样告诉《科学新闻》。

 

据介绍，除了开展一系列观测工作外，E-ELT项目还有一个特殊的任务，就是探测地球以外文明。

 

一提到地外文明，许多人都会立即想到外星人，并在很大程度上都会将其归为科幻电影或是小说里的主人公。事实上，科学家们在科学研究中一直试图找到这些活在科幻世界中的真身。

 

不断找寻

 

科学家们对于地外文明的探索，最早可以上溯至上个世纪60年代。1959年，美国康奈尔大学的两位物理学家菲利普•莫里森（Philip Morrison）和朱塞佩•科尼（Giuseppi Cocconi）在《自然》杂志上发表了一篇文章，指出了用微波进行星际通讯的潜在可能性，这开启了人类用射电望远镜探测地外文明的序曲。次年，射电天文学家弗兰克•德里克(Frank Drake)也得出相同的结论，并于当年春季第一次进行了对太阳系内微波的搜索，进而开始著名的奥兹玛计划（Project Ozma）。

 

赵海斌还告诉《科学新闻》，地外文明的探测分为两个方面：一是直接通过信号进行找寻；另外是寻找类地（球）行星。

 

通过望远镜探索系外行星，获得信号并进行分析，或者将电波发送至宇宙等待其他智慧生命的回复，是目前人类探测地外文明的方法。“对地外文明的寻找目前唯一的方法是用射电望远镜进行无线电信号的监测与发射。”中国科学院国家天文台研究员王俊杰告诉《科学新闻》。所以，人类对地外文明的探测与望远镜，尤其是射电望远镜的发展是同步的。

 

据了解，目前对地外文明进行探测的望远镜有大有小，有些甚至是专门为搜索地外文明而安装的，如位于美国加利福尼亚州的艾伦望远镜。

 

“基本上所有大望远镜项目都用于地外文明的探测。”中国科学院紫金山天文台杨戟告诉《科学新闻》。而这其中不乏一些私人资助项目。

 

提起找寻地外文明项目，SETI是最著名的一个。SETI是所有旨在对地外文明进行搜索计划的统称。任何人只需要下载一个免费程序，就可以加入到搜寻地外文明的工作中，这是SETI项目最广为人知的原因之一。SETI项目利用这些加入到项目中的电脑进行数据分析。据了解，该项目中技术上共有5.2万参与者，这些人大多不是科学家，而是愿意提供自己电脑空余资源的志愿者。目前，这种让更多人参与到数据处理中的想法也已经在其他科学领域得到推广，如在生物学中，蛋白质折叠就是利用网络游戏玩家们完成的。

 

据了解，虽然SETI并未发现地外文明，但是却找到了1000颗类太阳恒星。中国科学院高能物理所的Jarah Evslin表示，对于是否能够寻找到地外文明，他不抱乐观态度。但是在他看来，这个项目并不昂贵，且当射电望远镜进行外星人搜索时候，很大程度上会有意外的发现。

 

“我们生活在这个星球上，那么也会有外星人生活在其他行星上，这看起来是合理的。因此，这些可能是搜索信号的好地方。此外，通过了解不同行星的条件，将让我们了解以什么样的生命方式存在是最合理的。” Jarah Evslin说。

 

大望远镜

 

“世界上最大的天空之眼”未来将用于发现行星并确定其一些属性，同时还将进行包括跟踪其他恒星周围的类地球行星，执行在附近星系的“恒星考古学”，以及通过测量恒星和星系的第一属性来探测暗物质和暗能量的性质等工作。

 

“提高望远镜分辨率有可能直接观测到一些类地行星。”王俊杰介绍说。他表示，目前除了增加镜片的口径外，还可以借助两个手段提高分辨率和成像质量。一个是借助主动光学系统，根据温度变化及重力形变对镜面进行实时调节；一个是通过自适应光学方法去除大气抖动对星像的影响，从而提高实际望远镜分辨率。

 

在王俊杰看来，这个光学望远镜将会对宇宙起源、星系起源和恒星起源的研究起到一定的推动作用。因为“口径大的光学望远镜可以探测到较微弱的信号，如对系外行星进行直接观测则有望取得新的科研突破”。

 

之所以科学家对这个“天空之眼”寄予厚望，原因在于其具有近40米直径的光学镜片。该镜片具有高灵敏度，更易感知微弱的信号。

 

“镜片的磨制非常困难，光学镜片越大磨制越困难。”王俊杰介绍说。因为不能一味地依赖增大镜片直径来获取高分辨率，故还应考虑其他办法。

 

赵海斌告诉《科学新闻》，还可以通过其他一些途径增加望远镜的分辨率。一是在选址上，同样一个望远镜在不同的地方其所能发挥的效力也不一样；二是通过提高光谱仪的精度等技术手段。此外，地面望远镜总是需要透过大气层才能观测，所以将望远镜送到太空也是提高观测能力的办法之一。

 

未来望远镜

 

就在外界纷纷为这个“世界上最大的天空之眼”所叹服的时候，E-ELT却因经费问题不得不将其镜片直径降至36米。不过即便如此这个数量级依然在世界上位于前列。

 

加利福尼亚州的艾伦望远镜阵列是由加利福尼亚州大学伯克利分校及加利福尼亚州政府运行的。早在今年4月份，由于加利福尼亚州花光了经费，停止支付艾伦望远镜阵列，所以艾伦望远镜阵列曾于4月关闭。后来SETI研究所获得了私人捐款，才使得该项目得以维系。

 

如果仅从以上消息来看，经费似乎会成为大望远镜和探寻地外文明的一个阻碍，但事实上并非如此。“在美国，这样的大科学工程是具有一定的竞争力的。因此即便是在财政经费困难的情况下，政府考虑削减太空望远镜项目经费的提议还是遭到议会的强烈反对。”杨戟这样告诉《科学新闻》。据他介绍，下一代大望远镜的“航母”项目都即将纷纷启程。包括美国的太空望远镜项目，欧洲南方天文台的E-ELT项目和ALAM阵列望远镜项目。其中ALAM项目已经于今年10月开始运转，成为下一代大望远镜项目中第一个投入使用的。

 

据了解，由于建造一架大型望远镜所需经费较多，所以目前在中国已建成的大望远镜项目并不多，更没有适合探测地外文明的望远镜设备。当前中国最大的光学望远镜是位于河北省兴隆的LAMOST。贵阳平塘县的“大窝凼”喀斯特洼地，正在建设500米口径的球面射电望远镜（Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope），简称FAST。预计该望远镜投入使用后，有一部分功能也将用于地外文明的探测。

 

杨戟同时向《科学新闻》透露，目前中国科学家们除了参与到这些国外的大项目中外，也积极努力地开展自己的项目研究。他和其他合作伙伴就正在申请一个名为“KDUST”的大望远镜项目。该项目计划在南极建立大型望远镜。

 

2011年11月初，进行第28次南极科考的“雪龙”号科考船离开了天津。这次船上还有一个特殊的“成员”——一个50厘米口径的光学望远镜。为了确保这个“成员”顺利抵达，有四名天文工作者专程护送。中国科学院紫金山天文台南极天文研究中心主任王力帆介绍说，该望远镜的主要任务是寻找超新星和太阳系外行星。预计在2012年年初，该望远镜将安装完毕。

 

据介绍，之所以要不远千里去南极安装望远镜，是因为其独特的地理优势。该区域大气稳定、气温较低、海拔高且干燥。同时，存在的极昼现象使得望远镜可以在一些季节进行连续观测，因此可以实现对暗能量的研究。

 

“从视场、分辨率、连续性上来说，南极的观测环境非常接近太空。但是在经费投入上，在南极开展望远镜项目仅需要太空项目的1/10。”王力帆这样表示。

 

事实上，上述50公分的光学望远镜仅仅是我国南极项目的一个开端。据了解，目前中国科学院联合高校正在开展一项名为2.5米宇宙学巡天望远镜 (KDUST)的项目。该项目预期经费约2亿~3亿人民币。

 

清华大学天体物理中心主任陶嘉琳告诉《科学新闻》，南极天文研究的意义重大，因为南极是地面上最佳的天文台选址。被归结为“2暗1黑3起源”的物理学领域的重大问题，即“暗能量”“暗物质”，“黑洞”，“宇宙起源”“天体起源”和“生命起源”，都可以在南极开展相关研究工作。■

 

《科学新闻》 (科学新闻2011年第12期 学界)