天文学新概论-专题-地外生命.ppt

1、地外生命与文明的探索 太阳系内生命的探索 太阳系外行星的探测 地外智慧生命与文明的探索,地球是(目前)唯一已知有生命存在的星球,“什么是生命?”,在太阳系之内，在银河系的千亿颗恒星周围，在银河系外的茫茫宇宙之中，难道就再也找不到其它生命乃至文明了吗？,“对这个问题无论给出肯定或否定的答案都会令人惊异！”,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的。,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、

2、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，液态水必不可少水有宝贵的物理性质,太阳的生命适居带 5.4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 与 炼狱一样的金星,金星 - 1990年9月美国“麦哲伦号”探测器拍摄,荒凉干燥的火星,2004年1月美国“勇气号”探测器拍摄,然而, 生命(尤其是低等生命)繁衍并不一定需要极为舒适的条件!,生命无法“立足”的气体巨星,有希望的卫星?!,土卫六泰坦,木卫二欧罗巴,讨论,你认为生命是否必须是碳基的

3、？是否必须要有水的存在？,外星上是否会存在“硅基生命”?,太阳系外行星的探测,基本只能靠间接方法： 恒星视向速度变化恒星亮度的微小变化（凌星）微引力透镜效应,恒星视向速度的测量Doppler效应,0 , 红移， 远离；0 , 紫移， 靠近。,恒星光谱线的红移和蓝移,恒星朝向观测者运动蓝移,恒星远离观测者运动红移,恒星围绕其与行星的公共质心旋转,亮度的微小变化（凌星）,引力透镜效应使亮度增强,1995.11. 瑞士 Mayor & Queloz发现第一颗系外行星飞马座51b，木星级质量,至2010.12.3 已发现505颗： 视向速度法 470 亮度变化法 107（有相重的） 其它方法 35,

4、其中很多是类似木星的气体巨星, 离恒星距离很近, 因此被称为“热木星”,“超级地球”（10倍地球质量）,HD40307b 、c、d 设想图,小于1.3倍地球半径的系外行星,2009.3.7. Kepler飞船2013，新一代空间望远镜JWST 2020，类地行星搜寻者TPF 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,Kepler飞船2009.3.7发射,口径1.4 米，凌星法测量行星的大小、质量、密度、反照率和绕恒星公转的轨道情况,2020 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的定义及形态,“外星人”(Extra-Terrestrial Intelli

5、gence)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,人们曾提出三个假说： 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适用的。 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。 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。,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！,“外星人”存在的可能性,美国天体物理学家德雷克于1960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“绿岸公式”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。 NR * fp * ne * fl

6、* fi * fe * L R 表示银河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； ne 表示恒星-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； fi 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(如能作星际电磁波联络)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(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(例如R)，有的因子则纯属主观(例如L)。用粗略估计的最低值代入计算，可得到N40；用每一项最大

7、可能值计算，则得N5000万。,这就是说，在银河系中的高级技术文明星球的数目为40至5000万个！,由于时间和空间的阻隔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近的恒星比邻星，需要数万年。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，长期加速是不可能的。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，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测器上放置了“地球请柬”，最著名的是航海家(Voyager) 1,2号、先驱者(Pioneer) 10,11号 。,航海家(Voyager)号,铜质磁盘唱片，内容包括用55种人类语言录制的问候语和

8、各类音乐，旨在向“外星人”表达人类的问候。唱片有12英寸厚，镀金表面，内藏留声机针。,先驱者(Pioneer)号,人们寄予厚望的是与地外文明通信联络,被动方式：1）希望“外星人”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：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1960年开始，通过21厘米波段对近距离恒星多

9、次进行信号发射与监听，没有收到任何回音(“奥兹玛”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305米射电望远镜于1974年向距离我们2.5万光年之遥的武仙座球状星团M13发射了“数码电报”,如有“回信”,也需5万年后才能收到!,武仙座球状星团M13距离2.5万光年,UFO (Unidentified Flying Object) :原意为不明飞行物, 现俗称飞碟。 95%

10、以上肯定不是“外星人”飞船！,地外文明探索的专家们有一种认识：宇宙中的低级生命可能广泛存在，但进化到人类这样有高度智慧的生命只是凤毛麟角。,智慧或许并不被生命特别钟爱,昆虫并不期望懂得数学 猫也不急着学会弹钢琴,原始生命，普遍存在；技术生命，非常稀有？,GeoffreyMarcy,从科学的观点来看，地外文明的存在是合乎逻辑的。 “没有找到存在的证据，不等于找到了不存在的证据。”,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：宇宙中的地球与生命，你们究竟在哪里？,终有一天我们不再孤单,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 ,