天文学家：快速移动的恒星可被用作宇宙飞船

北京时间 10 月 8 日消息，别老想着造宇宙飞船了。你可以留着你的千年隼、木星二号和企业号航空母舰。恒星便车是宇宙观光的最快的方式。

罗切斯特大学的天文学家乔纳森・卡罗尔-内伦巴克说："快速移动的恒星可不比宇宙飞船差。"

这个想法很简单。允许你在恒星系统靠近时被它的引力俘获，然后让这颗恒星在太空中的移动把你带到新的恒星系统。或许你会在其他的某个恒星系统"下车"，然后在那个全新的世界建立自己的定居点。最后，另一颗恒星掠过，你又搭上便车前往下一个新世界。

卡罗尔-内伦巴克已经开发出一种计算机模拟，可以展示恒星便车可以如何帮助太空探索文明在银河系的大多数地区定居。

模拟始于银河系悬臂偏远地带的文明，刚刚开始探索宇宙。该文明已经在其最接近的几个恒星系统中定居，有点类似于地球上的人类定居于绕比邻星或沃尔夫 359 运行的行星之上。然后，一颗移动速度更快的恒星飞过来，接着该文明迅速跳入轨道，穿越星系，遇见更多可以定居的恒星系统。

卡罗尔-内伦巴克说："生命在这个快速移动的恒星经过时搭乘便车。"最终，当扩展波前接近星系中心时，"由于在星系中心恒星之间的距离非常小，行星殖民地将爆炸式增长，殖民波前将以尽可能快的速度增长。"

这也是外星智慧搜寻计划（SETI）应该将精力集中在我们银河系中心以及其他星系中心的另一个原因。宾夕法尼亚州立大学天体物理学教授兼宾州外星智慧中心的主任杰森・赖特说，该模拟"显示了任何物种的星际膨胀模式，无论该物种消耗了多少能量"。

费米问题

搭便车的概念是作为对更古老、或许更根深蒂固的想法的回应而发展起来的。这些古老的想法涉及生命如何在整个星系中扩张，在星系的每一个恒星系统中定居。之前关于星际殖民可能需要多长时间的估测都曾假设恒星保持固定位置，而我们使用航天器穿越恒星之间的广阔空间。

这些估测的时间从 500 万年（由伦敦大学伯贝克学院伊恩・克劳福德给出）到数千万乃至数十亿年（由威廉・纽曼和卡尔・萨根给出）。但是，对于大多数估测，值得注意的是，估测的时间都比银河系的存在时间要短许多，银河系大约已存在 130 亿年。当然，这些对我们来说是难以想象的漫长时间尺度，但对于任何持久的太空探索文明来说，或许这样的时间尺度并不是很漫长，并且也有足够的时间去实现。

这就提出了一个问题，也是恩里克・费米在 1951 年的时候就提出过的著名疑问："人都去哪了？"

对费米来说，最简单的回答是，外星人不存在，因为星际旅行即便可能，也一定非常困难。但是，现在，我们知道情况并非如此。无论是缓慢的机器人探测器、世代飞船、搭乘星际彗星或掠过的恒星系统的便车，又或者是突破摄星太空探索项目的纳米级光帆飞行器"星片"，只要有耐心并且也有必要的资源和能量，星际旅行的办法有很多。

杰弗里・兰迪斯试图用他的渗透理论，来解释星际旅行框架中似乎没有外星人存在这件事。他指出，不是每个定居点都会衍生出子定居点，有些定居点，甚至可能所有定居点最终都会失败，导致进一步扩张终止。他为每个定居点分配了一个个概率，以确定该定居点的居民是否会继续向更多恒星系统定居，而那些失败的定居点或在银河系中造成未被定居者占据的空缺。

他还表示，地球可能就是这些空缺之一。

一切都在移动中

除了在现实中，星星看上去是静止不动的之外，事实上，恒星都在移动。例如，太阳每 2.2 亿年绕银河系运行一周。比邻星是目前距离太阳最近的恒星，距离约为 4.2 光年，但也不是一直都是最近的恒星，未来也不会是最近的恒星。例如，七万年前，一颗名为"舒尔茨星"的红矮星在距离太阳 1.9 光年的范围内经过，刚好掠过奥尔特云的外围区域。

如果七万年前有探索太空的人类活着，我们可能会搭上舒尔茨星的便车。今天，舒尔茨星距离我们 22 光年。

所以，随着恒星的运动，定居点空缺未必永远是空缺，定居的系统会来了又去，去了又来，生命会热切地从这些地方涌入新的领地。基于此，卡罗尔-内伦巴克和赖特与罗切斯特大学的天体物理学家亚当・弗兰克以及哥伦比亚大学的凯勒・沙尔夫共同开发了一种新的星际定居和扩张模型。

他们发现，一旦定居扩张前阵形成，所有后边的无人定居的恒星系统也都会被占领，但是由于定居点和文明的寿命很可能是有限的，星系不会同时被定居。总有有空缺，在数百万年时间里无人定居。这或许可以回答费米的问题：他们可能现在不在这里，但很久之前 -- 甚至在恐龙出现之前 -- 他们可能在这里。

我们究竟能不能证明这样的场景呢？弗兰克和盖文・施密特以志留纪假设为掩饰提出了这样一个问题：外星人可能在数百万年或数十亿年前定居地球。地球的地质记录远谈不上完整，风化和构造更替也会消除许多其他人曾经在地球上居住过的痕迹。任何留存的证据或许可以在深海沉积物中所含的同位素和化合物中找到。

弗兰克和施密特并不是想说，数百万或数十亿年前，外星人真的在地球上生活过，只是我们并不能排除这样的可能性。太阳系可能从那之后就一直处于空缺状态，但可能在未来某一天重新成为太空探索文明的定居点。

卡尔达肖夫文明的模式

卡罗尔-内伦巴克的模拟还可以告诉我们，其他星系中的星际文明可能的样子。2014 年到 2015 年，赖特发表了一系列论文，系列标题为"窥探外星技术释放的热量"（简称"G-HAT"）。这是一项雄心勃勃的搜索，旨在在数百万各个星系中寻找卡尔达肖夫 III 型文明。

卡尔达肖夫文明，指的是苏联天文学家尼古拉・卡尔达肖夫对技术文明提出的三大分类。卡尔达肖夫 I 型（K1）文明可以使用行星上所有可用的能量；卡尔达肖夫 II 型（K2）文明可以利用单个恒星的全部能量输出，这通常被描述为需要一个戴森群（或戴森球），但不会是一个太阳能电池板收集恒星发出的所有光芒的固体物体；卡尔达肖夫 III 型（K3）文明将能够收集和利用整个星系的能量输出，通过周围的戴森群在每一个恒星之间自由旅行。

戴森群或任何收集能量的东西存在一个问题，就是它们会变热，因此必须将热量辐射出去，否则它们就会融化。因此，虽然戴森群可能会阻挡恒星的光芒，但我们可以通过其自身的热红外辐射来检测到戴森群的存在。一个 K3 文明可能会将其星系的所有光转化为热红外辐射。因此，赖特和他的同事准备通过仔细筛查来自 NASA 广域红外巡天探测器（WISE）任务的数据，以寻找具有异常过量红外辐射的星系，来找到 K3 文明。

搜索结果一片空白。似乎压根没有什么 K3 文明。但是，赖特提醒说，这并不能排除有的文明正在迈向 K3 文明。可能他们现在还只是 K2.9 或 K2.8 文明，他们已经在自己的星系中殖民了许多恒星，但还没有遍布所有的恒星。

卡罗尔-内伦巴克的计算机模拟让我们得以了解亚 K3 文明可能的样子。星系的中心已经完全被占领，而大块的螺旋盘可能还未被征服。一个在这种模式下红外辐射过多的星系，可能会泄漏星际文明的存在。

等待

需要注意的问题依旧存在。对于任何有关假想外星人的模型，其中也涉及很多猜想、很多假设。杰森・赖特在讨论卡罗尔-内伦巴克的计算机模拟时也承认了这一点。

他说："当然，模拟做了很多假设。特别是这个特定的动画是针对以特定频率发射的具有特定范围的飞船。"

如果一个文明可以建造飞得更快的宇宙飞船或技术有限不能走得更远，那么星际定居的速度就会相应地发生变化。如果可居住且可以定居的行星在星系中较少出现，这也会影响扩张的速度，因为定居的恒星系统会更分散。

定居点和整个文明的寿命也起到了相当大的决定作用。该模型的缺点是，它只强调了等待恒星靠近我们，而不是我们主动接近恒星。然而，尽管我们可能会在不久的将来尝试向最近的恒星启动发射任务，但我们仍将不得不等待更长时间才能等到恒星靠近我们。欧洲航天局的盖亚卫星测量了超过 10 亿颗恒星的运动和位置。结果显示，一颗名为"格利泽 710"的红矮星将在 130 万年后在 2.3 万亿公里（约 16000 个天文单位）的位置穿过奥尔特云。

在接下来的 500 万年里，97 颗恒星会进入太阳系的 150 万亿公里范围内，16 颗将到达 60 万亿公里（约 6 光年）范围内。

我们无从知晓，130 万年后人类是否还存在。所以，如果我们想殖民银河系，那么除了搭乘恒星便车之外，我们还需要首先乘坐宇宙飞船前往离我们最近的恒星。

技术过时

卡罗尔-内伦巴克意识到，航天器技术与幸运恒星会和之间的平衡。为此，他和他的团队的下一步是研究航天器技术的变化（改进和降级）将如何影响星系扩张的模式。

卡罗尔-内伦巴克说："随着时间的流逝，你会获得足够先进的技术，让你可以开始建立殖民系统，给你带来竞争优势。这会对技术产生选择压力，直至整个星系都被占领，然后技术水平将回落到维持稳定状态所需的水平。"

改进技术还可能导致"不断过时假设"。该假设由俄亥俄航空航天研究所的马克・米里斯提出。假设描述了技术如何快速改进，以至于第一批寻找恒星的探索者出发后几个世纪甚至几千年后，后来的探索者会超越第一批人，他们会发现他们的种族在他们到达时已经在目的地定居。

这一切对人类的未来有什么意义呢？无论哪种方式，银河系扩张都是非常困难的一件事。我们会是殖民星系的那些人，还是我们的机器人化身会替代我们？在银河系定居无疑可以确保人类的长期存在。一旦在许多世界定居后，人类遭遇灭顶之灾的可能性越低。在个别星球上，个别定居点可能会失败，但其他定居点至少会坚持一阵子。在一个生存危机笼罩我们所有人的时代，殖民银河系带来的安全（不把所有鸡蛋放在一个篮子里）确实有一定的吸引力。

如果我们可以前往最近的恒星，我们可以让恒星完成余下的工作，然后，星系扩张拉开序幕。