SETI 先驱弗兰克·德雷克留下在宇宙虚空中寻找声音的遗产

追忆弗兰克·德雷克,他引领科学界聆听来自外星的“我们难以听清的细语”

Frank Drake stands in front of a small satellite dish.

弗兰克·德雷克,地外文明搜寻计划 (SETI) 的创始人,于 2015 年 2 月 27 日在他位于加利福尼亚州阿普托斯的家中拍摄肖像。

著名射电天文学家弗兰克·德雷克于周五在他位于加利福尼亚州圣克鲁斯附近的家中去世,享年 92 岁。1960 年,他首次对其他恒星周围的地外文明 (SETI) 进行了搜索。他的女儿,科学记者 纳迪亚·德雷克 在其网站上 分享了这一消息。她写道:“父亲一生是一位巨人,他的离去留下了巨大的空缺。”

加州大学伯克利分校伯克利 SETI 研究中心 (BSRC) 主任、天体物理学家安德鲁·西米昂说:“弗兰克开创了一个全新的领域。他在创建框架方面发挥了至关重要的作用,通过这个框架,我们可以应用天文学和物理学的工具来理解和解答存在主义问题。但他从未失去他的谦逊和慷慨。当我们的后代在几个世纪后回顾历史时,我认为他们会将弗兰克列为有史以来最伟大的科学家之一。”

保罗·霍罗维茨,一位物理学家和哈佛大学荣誉退休教授,德雷克在 20 世纪 70 年代引导他进入这个领域,他回忆说德雷克是 SETI 领域中“一位杰出而温和的巨人……科学家们通常具有竞争性、互相诋毁,并且极度保护自己的地盘。弗兰克完全相反——在他无私地践行科学的方式上堪称典范。”


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德雷克于 1930 年 5 月 28 日出生于芝加哥,在芝加哥南岸社区长大。他的父亲是一位化学工程师,母亲是一位家庭主妇,他们都不是虔诚的信徒,但他们以严格的浸信会原教旨主义方式抚养了德雷克和他的两个弟弟妹妹。他后来表示,这让他更加欣赏不同的生活方式和存在方式——以及对有组织宗教的终生厌恶。在他的 1992 年与科学作家达瓦·索贝尔合著的回忆录 中,他回忆说,他的父母“似乎没有任何娱乐的想法——至少在我看来是这样”。德雷克对外星生命的热情始于八岁,当时他的父亲告诉他,我们的地球不是太空中唯一的星球,这引发了他对外星地球散布在宇宙各处的想象。他通过偶尔参观离他家教堂仅几个街区的科学与工业博物馆来培养这种热情。

德雷克于 1952 年毕业于康奈尔大学,获得工程物理学学位。根据海军 ROTC 计划,他随后在重型巡洋舰 USS Albany 上担任了三年电子官。1955 年至 1958 年,作为哈佛大学的研究生和博士候选人,他在先驱天体物理学家塞西莉亚·佩恩-加波什金的指导下研究射电天文学,塞西莉亚·佩恩-加波什金因正确地提出恒星主要由氢和氦组成而闻名。获得博士学位后,德雷克在西弗吉尼亚州绿岸的国家射电天文台 (NRAO) 获得了一个天文台天文学家职位,他的科学事业真正从这里开始。

德雷克对来自宇宙文明的电磁传输的搜寻使他名扬全球,但这远非他唯一的重大成就。他还绘制了银河系中心的第一张射电地图,并与他人共同发现了木星周围沸腾辐射的区域,这些区域类似于地球的范艾伦辐射带。德雷克是最早测量金星沸腾大气层的温度和密度的人之一。他的众多官方任命包括担任位于波多黎各的阿雷西博天文台的台长,该天文台在几十年里一直是世界上最大的射电望远镜。在他整个职业生涯中,他还教导和指导了一代又一代年轻的研究人员。在科学之外,他的兴趣包括酿酒、宝石工艺和兰花栽培。

德雷克最引人注目的三项研究成果都源于 20 世纪 60 年代初至 70 年代中期与 SETI 相关的多产时期。

第一个成果出现在 1960 年,当时他使用 NRAO 位于绿岸的 85 英尺宽的射电天线,在鲸鱼座 τ 星和天苑座 ε 星附近寻找任何健谈的外星人的射电信号,这两颗恒星是我们最近且最像太阳的邻近恒星。德雷克将这两个月的努力称为奥兹玛计划,以儿童读物《绿野仙踪》系列命名,因为两者都与奇异生物居住的奇幻遥远国度有关。尽管几十年前,发明家尼古拉·特斯拉和物理学家古列尔莫·马可尼都曾独立尝试收听外星无线电广播,但这些相对粗糙的观测与假定的火星人有关——而不是遥远行星系统的居民——使奥兹玛成为有史以来第一个“现代”SETI 活动。它没有产生任何外星人的证据,尽管来自高空飞机的信号确实一度引发了误报,这是当时新兴领域的众多误报中的第一个。

位于加利福尼亚州山景城的 SETI 研究所高级天文学家塞思·肖斯塔克说:“如果你看看今天的射电 SETI 实验,它们仍然都在做奥兹玛计划。”德雷克在该研究所工作了四分之一个多世纪,直到 2010 年退休。“他们使用更好的设备和更多的目标进行实验,但实验本身就是寻找来自天空的窄带信号。那是弗兰克的想法。”

德雷克的第二个里程碑式贡献出现在奥兹玛计划一年后,在 1961 年 11 月的一次精英科学家闭门会议上,讨论 SETI 的前景。在会议开幕时,德雷克公布了一个公式,用于估计银河系中可探测到的文明数量。该公式的七个相互关联的因素是一个不断上升的未知数等级,从对恒星形成率的良好约束估计到对宜居行星普遍存在的有根据的猜测,再到对生命世界数量和技术文明寿命的疯狂推测。他构思这个公式是为了指导为期三天的会议议程,希望争取与会者(其中包括一位名叫卡尔·萨根的年轻博士后研究员)的帮助,以完善其数值。但他的所谓 德雷克公式 也成为塑造未来所有 SETI 努力的主导力量——以及我们自身 地球中心偏见假设 的有力反映,这些偏见和假设关于更广阔宇宙中生命和智能的本质。

德雷克在 2011 年接受本文作者采访时说:“它经受住了时间的考验。我从未不得不改变这些因素,尽管我调整了其中一些因素的定义。我收到了许多关于向其中添加其他因素的建议——例如一个关于政治家的因素。”

德雷克的第三个标志性壮举出现在 1974 年,当时他冉冉升起的名声使他在康奈尔大学获得了终身教职——以及国家天文与电离层中心(管理着阿雷西博天文台)主任的职位。在主持了三年提高巨型射电天线灵敏度并为其配备强大的新雷达系统的工作后,在 1974 年 11 月的开幕典礼上,德雷克利用该设施向距地球 22,000 多光年的球状星团 M13 发射了无线电信号。编码在传输的 1,679 个频率脉冲中的是德雷克的“阿雷西博信息”。这一系列象形图详细描述了 DNA 的双螺旋结构、人类的形态尺寸以及地球在太阳系中的位置等内容。传输持续时间不到三分钟,但在其特定波长下,它的亮度超过太阳 100,000 倍——为某种程度上、某个地方的某人可能会探测到并破译它提供了一线希望。阿雷西博天文台 1,000 英尺宽的射电天线(德雷克曾经计算过,它大到可以容纳 3.5 亿箱玉米片)在 2020 年末在资金不足和疏忽的指控中悲惨地坍塌。它可能还会重建。但即使不重建,它的划时代传输也将继续在宇宙虚空中不停地传播。

阿雷西博信息是德雷克对星际信号发送最远的一次尝试,但这既不是他第一次参与此类工作,也不是最后一次。1972 年,德雷克与萨根以及萨根当时的妻子琳达·萨尔兹曼·萨根合作设计了先驱者号铭牌——这是一种图像信息,被固定在 NASA 的星际先驱者 10 号和 11 号宇宙飞船上,其中包括裸体男女的插图以及旨在追溯探测器起源于地球的宇宙地图。这成为发送到太阳系外的第一个物理信息。1977 年,德雷克与萨根和小说家 安·德鲁彦(她后来嫁给了萨根)以及艺术家乔恩·隆伯格和科学作家蒂莫西·费里斯一起,帮助设计了旅行者金唱片。这张星际“瓶中信”装满了来自地球的精选景象、声音和问候语,在旅行者 1 号和 2 号探测器上发射升空。

德鲁彦回忆说:“如果不是弗兰克,就不会有旅行者金唱片。因为是他提出了将信息制作成唱片而不是 其他形式来保存所有信息 的想法。”

同样,如果不是德雷克,今天的 SETI 可能会大相径庭。在他进行奥兹玛计划前后,寻找无线电信号只是寻找宇宙文明的几种拟议策略之一。天文学家兼工程师罗纳德·布雷斯韦尔建议研究人员应该转而 寻找探测器 和其他人工制品,就在我们的太阳系中。物理学家查尔斯·汤斯,他的工作导致了激光的发明,认为激光将是星际通信更好的基础,因此也是 SETI 工作的 最佳重点。理论家弗里曼·戴森设计了一种方法来寻找即使是最安静的技术文明,他推测可以通过寻找他们可能在其母星周围建造的 巨型能量收集结构 来探测到这些文明。

宾夕法尼亚州立大学天文学家、宾夕法尼亚州立大学地外文明智能中心主任杰森·赖特认为,射电 SETI 成为事实上的标准,部分原因不仅在于德雷克的科学敏锐性,还在于他的表演才能。“真正让我对奥兹玛计划、德雷克公式和星际信息感到震惊的是,在每一种情况下,弗兰克都非常清楚演示的力量,”赖特说。“这就是为什么他的名字受到尊敬——因为它与这些标志性的实验联系在一起,这些实验抓住了公众的想象力,并引起了慈善家、NASA 等机构的关注。”

德雷克在他 1992 年回忆录的序言中以典型的低调热情写道:“就我个人而言,我发现没有什么比外星文明从太空发出的无线电信息现在正穿过我们的办公室和家园,就像我们难以听清的细语一样,更令人兴奋的了。” 他思索道,寻找其他宇宙文明是了解“未来历史”的一种方式,因为人类可能探测到的任何此类文明都将比我们自己的文明更古老、更先进,从而为我们自己可能的命运提供预演。到那时,他在康奈尔大学的时光几乎已经过去十年了——1984 年,他离开了纽约州伊萨卡的雾蒙蒙的寒冷,前往加利福尼亚州阳光明媚的气候,在加州大学圣克鲁斯分校和新成立的 SETI 研究所担任了声望很高的职位。这两者都将是他余生的主要学术机构。

在同一本书中,他得意地指出,NASA 刚刚为一项为期十年的重大 SETI 计划投入了约 1 亿美元。SETI 在科学界边缘徘徊多年后,终于获得了主流认可。在德雷克看来,SETI 似乎正处于其最伟大的胜利的边缘:合法探测到来自外星文明的信号,并证明我们并不孤单。“我完全期望在 2000 年之前目睹这一发现,它将深刻地改变世界,”他写道。

然而,国会的强烈反对导致该计划在不到一年后被取消。由此开始了 SETI 漫长的征程,没有一分钱的美国联邦资金专门用于搜寻外星文明(这种情况直到最近几年才开始改变,NASA 再次开始将其预算中微不足道的一部分分配给 SETI 研究)。在那些艰难时期,德雷克和其他 SETI 杰出人物越来越依赖于来自新兴的硅谷超级富豪技术专家的资金——他们中的许多人受到奥兹玛计划和早期太空时代的 अन्य 激动人心的壮举的启发,开始追求科学和工程事业。

加州大学伯克利分校天文学家丹·沃西默开玩笑说:“如果不是弗兰克,我早就腰缠万贯了。”在成为德雷克的长期合作者之前,他在 20 世纪 70 年代初的家庭酿酒计算机俱乐部中与苹果公司联合创始人史蒂夫·乔布斯和史蒂夫·沃兹尼亚克并肩工作。“当其他家庭酿酒师在设计和销售第一批家用电脑时,由于弗兰克,我把时间花在了研究如何利用第一批计算机芯片进行 SETI 实验。” 1999 年,这些努力促使沃西默与他人共同创立了 SETI@home,这是最早也是最成功的“公民科学”项目之一,该项目使用分布式计算和志愿者空闲的 CPU 周期来在存档的 SETI 数据中寻找信号。

已故微软联合创始人保罗·艾伦也提供了强有力的支持,他向 SETI 研究所捐赠了数千万美元。这最终促成了位于加利福尼亚州哈特溪的 42 碟 艾伦望远镜阵列 的诞生,该阵列于 2007 年开始运行并进行各种与 SETI 相关的研究。这种慈善趋势在今天仍在继续,突破聆听计划,这是一项由俄罗斯-以色列亿万富翁尤里·米尔纳资助、由 BSRC 的西米昂领导的 雄心勃勃的 SETI 计划,西米昂是德雷克最后的门徒之一。奥兹玛计划周期性地在单个频道上收听两颗恒星,而突破聆听计划则以数百万颗恒星为目标,在数百亿个频率上观察每颗恒星,其灵敏度足以探测到即使是来自隐蔽外星社会的一些形式的适度、无意的“泄漏”辐射。所有这些都因系外行星知识的爆炸性增长而得到加强,在 20 世纪 90 年代初首次发现之后,系外行星现在成千上万地填满了天文学家的目录 by the thousands。现有的大量证据暗示,德雷克的伟大探索可能并非徒劳;数据表明,大多数恒星都拥有行星随从。而 概率定律 决定,在无数的恒星宿主中,一定有一部分是适宜居住的、类地球的并且充满生命。与德雷克公式一致,仍然有一小部分必须孕育着其他智慧生物,他们敬畏地仰望天空,从他们孤立的行星栖息地想知道,他们是否也感到孤独。

然而,天空仍然沉默。除了少数候选信号——诱人但可疑的一次性事件,这些事件从未重复出现,并且很容易仅仅是天体物理“噪声”——SETI 尚未找到其长期寻找的猎物。“我想你可以说,到目前为止,这是一个巨大的失败,因为我们还没有找到任何东西,”霍罗维茨说。“但这是一段美好的旅程。而且至少对我来说,这一切都归功于弗兰克。”

我们是否会找到答案,来自星际甚至星系间鸿沟的某种闪耀的智慧生命迹象?德雷克当然认为会,正如他 曾经告诉本文作者 的那样

“我认为,这仅仅是开始。人们认为我们一直在某种程度上全天候、全频率地监测整个天空,但我们尚未能够做到任何这些事情……即使我们已经指向了正确的方向,并在正确的频率上进行监听,在我们观察时,消息被定向发送给我们的概率当然也不是很大。我们一直在玩彩票,但只用了几张彩票。”

除了他的女儿纳迪亚,德雷克还与结婚 44 年的妻子阿迈勒·沙卡希里·德雷克;他的女儿莱拉·德雷克·福塞克;他与前妻所生的儿子史蒂夫·德雷克、理查德·德雷克和保罗·德雷克;他的兄弟鲍勃·德雷克;以及一个侄子、两个侄女和四个孙子孙女。他的姐姐阿尔玛·奎格利先于他去世。

李·比林斯 是一位科学记者,专门研究天文学、物理学、行星科学和航天飞行,并且是《大众科学》的高级编辑。他是一位广受好评的著作《五亿年的孤独:在星际中寻找生命》的作者,该书于 2014 年荣获美国物理研究所颁发的科学传播奖。除了为《大众科学》撰稿外,比林斯的文章还曾发表在《纽约时报》、《华尔街日报》、《波士顿环球报》、《连线》、《新科学家》、《大众科学》和许多其他出版物上。比林斯是一位充满活力的公众演说家,曾为 NASA 的喷气推进实验室和谷歌做过特邀演讲,并曾担任《国家地理》、《突破奖基金会》、《先锋工作室》和各种其他组织举办的活动的主持人。

比林斯于 2014 年加入《大众科学》,此前曾担任《SEED》杂志的编辑。他拥有明尼苏达大学新闻学学士学位。

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