寫下科學中第二著名公式的人走了，他為我們開啟了探索地外文明的時代

返樸 2022-10-08 發布于北京

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2022年9月2日，美國天文學家弗蘭克·德雷克逝世，他為人類開啟了地外文明探索之路，將被永遠銘記。

撰文 | 瞿立建

弗蘭克·唐納德·德雷克（Frank Donald Drake，1930.5.28－2022.9.2）

德雷克相信宇宙里有外星人，并且相信人類最終會與外星人建立聯系，更重要的是，他把理念轉換為行動，轉化為一個可以一步步解決的科學問題。他沒有看到問題的解決，于2022年9月2日，在自己家里去世了。

德雷克曾斷言，在他有生之年，地球人會與外星人建立聯系。在晚年，他承認自己等不到這一天了。他確實沒等到這一歷史性時刻，但他種下了尋找地外生命這個科學領域的種子，如今已開滿山崖，他應該是帶著欣慰而非遺憾離開這個世界。

童年夢想

德雷克1930年生于芝加哥，父親是化學工程師，母親是家庭主婦。德雷克自小對化學、電子學感興趣。德雷克對天文學和地外文明的興趣始于8歲時，他的父親給他講天上還有別的世界，意思是還有其他行星，但德雷克的思維走得更遠，他暢想有智慧文明的類地行星分布在宇宙很多角落，那里各自有自己版本的汽車、街道、鄰里。

德雷克父母是浸會教徒，對子女的管教較為嚴格，家庭生活顯得苦悶。德雷克自小厭惡宗教，并對宗教有著與其年齡不符的深刻觀點，認為宗教的世界觀是狹隘的，是起源地具體環境塑造出來的。

德雷克小的時候經常騎自行車去芝加哥科學與工業博物館，流連于各種展品，他在那里了解到太陽只不過是銀河系無數恒星中不起眼的一個，更覺得外星生命存在于銀河系。

德雷克童年時經常造訪的科學與工業博物館是世界上最大的科學館之一，是芝加哥最著名的人文景點之一。

17歲時，德雷克獲得了海軍后備軍官訓練團的獎學金（類似我國的國防生），入讀康奈爾大學，打算畢業之后做飛機設計師。德雷克大學期間選修過一門天文課程。1951年，俄裔美國天文學家奧托·斯特魯維（Otto Struve，1897 -1963）在康奈爾大學做學術報告，報告中講到，根據他的觀測結果，可以推斷銀河系中擁有行星的恒星比比皆是，因此銀河系中應該會有外星生命。這給聽報告的德雷克極大沖擊，自己從孩童時期的想法，竟然與天文學大咖英雄所見略同。自此，他更加嚴肅對待地外生命、地外文明問題。

1951年，德雷克獲得工程物理學士學位，之后在美國海軍服役。1955年，德雷克進入哈佛大學讀研究生，1958年獲得天文學博士學位，之后入職美國國家射電天文臺，在從事天文觀測工作的同時，依然念念不忘童年的夢想——尋找外星人。

奧茲瑪計劃

1959年4月，德雷克說服臺長，搞一個“奧茲瑪計劃（Project Ozma）”，利用射電望遠鏡尋找地外無線電信號。奧茲瑪是美國童話故事《綠野仙蹤》中奧茲國的公主。

德雷克和他開展奧茲瑪計劃的望遠鏡——Tatel望遠鏡

奧茲瑪計劃在秘密推進，因為德雷克及其同事擔心被嘲笑。1959年9月，意大利粒子物理學家朱塞佩·科科尼（Giuseppe Cocconi，1914-2008）和美國物理學家菲利普·莫里森（Philip Morrison）在Nature上發表文章，闡述他們對于尋找地外文明的想法，所提研究方案類似奧茲瑪計劃。德雷克也就不再保密了，公開了他們正在進行的計劃。

1960年起，德雷克組裝的望遠鏡正式開始進行觀測，奧茲瑪計劃終于落地了。奧茲瑪計劃最終沒有找到外星文明任何蛛絲馬跡，但吸引了公眾注意，其中包括一名年輕的研究生，他叫卡爾·薩根（Carl E. Sagan，1934-1996），自此開始了他們終生的合作。奧茲瑪計劃吸引眾多大咖來到德雷克所工作的天文臺，共商尋找外星生命大計。

1994年，卡爾·薩根（左）與德雷克（右）。卡爾·薩根，著名美國天文學家、天體物理學家、宇宙學家、科幻小說及科普作家，天文生物學家先驅。

德雷克方程

1961年夏，德雷克接到一個電話，是美國國家科學院空間科學委員會的彼得·皮爾曼（J.P.T. Pearman）打來的。皮爾曼說，他對奧茲瑪計劃特別感興趣，建議德雷克組織一個會議，以推動尋找地外生命的研究。

1961年，搜尋地外文明第一次學術研討會議開始，參會者有10人，除了皮爾曼和德雷克外，還有前文提到的卡爾·薩根、科科尼、莫里森，以及德雷克尋找外星文明的學術啟蒙人斯特魯維，一位華人天文學家黃授書（Su-Shu Huang，1915-1977），還有幾個地外文明的“票友”：神經學家、約翰·禮來（John Lilly）、發明家和惠普電腦創始人之一伯納德·奧利弗（Bernard Oliver）、諾貝爾化學獎得主梅爾文·卡爾文（Melvin Calvin，1911-1997）、商人和業余無線電專家德納·阿奇利（Dana Atchley）。他們給自己的小團體起名“海豚社”，因為與會者約翰·禮來是研究海豚如何互相交流的，他認為如果能破解海豚的語言，也會能幫助理解外星人的交流方式。

在這次會議上，德雷克提出了后來以他名字命名的方程——德雷克方程。

1961年，史上第一次搜尋地外文明學術研討會會議室墻上的銘牌，用于紀念這次會議。

德雷克方程形式如下：

N=R_*f_pn_ef_lf_if_cL

方程中各符號的含義分別為：

其中

N代表銀河系內可能與人類通訊的文明數量
R_*代表銀河內恒星形成的平均速率
f_p代表擁有行星的恒星的比例
n_e代表每個恒星系統中擁有宜居環境的類地行星數量
f_l代表有生命存在的類地行星的比例
f_i代表有生命存在的行星中演化出智慧生命的行星的比例
f_c代表智慧生命中能夠發送可檢測信號的比例
L代表智慧生命能發出可檢測信號的時長

這個方程可用于估算銀河系中地外文明的數量，方程中各變量估計值各有不同，不同的估計值可得出不同的來，給出的結果從幾到幾十億不等。

德雷克方程逐漸成為天文學，尤其是搜尋地外文明領域的標志性方程，這個方程也像麥克斯韋方程組一樣，在激發著公眾的想象力。這個方程被譽為 “史上第二著名方程”，僅次于E=mc²。

這個方程至今仍在指導搜尋地外文明研究，搜尋地外文明研究其實就是研究德雷克方程中的某一項或某幾項。

1963年，德雷克加入噴氣推進實驗室（NASA Jet Propulsion Laboratory，JPL），擔任月球和行星科學的部門負責人。可是第二年德雷克就辭職了，因為行政事務太多，沒時間進行自己感興趣的研究。

之后德雷克回到自己的母校康奈爾大學。德雷克在天文學領域繼續取得諸多有影響力成果，但一直沒有停下對搜尋外星文明的思索。他有了新主意，要給外星文明發送信息，告訴他們，茫茫宇宙不孤單，地球人在這里。

與外星人對話

1972年和1973年，美國接連發射先驅者10號和11號非載人航天器，它們是史上第一個和第二個離開太陽系的人造物體。

德雷克和卡爾·薩根設計了一個鍍金鋁板，安裝在先驅者10號及先驅者11號上。鍍金鋁板上面刻畫了一些圖案，表明了該航天器是從哪兒出發的，也畫出了地球上最高等生命的形象：一個男人和一個女人。這兩個人的背景是“先驅者”飛船本身的外形輪廓，它清楚地表明人的高度大約是飛船寬度的2/3。還畫了氫原子基態超精細躍遷示意圖。

先驅者鍍金鋁板上的圖案

這個鍍金鋁板就像漂流瓶一樣在浩瀚宇宙中游蕩，等待著被外星人捕獲，讓外星人知道：宇宙中還有一支文明想與他們建立聯系。

不過，這種可能性實在太過渺茫，先驅者10號要在200萬年后才能抵達前方第一顆恒星畢宿五。

最快的通信方式是電磁波。德雷克在卡爾·薩根和其他人的幫助下，設計出了發給外星人的電磁波信息，并于1974年11月16日利用阿雷西博望遠鏡的雷達向宇宙發射。

此后，人類多次向宇宙外星人發送電磁波信息，內容大都是在阿雷西博信息基礎上改進的，包括2022年最新的一次改進。（阿雷西博信息及最新的一次改進的解讀，參閱《為了讓外星人了解地球信息，他們拼命想出了這些“亂碼”》）

阿雷西博信息的圖形示意圖

1977年，德雷克和卡爾·薩根又為旅行者1號和2號航天器設計了一張金唱片，收錄了用以表述地球上各種文化及生命的聲音及圖像，其中包括中國古琴曲《流水》。

先驅者10號和11號上的鍍金鋁板以及旅行者1號和2號上的金唱片的最終目的雖然是與外星人溝通，其實對于地球人意義更大，象征了人類與宇宙之間的關系。

旅行者1號和2號攜帶的金唱片

1984年，德雷克從康奈爾大學跳槽至加利福尼亞大學圣克魯茲分校，同時任當年成立的民間組織SETI協會（SETI Institute，SETI即搜尋地外文明的英文search for extraterrestrial intelligence 首字母縮寫）董事會主席，SETI協會旗下研究機構卡爾·薩根中心主任。1996年，德雷克從大學退休，2010年卸任卡爾·薩根中心主任。

2022年9月2日，德雷克在加州的家中安詳地去世，享年92歲。

SETI協會（SETI Institute）的LOGO

遺產

站在星空下思索：有沒有外星人？他們在哪里？

古今中外的人類，每當仰望星空，都會情不自禁地問自己，那里有什么？是否還有其他像太陽一樣的恒星，像地球一樣的行星，也有著智慧生命？幾千年來，尤其是近幾百年來，隨著天文學和天體物理學的發展讓我們對宇宙的知識有了極大的增長，甚至可以推斷宇宙最初的起源和最終的命運，但我們對外星生命的好奇從未減弱。

1961年，德雷克寫下他估算外星文明數量的方程，將外星人是否存在從一個哲學問題變成一個科學問題。他還是搜尋外星人信號的第一人，是搜尋地外文明（SETI）領域的先驅者，參與設計了人類最終向外星人發送的圖像和電磁波信息……德雷克革命性地改變了我們思考和搜尋外星生命和外星文明的方式。

德雷克之后，我們對于外星生命和外星文明，不再被動等待，而是主動出擊，但并不魯莽，因為這是探索一個堅實的科學問題。我們盡管還尚未有成果，也許在未來，我們驀然回首，發現德雷克其實帶給地球人文明以革命性飛躍。

斯人已去，讓我們向他的遺產致以敬意，以尋找那個大問題的答案的方式：

宇宙里，還有誰？