写下科学中第二著名公式的人走了，他为我们开启了探索地外文明的时代
2022/11/20 7:00:00 科学大院
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2022年9月2日，美国天文学家弗兰克·德雷克逝世，他为人类开启了地外文明探索之路，将被永远铭记。
弗兰克·唐纳德·德雷克(Frank Donald Drake，1930.5.28-2022.9.2)
德雷克相信宇宙里有外星人，并且相信人类最终会与外星人建立联系，更重要的是，他把理念转换为行动，转化为一个可以一步步解决的科学问题。他没有看到问题的解决，于2022年9月2日，在自己家里去世了。
德雷克曾断言，在他有生之年，地球人会与外星人建立联系。在晚年，他承认自己等不到这一天了。他确实没等到这一历史性时刻，但他种下了寻找地外生命这个科学领域的种子，如今已开满山崖，他应该是带着欣慰而非遗憾离开这个世界。
童年梦想
德雷克1930年生于芝加哥，父亲是化学工程师，母亲是家庭主妇。德雷克自小对化学、电子学感兴趣。德雷克对天文学和地外文明的兴趣始于8岁时，他的父亲给他讲天上还有别的世界，意思是还有其他行星，但德雷克的思维走得更远，他畅想有智慧文明的类地行星分布在宇宙很多角落，那里各自有自己版本的汽车、街道、邻里。
德雷克父母是浸会教徒，对子女的管教较为严格，家庭生活显得苦闷。德雷克自小厌恶宗教，并对宗教有着与其年龄不符的深刻观点，认为宗教的世界观是狭隘的，是起源地具体环境塑造出来的。
德雷克小的时候经常骑自行车去芝加哥科学与工业博物馆，流连于各种展品，他在那里了解到太阳只不过是银河系无数恒星中不起眼的一个，更觉得外星生命存在于银河系。
德雷克童年时经常造访的科学与工业博物馆是世界上最大的科学馆之一，是芝加哥最著名的人文景点之一。
17岁时，德雷克获得了海军后备军官训练团的奖学金(类似我国的国防生)，入读康奈尔大学，打算毕业之后做飞机设计师。德雷克大学期间选修过一门天文课程。1951年，俄裔美国天文学家奥托·斯特鲁维(Otto Struve，1897 -1963)在康奈尔大学做学术报告，报告中讲到，根据他的观测结果，可以推断银河系中拥有行星的恒星比比皆是，因此银河系中应该会有外星生命。这给听报告的德雷克极大冲击，自己从孩童时期的想法，竟然与天文学大咖英雄所见略同。自此，他更加严肃对待地外生命、地外文明问题。
1951年，德雷克获得工程物理学士学位，之后在美国海军服役。1955年，德雷克进入哈佛大学读研究生，1958年获得天文学博士学位，之后入职美国国家射电天文台，在从事天文观测工作的同时，依然念念不忘童年的梦想——寻找外星人。
奥兹玛计划
1959年4月，德雷克说服台长，搞一个“奥兹玛计划(Project Ozma)”，利用射电望远镜寻找地外无线电信号。奥兹玛是美国童话故事《绿野仙踪》中奥兹国的公主。
德雷克和他开展奥兹玛计划的望远镜——Tatel望远镜
奥兹玛计划在秘密推进，因为德雷克及其同事担心被嘲笑。1959年9月，意大利粒子物理学家朱塞佩·科科尼(Giuseppe Cocconi，1914-2008)和美国物理学家菲利普·莫里森(Philip Morrison)在Nature上发表文章，阐述他们对于寻找地外文明的想法，所提研究方案类似奥兹玛计划。德雷克也就不再保密了，公开了他们正在进行的计划。
1960年起，德雷克组装的望远镜正式开始进行观测，奥兹玛计划终于落地了。奥兹玛计划最终没有找到外星文明任何蛛丝马迹，但吸引了公众注意，其中包括一名年轻的研究生，他叫卡尔·萨根(Carl E. Sagan，1934-1996)，自此开始了他们终生的合作。奥兹玛计划吸引众多大咖来到德雷克所工作的天文台，共商寻找外星生命大计。
1994年，卡尔·萨根(左)与德雷克(右)。卡尔·萨根，著名美国天文学家、天体物理学家、宇宙学家、科幻小说及科普作家，天文生物学家先驱。
德雷克方程
1961年夏，德雷克接到一个电话，是美国国家科学院空间科学委员会的彼得·皮尔曼(J.P.T. Pearman)打来的。皮尔曼说，他对奥兹玛计划特别感兴趣，建议德雷克组织一个会议，以推动寻找地外生命的研究。
1961年，搜寻地外文明第一次学术研讨会议开始，参会者有10人，除了皮尔曼和德雷克外，还有前文提到的卡尔·萨根、科科尼、莫里森，以及德雷克寻找外星文明的学术启蒙人斯特鲁维，一位华人天文学家黄授书(Su-Shu Huang，1915-1977)，还有几个地外文明的“票友”：神经学家、约翰·礼来(John Lilly)、发明家和惠普电脑创始人之一伯纳德·奥利弗(Bernard Oliver)、诺贝尔化学奖得主梅尔文·卡尔文(Melvin Calvin，1911-1997)、商人和业余无线电专家德纳·阿奇利(Dana Atchley)。他们给自己的小团体起名“海豚社”，因为与会者约翰·礼来是研究海豚如何互相交流的，他认为如果能破解海豚的语言，也会能帮助理解外星人的交流方式。
在这次会议上，德雷克提出了后来以他名字命名的方程——德雷克方程。
1961年，史上第一次搜寻地外文明学术研讨会会议室墙上的铭牌，用于纪念这次会议。
德雷克方程形式如下：
N=R*fpneflfifcL
方程中各符号的含义分别为：
N代表银河系内可能与人类通讯的文明数量
R*代表银河内恒星形成的平均速率
fp代表拥有行星的恒星的比例
ne代表每个恒星系统中拥有宜居环境的类地行星数量
fl代表有生命存在的类地行星的比例
fi代表有生命存在的行星中演化出智慧生命的行星的比例
fc代表智慧生命中能够发送可检测信号的比例
L代表智慧生命能发出可检测信号的时长
这个方程可用于估算银河系中地外文明的数量，方程中各变量估计值各有不同，不同的估计值可得出不同的来，给出的结果从几到几十亿不等。
德雷克方程逐渐成为天文学，尤其是搜寻地外文明领域的标志性方程，这个方程也像麦克斯韦方程组一样，在激发着公众的想象力。这个方程被誉为 “史上第二著名方程”，仅次于E=mc2。
这个方程至今仍在指导搜寻地外文明研究，搜寻地外文明研究其实就是研究德雷克方程中的某一项或某几项。
1963年，德雷克加入喷气推进实验室(NASA Jet Propulsion Laboratory，JPL)，担任月球和行星科学的部门负责人。可是第二年德雷克就辞职了，因为行政事务太多，没时间进行自己感兴趣的研究。
之后德雷克回到自己的母校康奈尔大学。德雷克在天文学领域继续取得诸多有影响力成果，但一直没有停下对搜寻外星文明的思索。他有了新主意，要给外星文明发送信息，告诉他们，茫茫宇宙不孤单，地球人在这里。
与外星人对话
1972年和1973年，美国接连发射先驱者10号和11号非载人航天器，它们是史上第一个和第二个离开太阳系的人造物体。
德雷克和卡尔·萨根设计了一个镀金铝板，安装在先驱者10号及先驱者11号上。镀金铝板上面刻画了一些图案，表明了该航天器是从哪儿出发的，也画出了地球上最高等生命的形象：一个男人和一个女人。这两个人的背景是“先驱者”飞船本身的外形轮廓，它清楚地表明人的高度大约是飞船宽度的2/3。还画了氢原子基态超精细跃迁示意图。
先驱者镀金铝板上的图案
这个镀金铝板就像漂流瓶一样在浩瀚宇宙中游荡，等待着被外星人捕获，让外星人知道：宇宙中还有一支文明想与他们建立联系。
不过，这种可能性实在太过渺茫，先驱者10号要在200万年后才能抵达前方第一颗恒星毕宿五。
最快的通信方式是电磁波。德雷克在卡尔·萨根和其他人的帮助下，设计出了发给外星人的电磁波信息，并于1974年11月16日利用阿雷西博望远镜的雷达向宇宙发射。
此后，人类多次向宇宙外星人发送电磁波信息，内容大都是在阿雷西博信息基础上改进的，包括2022年最新的一次改进。
阿雷西博信息的图形示意图
1977年，德雷克和卡尔·萨根又为旅行者1号和2号航天器设计了一张金唱片，收录了用以表述地球上各种文化及生命的声音及图像，其中包括中国古琴曲《流水》。
先驱者10号和11号上的镀金铝板以及旅行者1号和2号上的金唱片的最终目的虽然是与外星人沟通，其实对于地球人意义更大，象征了人类与宇宙之间的关系。
旅行者1号和2号携带的金唱片
1984年，德雷克从康奈尔大学跳槽至加利福尼亚大学圣克鲁兹分校，同时任当年成立的民间组织SETI协会(SETI Institute，SETI即搜寻地外文明的英文search for extraterrestrial intelligence 首字母缩写)董事会主席，SETI协会旗下研究机构卡尔·萨根中心主任。1996年，德雷克从大学退休，2010年卸任卡尔·萨根中心主任。
2022年9月2日，德雷克在加州的家中安详地去世，享年92岁。
SETI协会(SETI Institute)的LOGO
遗产
站在星空下思索：有没有外星人？他们在哪里？
古今中外的人类，每当仰望星空，都会情不自禁地问自己，那里有什么？是否还有其他像太阳一样的恒星，像地球一样的行星，也有着智慧生命？几千年来，尤其是近几百年来，随着天文学和天体物理学的发展让我们对宇宙的知识有了极大的增长，甚至可以推断宇宙最初的起源和最终的命运，但我们对外星生命的好奇从未减弱。
1961年，德雷克写下他估算外星文明数量的方程，将外星人是否存在从一个哲学问题变成一个科学问题。他还是搜寻外星人信号的第一人，是搜寻地外文明(SETI)领域的先驱者，参与设计了人类最终向外星人发送的图像和电磁波信息……德雷克革命性地改变了我们思考和搜寻外星生命和外星文明的方式。
德雷克之后，我们对于外星生命和外星文明，不再被动等待，而是主动出击，但并不鲁莽，因为这是探索一个坚实的科学问题。我们尽管还尚未有成果，也许在未来，我们蓦然回首，发现德雷克其实带给地球人文明以革命性飞跃。
斯人已去，让我们向他的遗产致以敬意，以寻找那个大问题的答案的方式：
宇宙里，还有谁？
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