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我们对生命是如何开始的仍一无所知。不过我们永远也不能肯定，直到（假如有一天）我们探测到了来自另一个文明的信号。这种搜寻一直在继续，然而，所有直接搜寻其他文明信号的努力至今仍然只交了一张白卷。
火星上有生命吗
当我们计算我们搜寻成功的概率时，需要考虑哪些因素呢？首先必须明确一点：我们讨论的是我们所了解的生命。我们能理解的所有类型的生命都基于一种类型的原子碳原子，只有它能连接足够多的其他原子来形成必须的复杂原子群或分子。这就是说，生命，不管它在哪里存在这里，火星上或者在遥远星系中的一颗行星上必须是碳基的。像月球这样没有大气的环境必须被剔除。在我们的太阳系，可能只有地球适宜形成复杂的智慧生命。当然，反过来说，我们可能完全错了，说不定还存在某种智慧生命，它们的身体由金原子组成，并且能在满是硫酸的空气中呼吸。这种类型的生命（BEM或称为异态生命），自韦尔斯（1866…1946； 英国作家）以来一直是科幻小说家们十分钟爱的话题。但如果它们真的存在，那么我们整个现代科学将被全盘颠覆，不过这看起来可能性不大。
最低限度，我们已经知道许多恒星确实存在行星系统，但是一颗能支撑生命的行星，必须满足几个条件（我们再次强调，我们只考虑自己能理解的这种类型的生命。一旦我们把话题开放到所有类型的生命，就会陷入到无穷多的假想中去，所以，现在我们着意把讨论限制在碳基生命的范围内）：行星必须具备包含了足够多自由氧气的大气；它必须有固态（或某些可能的液态）表面；行星上必须有足够的水资源；相对比较稳定的温度；以及很长的稳定期，在此期间环境没有发生剧烈变化。地球能满足所有这些条件，但太阳系其他天体都不行。
不过，可能还有一些不那么明显的要求。例如，比较规律的昼夜交替看来也是很有必要的。如果行星的一半永远是黑暗，而另一半却永远曝晒于阳光下，那将会发生猛烈的飓风，降水也不再发生而且很难达到生命适宜的温度。当然在明暗半球的交界处或许存在合适的区域。
现在让我们聚焦在温度上。在一颗恒星周围存在所谓“可居住带”，位于这里的行星不会太冷也不会太热，适宜生命繁衍。金星和火星都不在可居住带内：金星太靠近太阳、太热，而火星太远、太冷。只有我们居住的行星安安稳稳地位于可居住带的中央；地球的温度，就跟给婴儿喝的麦片粥一样，不冷不热。一颗比太阳亮度低的恒星，可居住带将靠得更近，而一颗能量更大的恒星，可居住带将位于更远处。许多要求都是不证自明的，它们将许多恒星剔出了行星系统候选者的行列。例如，一颗变化剧烈的恒星，将导致行星上的气候总是变化无常。
我们已经知道银河系里拥有大约1000亿颗恒星，这是一颗大型星系中的典型恒星数量。从目前的观测来看，很可能大多数单颗恒星都有行星，于是我们周围很可能有大约400亿个“太阳系”。这些“太阳系”的行星中有多少颗位于中央恒星的可居住带内呢？从我们自身所在的太阳系的情况来看（这也是我们唯一能充分了解的行星系统），我们或许可以猜测每个恒星－行星系统中都有一颗行星位于可居住带内。但是，我们必须排除那些激变变星周围的行星，因此大概还剩下200亿颗处于适宜的位置的行星。它们中有多少是岩质行星？这又是个新问题正如我们已知的那样，其他的恒星－行星系统中可居住带内的行星似乎都是巨型气态行星。要想计算出在位于适宜的位置上的岩质行星所占的比例是很困难的，但是在已知的约120个系统中，有30个没有气态行星，因此用这些已知的数据作为参考，可以估计出我们大约有50亿颗行星邻居，它们的条件能允许生命形成。其中有多少颗已经有生命形成了？这可能是所有问题中最难的一个，要回答这个问题，我们需要知道并了解生命形成的确切机制。老实讲，生物学家们还没有找到经过实验证实的详细理论，因此要想比较准确地得出这一数值极其困难。如果概率仅仅是万亿分之一，那么在银河系中能有一个像我们这样的文明就已经是一个不可思议的奇迹了。如果如有些人所料，概率接近百分之一，那么将可能有数百万颗行星值得我们去搜寻。这一疑点正是为什么寻找火星上的生命是如此重要的主要原因之一，如果生命能在同一个恒星－行星系统独立出现两次，那么整个银河系中遍布生命的概率必将极大增加。但是，即便这就是事实，我们的难题也并没有完结！
接下来我们必定会问，一旦那些地外生命形成了，它们演化成可以和我们交流的智慧生命的可能性有多大？有些生物学家相信，生命一旦产生，就必定会演化成智慧生命，但另一些生物学家也同样振振有词地认为像我们这样的智慧生命是绝无仅有的。这些文明中有多少能被我们探测到？它们必须已经达到或者超越人类在近一百年才达到的科技水平。接下来我们必须考虑，一个文明由于自然灾害或自身过失在毁灭之前（以现阶段的我们自己为例，后者的可能性似乎更大），它有能力与外界通信的时间能持续多久。至此，我们的估算中的不确定性是来自生物学而非天文学了，我们等待着生物学的进一步发展。现在，请记住到目前为止我们考虑的仅仅是我们的银河系数十亿个星系中的一员。那种认为在整个宇宙中我们都是绝无仅有的想法令人恐惧。
如果地外文明确实存在，有没有什么方法可以和他们进行有意义的联络？现代宇宙飞船可以被排除掉，这一点无需多伤脑筋。因为即便我们能以光速旅行，要想到达哪怕是最近的恒星系统中的行星上，也要花费几年的时间，而且根据爱因斯坦的相对论，以光速飞行要消耗无穷多的能量也就是说那是不可能的。显然，用现代火箭的话，这个旅行需要持续好几个世纪，而且必须准备诸如“太空方舟”这样的设备，因为最初的旅行者在旅程早期就已逝世了，只有他的后代能活着登陆目标行星。现阶段，这种想法看来只存在于科幻小说中。星际旅行要求的是一种革命性的技术，或许明天、明年、100年后甚至100万年后才能实现，又或许永远也实现不了。就算实现了这个技术，从唯物主义的观点看来，我们也只能局限在太阳系内活动。
至于星际通信，至今我们只尝试了一种方法：电磁波。电磁波以光速穿行，因此我们与最近的候选恒星间的通讯时间只需要几年。而且，用我们现有的仪器可以把通信电波发送到很远的地方（数十光年）。假设有天文学家生活在环绕波江座 星运行的行星上，距离我们11光年，我们现在发出的电波信号已足够强大，足以让他们接收到。
我们可以根据数学逻辑制定传送信息的编码方式，毕竟数学不是我们发明的，我们只是发现了它。人们已经向许多候选恒星系统传送了编码后的信息，不仅仅包括波江座 星，还有许许多多别的恒星。当然联络的过程注定是漫长的，如果2006年我们向波江座 发送了一个信息，它将在2017年到达那里，因此在2028年之前都别指望会有回音。想要获得极快的回答相当困难，但是这可以作为改进我们现有想法（即这种类型的实验是值得去做的想法）的一种测试。如果我们根本收不到任何回音，或许就说明了我们正在做着错误的实验，也就是说在我们可以联络的范围内不存在科技文明，换句话说，人类确实是独一无二的。
我们无法把宇宙飞船送往别的星球，但是一个更高级的文明可能完全有星际旅行的能力。我们没必要被任何飞碟故事、外星绑架或半人马座 上的侵略者的故事说服，但我们必须记住我们自己只是一个新的而且无疑是相当初级的文明。有人建议我们应该尽最大可能不被地外文明探测到，甚至召回那几个探测器，譬如正在永远离开太阳系的旅行者2号，但即便这在技术上能够实现（实际上实现不了），也不合逻辑。或许我们该听从珀西瓦尔·洛厄尔先生的劝告而放松一些：“一个有能力抵达地球的文明，会把战争抛诸脑后，将是为和平而来。”不管怎么说，现在让我们保持缄默已经为时过晚。我们从1920年就开始向地球外广播了，因此对80光年内的任一文明而言，我们都是一个聒噪的“射电源”。
我们知道地球生命的未来是有限的，最终太阳光度的增加将摧毁我们的世界，使它变得不再适合居住。我们必须将眼光放长远些，因此让我们看看宇宙的未来。
第六章 透视未来 现在到大爆炸后187亿年
章序
追溯过去时，我们有确切的证据可以遵循：从地球的化石记录中我们可以一览这颗行星极早期的历史；从月球环形山我们发现了远古时期小行星激烈撞击的证据；从蟹状星云我们看到了将近1000年前的那次猛烈的超新星爆发；而当我们凝视遥远星系的暗弱星光时，我们看到的是它们在数百万年前的样子。如果我们测量出它们远离我们而去的速率，就能建立一幅关于数十亿年前时的宇宙的可靠图像，而且通过仔细研究微波背景辐射，我们可以勾勒出大爆炸后仅仅30万年时的宇宙图景。
但未来则扑朔迷离得多：我们不可能看到恒星或星系在未来的样子，因此我们只能依靠演绎法，并且引入相当多的科学假设。尽管宇宙历史的许多页面已经被破译了出来，但我们对大约60亿岁之前的宇宙比从60亿岁到现今的宇宙了解得多得多。
地球在宇宙中或许是无足轻重的，但对我们而言，它显然有着无可比拟的重要性，因此让我们首先来看看在这颗行星的未来面临着哪些威胁。平均而言，每过几十万年，地球就要被一颗大到足以引发巨大灾难的陨石撞击一次。事实上，最近我们已经跟踪到了几个小行星，它们在令人警惕的、离地球很近的地方飞过。有几颗在仅有几万英里的距离处与地球擦肩而过，比地月间的距离还小得多。它们被称为“潜在威胁小行星”（PHAs），如果直接撞上地球的话，其中任何一颗都可以引发又一次“物种大灭绝”。如果一颗潜在威胁小行星在它撞击地球之前就被仔细观测过了，我们可以对它做一点事情或许可以在它附近引爆一颗核弹，改变它与地球相撞的命运。
但是我们不得不承认，一个大小仅有几英里的小天体的碰撞就会给人类带来灾难，而我们能做的事情或许并不比恐龙高明。令人担忧的是，尽管我们正努力消除这种类型的威胁，但最近发现的例子中，有几个是在它们已经路过地球之后才被探测到的。
还有一些具有相当可能性的自然灾难，会使得地球生命提前终结。近来，地质学家对超级火山的爆发潜力开始有了些了解，这种爆发可能由在极端压力下的巨大岩浆池引发，其中一个已经在怀俄明州黄石国家公园发现了。这些火山中的任何一个爆发都会导致在大气中产生全球范围内的尘埃残粒，它们相当密集而且持续时间很长，使得大多数动植物因缺少阳光而死亡。现在有人认为过去发生的一些大灭绝可能就是源于超级火山的爆发。
而人为的灾难也是可能发生的。我们现在已经拥有了毁灭自身的能力，而且我们似乎还没有文明到不去这么做的程度。不管人类会做什么傻事，地球的最终命运是和太阳联系在一起的。我们的存在归功于太阳，而最终毁灭这颗行星的，也是太阳。
地球生命的结局
太阳正在逐渐消耗它的核能，但令人吃惊的是，它正变得越来越亮。这个过程发生得非常缓慢，对我们而言，根本察觉不出来。随着太阳核心氢元素的慢慢消耗，它会略微收缩，导致核心压力增加并且温度升高。核反应的效率显着依赖于核心的温度，因此燃料也将加速消耗。10亿年后，太阳更加炽热，足以让地球上的气候变得酷热难耐，地球上的可居住区域将不得不远离赤道区域，向两极收缩。
但这将仅仅提供一次短暂的避难。随着低纬度地区变得不再适宜居住，沙漠将开始扩张，而且适合农作物耕作的陆地面积将严重不足。大陆板块的漂移也早已破坏了现在我们所熟悉的大陆的形状。任何现存的冰盖都将融化，导致海平面剧烈上升，陆地的绝大部分都将被洪水淹没。
温度还在无情地攀升，到至今30亿年的未来，将达到一个关键点。太阳将比现在亮40％，因此地球表面上的所有水分都被蒸发掉了，海洋消失了，我们的世界将变成炎阳炙烤下的炼狱。
如果在地球环境如此剧变的时候，人类仍然存在，这些我们的遥远后裔将如何应对呢？这些变化初露端倪就会被探测到，警铃就会拉响，但即便是高度发达的文明也不太可能控制太阳。毫无疑问环境变化应对委员会将召开会议，但是议程表上该怎么写？把地球移动到一个更安全的位置或许是可行的，但正如我们后文将要讲到的，这也不是永久的解决之道。或许可以把地球整个从太阳系中移出，并且尽量让它能自给自足，这样生命就能在没有太阳的环境中存活。如果这实施起来困难太大，人类可能会考虑大规模地移民到别的地方去到另一个太阳系或者建造一个巨大的、自给自足的空间站来收留幸存者。
如果人类只能束手无策，随着时间的推移，整个地球很可能变成一片熔融而滚烫的岩浆世界。一切都不能幸免，最终所有的生物都将被一笔勾销。火星将变得比现在热得多，它那巨大的极冠（由二氧化碳和水组成）也将开始融化。大气也开始形成，短期内大约几千万年的时间里，火星会暂时成为一处宜居的处所。但是这种环境不会保持很长时间。火星太小了，引力太弱而不能长期保持住在它表面刚形成的大气。
有人提出人类可以找到一个避难所土卫六，土星最大的卫星，它有着富含氮的稠密大气。可惜，事实绝非如此。土卫六的表面大气逃逸速度很低，之所以能保有大气是因为它非常寒冷，因为在低温下，气体分子的运动速度也很低。如果温度上升，哪怕仅仅只有几度，土卫六的整个大气就将消散无踪。
在接下来的5亿年里，太阳将膨胀到现在的两倍大，尽管表面温度会降低，但它的光度将增加一倍。地球的轨道也会受到影响。太阳发出的恒星风将大大增强，质量不断损失，进入了红巨星阶段。质量变小意味着太阳的引力将减弱，相应地，行星轨道会向外扩展。地球将移动到距离太阳2亿千米处当然，离它逃离炽热太阳的炙烤还远得很。
红巨星的太阳
展望更遥远的未来，大约离现在50亿年，太阳核心的氢将燃烧完毕，再也没有氢剩余下来它们全都在核反应的过程中被转化成了氦。核心突然失去了由核反应释放出来的辐射压力的支撑，在强大的引力作用下，坍缩不可避免地开始了。外层物质轰塌而来，压缩了核心并且加热了物质。直到现在，氦原子核还没有参与核反应。然而，在几秒钟的时间里，温度就将升高到足以触发新一轮的核反应的程度：氦原子核聚合形成铍原子和锂原子。这个核反应的效率要高得多，其后太阳的辐射将比现在强2000多倍，而且它的体积将急速膨胀，并将水星和金星吞没其中。太阳，终于变成了一颗红巨星。
在演化过程中的某一阶段，红巨星的太阳变得不稳定起来。通过一系列剧烈的脉动，它的外部包层被吹离到遥远的星际空间中，形成所谓的“行星状星云”。
需要指出的是，行星状星云和行星毫不相干，它只是一颗演化到了晚期的恒星抛射出的外包层。它们是宇宙中难得的奇观，有着绚丽多姿的美丽外表，但存在时间却只有几万年。其中最着名的是天琴座环状星云（M57），用一架小型望远镜即很容易地找到它，因为它正好位于两颗肉眼可见的恒星天琴座 和天琴座 的中间，靠近明亮的织女星，甚至用中等口径的双筒望远镜也能看到它。在望远镜中看，它像是一个发着微光的圆形轮胎。M57看上去是对称的，但是别的行星状星云的形态却千差万别，令人眼花缭乱，它们的形状取决于物质从中央恒星处抛射出来的确切物理过程。目前看来最常见的形状是沙漏形，即大多数物质都沿着恒星磁场的轴线方向分布。根据这个模型，行星状星云既可以是沙漏形的也可以是环形的，取决于我们看到的是它的侧面还是正面。粗略地讲，这一模型是准确的，但是还有许多细节有待于更详细的解释。从化学上看，行星状星云是宇宙中最令人感兴趣的区域之一。行星状星云形成的早期，在中央恒星发出的光辐射的作用下，形成了许多复杂的分子。
白矮星坍缩了的太阳
同时，回过头来看中央恒星，既然可供燃烧的燃料都耗尽了，就再也没有什么能阻碍恒星在它自身引力作用下的坍缩了，而且这种坍缩发生得非常快速。最终，恒星的密度变得如此之大，导致一种新的抵抗力简并压力的产生，开始发挥作用并与引力相抗衡。简并压力的产生是“不相容原理”的结果，这是量子力学理论中的一条基本原理，即不可能有两个粒子能处于同一种状态下，也就是说，如果两个具有相同的电量、质量和能量的粒子靠得太近，它们就会互相排斥。恒星会一直坍缩，直到简并压力和向内挤压的引力恰好达到平衡为止。在这个新状态下的恒星成为一个比地球还小但是密度却高得令人难以置信的致密球体，称为“白矮星”。一勺白矮星的物质即重达数吨。到这一阶段，地球将退离至距这个能源耗尽的太阳的虚弱残骸2。7亿千米的地方。
接下来的命运又将如何？答案是“变化不大”。白矮星是资源枯竭的恒星，它没有能源，能做的唯一一件事就是在微弱的辐射中慢慢变暗，最后变得和周围环境温度相同。它变成一颗冰冷、暗淡的黑矮星所需要的时间之长超乎想象，事实上，相比之下宇宙都显得太年轻，还没能形成一颗黑矮星。或许我们的太阳将定格为一颗微小的、死亡的黑矮星，但仍然被残存的行