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到外星人发出的实信号吗,他们到底在何地

来源:http://www.abirdfarm.com 作者:betway必威官网手机版 时间:2019-09-22 02:50

最近,又有一颗星星在很多朋友的朋友圈里刷了屏。不是离我们最近的太阳系外行星比邻星b,而是一颗名叫HD 164595的恒星。因为据说,俄罗斯的射电望远镜已经接收到了来自这颗恒星强烈的电波信号。

美国搜索外星文明研究所发布消息:连续两天动用艾伦射电望远镜阵列,探测武仙星座内某个星系是否发出无线电信号,但即使扩大探测频率范围,依然没有结果。这一轮探测,缘起于一批俄罗斯天文学家声称“俄罗斯科学院射电望远镜—600”(RATAN-600)探测到波长为2.7厘米、波束宽度水平方向大约20弧度秒、垂直方向大约2弧度分的无线电信号,来源于武仙星座内HD164595恒星系,距地球大约95光年。

前一段时间,朋友圈、微博都被所谓的“来自15亿光年外的外星人信号“刷屏了,很多吃瓜群众都凑热闹地吼一句“不要回答!”

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betway必威官网手机版 3朋友圈截图,称俄罗斯接收到了远高于地球文明的外星文明发送的电波信号。图片源于网络

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北京时间10月10日消息,据国外媒体报道,目前,地外文明搜索研究所(SETI)资深天文学家塞思·肖斯塔克(Seth Shostak)指出,部分科学家曾预测如果外星人存在,他们将于2035年发现外星人存在的证据,我可以和许多同事打个赌,赌一杯咖啡或者任何事物都行,2035年会发现外星人的证据,似乎这是一个亏本的打赌。半个多世纪以来,一些科学家开始搜索寻找地外智慧生命,但摆在我们面前的一个残酷现实是迄今我们一无所获。

基特峰国家天文台上方星空的照片,白色方框标示的是开普勒望远镜的视场,照片中用衍射光栅展现出了一些亮星的光谱 (图片: J. Glaspey;P. Marenfeld,via kmanskies.8m.net)

这件事到底是真是假?可以说部分属实,但结论实在是言过其实。

仅仅相距95光年一个因素,即光束或无线电波抵达地球耗费了95年,如果信号确实来自HD164595恒星系,足以想象那里的外星生命文明程度有多高。RATAN-600建在俄罗斯高加索山脉北麓海拔高度970米处,由895块2米宽、7.4米高长方形反射面环绕成直径576米的圆周形,构成直径相当于600米的抛物面接收天线,于1974年启用。只是,俄罗斯天文学家认定探测到信号是在2015年5月15日,随后一直没有对外发布消息,本月28日才由一家网站披露。

图片来源:网络截图

 

人类在宇宙中是否孤独?除了我们地球以外,其他地方是否存在生命,是否存在拥有技术文明的智慧生命?面对这样一个终极问题,我们一度只能全凭猜测,不过答案似乎应该相当乐观。毕竟地球不过是普普通通的一颗行星,围绕着太阳这颗普普通通的恒星运转,而宇宙又是如此浩瀚——像太阳一样的恒星仅银河系中就有上千亿颗,更不用说银河系这样的星系在宇宙中还有上千亿个了。如果只有地球存在文明,那未免也太浪费了。

消息的源头应该是科学作家保罗·吉尔斯特(Paul Gilster)。8月27日,他在专注于太空探索的网站Centauri Dreams上发布了一篇文章,名为“An Interesting SETI Candidate in Hercules”,译成中文就是“武仙座中一个挺有意思的SETI候选者”。这里的SETI,是“搜寻地外智慧生命”的英文首字母缩写。

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图片来源:网络截图

  作为一名科学家,我对未来探索外星生命持乐观态度,但是我的满怀希望并非痴心妄想,其牢固地根植于SETI逻辑。半个世纪听起来像是一段很长的时间,但实际上只是探索初期,鉴于当前SETI的努力和科技能力,我感觉我们正处于学习探索具有真正革新性知识的风口浪尖上。

从 “奥兹玛” 到 SETI:宇宙中到底存在多少外星文明?

那么,宇宙中到底存在多少外星文明?1961 年,美国天文学家弗兰克 · 德雷克提出了一个后来以他名字命名的公式,试图估算银河系内掌握无线电技术的外星文明的数量。按照他的公式,有能力与我们进行星际通讯的外星文明的数量跟诸多不确定因素有关,包括银河系里恒星的数目、恒星拥有行星的概率、行星适宜生命生存的概率、宜居行星上诞生生命的概率、生命演化出智慧的概率、智慧生命发展出无线电通讯的概率,以及这样的文明向外发出可探测电波的平均时间。

之所以强调 “掌握无线电技术”,不光是因为当时这是人类掌握的速度最快的星际信息传递方式(其实现在也仍是如此),更是因为德雷克提出这一公式的初衷:不是为了纯粹从理论上估算外星文明的数量,而是要实实在在地为寻找外星文明的首次尝试提供一个具体的目标。就在提出这一公式的一年之前,德雷克利用美国绿岸天文台巨大的射电望远镜(本质上就是无线电天线),尝试在其他恒星周围搜寻智慧生命发出的无线电信号,史称“奥兹玛”计划。

德雷克的 “奥兹玛” 计划没有收到任何来自外星人的信号,但搜寻地外智慧文明的 “SETI 计划” 却由此铺开,时断时续一直持续至今。如今,50 多年过去了,SETI 计划仍然一无所获。德雷克本人对此并未灰心丧气,因为在他看来,尚未截获外星人 “电报” 是正常的,因为我们监听的恒星还不够多!

根据德雷克自己提出的方程式,他估计银河系内现存拥有无线电通讯能力的智慧文明大约有 1 万个。按照这个看似相对保守的估计,银河系内的上千亿颗恒星之中,平均每千万颗恒星才拥有一个这样的文明。换句话说,想要能够比较有把握地截获外星人发出的讯号,我们至少得扫描上千万颗恒星才行——而天文学家迄今为止监听过的恒星,还远远达不到这一数量。

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位于波多黎各岛的阿雷西沃山谷中的阿雷西博天文台(Arecibo Observatory),这是世界上最大的单面口径电波望远镜,直径达 350 米,由康奈尔大学管理。阿雷西博望远镜是固定望远镜,不能转动,只能通过改变天线溃源的位置扫描天空中的一个带状区域(boinc.us)

不过,在 2010 年纪念 “奥兹玛” 计划 50 周年的仪式上,德雷克对 SETI 计划的未来表示乐观。天文学家监听无线电信号的技术与当年相比早已不可同日而语。在纪念仪式上,德雷克重新操作那台射电望远镜,短短数秒就重复了当年好几个月才能完成的监听。再加上计算机数据处理速度的大幅提升,从事 SETI 项目的天文学家预期,未来二三十年内他们监听的恒星数量就将达到千万颗量级。

因此,天文学家或许有较大把握,能够在未来二三十年内,接收到来自外星人的无线电信号,从而获得确凿的第一手证据,表明我们在宇宙中并不孤独。但也有可能,在监听了千万颗恒星之后,外星文明依旧对我们保持着可怕的无线电静默。果真如此的话, SETI 计划或许就永远截获不到外星人的 “电报” 了。可能是我们监听的方式不对,也可能德雷克的估计太过乐观——银河系中技术文明的数量极为罕见,甚至我们真的是孤独的。

事实上,德雷克估计错误的可能性相当大。他的公式刚被提出时,其中的每一个因素,确切数值几乎都无法确定,因此他的估计比凭空猜测好不了多少。不过,在 50 多年后的今天,天文学家起码已经确定银河系中拥有千亿颗恒星。而现在,他们正在努力寻找太阳系外可能适宜生命生存的行星。他们最趁手的 “秘密武器”,是 2009 年发射升空的开普勒望远镜。

吉尔斯特在这篇文章里透露,一个国际天文学家团队检测到了“来自恒星HD 164595方向上的一个强烈的无线电信号”,是由位于俄罗斯的RATAN-600射电望远镜接收到的。

SETI研究所1984年创立,位于美国加利福尼亚州北部城市芒廷维尤,是一家民间研究机构,以搜寻外星智慧生命为使命。它目前的主要探测设施包括艾伦射电望远镜阵列,位于加州城市旧金山以北偏东方向大约470公里的哈特克里克射电天文台,2007年投入运行,现有42架6.1米直径抛物面接收天线,计划最终达到350架天线,以阵列方式强化探测能力。针对俄罗斯天文学家的探测结果,SETI研究所两名研究人员先后发表文章,给所获无线电信号来自外星智慧生命的可能性“泼凉水”,同时宣布艾伦射电望远镜阵列从8月28日晚开始对HD164595恒星系方向进行探测。

其实这个信号是来自于一个重复的快速射电暴,虽然它的本质我们还不完全清楚,可以肯定和外星人没有什么关系。

 

开普勒项目:探照外星文明所在的行星

我们知道,行星本身是不发光的,只能反射来自恒星的光芒,因此两者在亮度上差异悬殊。如果把恒星比作强光探照灯,行星最多只能算是萤火虫,还是紧贴在探照灯灯罩上环绕它飞行的萤火虫。于是,寻找外星文明可能落脚的行星,就类似于遥望探照灯光,去确定那里有没有萤火虫在飞舞。

显然,想用望远镜直接看到那些萤火虫是不太现实的,因为萤火之光会被探照灯耀眼的光亮所淹没。不过有些时候,萤火虫也会从探照灯前方飞过,小小的身影会短暂遮挡部分探照灯的光芒。在远处观察的我们,就会发现探照灯的灯光突然暗了一下——虽然幅度极小,却足以令我们察觉到了。

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开普勒11(Kepler-11)艺术概念图。开普勒11 是一颗类似太阳的恒星,位于天鹅座,距离地球约 2000 光年,至少有 6 颗公转周期很短的外星行星围绕该恒星运转。这颗恒星是开普勒太空望远镜在小范围巡天时发现的。从地球的方向观察开普勒11 的 6 颗行星会发现,所有行星在凌日时会从恒星盘面通过;且这些行星位置和地球上观测者观测方向的夹角小于 1 度。开普勒11 是第一个被发现的同时有多于 3 颗行星凌日的外星行星系统。

行星围绕恒星公转的轨道,要比萤火虫的飞行路线规则得多,因此这样的现象会周期性出现。开普勒望远镜就是用这种方法来寻找外星行星的。自 2009 年升空以来,它便一刻不停地监测着大约 15 万颗恒星,记录它们亮度上的细微变化。如果观察到某颗恒星出现周期性的星光变暗,至少观察到 4 次之后,便可以确定那里存在一颗我们看不见的行星。

然而,找到了外星行星也还是不够的。行星是否适宜生命生存,要看它距离恒星是否恰到好处——距离太近,行星就会过热,水会被彻底蒸干;距离太远,行星则会太冷,水会被完全冻结。每颗恒星周围都存在这样一个既不太近、也不太远的区域,被称为 “宜居带”。只有在宜居带内环绕恒星公转的行星,液态水才有机会在它的表面长期存在,类似我们这样的生命也才有机会在那里诞生、繁衍和演化。

2011 年 12 月 5 日,开普勒任务组宣布,他们首次在另一颗恒星的宜居带中找到了一颗行星。这颗行星被称为 “开普勒-22b”,距离地球大约 600 光年,围绕母星公转一圈需要 290 天。它的半径仅有地球的大约 2.4 倍,是迄今为止在宜居带中找到的外星行星中体积最小的一颗。不过,天文学家仍然无法确定,开普勒-22b 就一定适宜生命生存,因为除了到恒星的距离以外,其他因素也会影响一颗行星是否宜居,比如行星的大小。

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目前世界上最大的可移动射电望远镜,绿岸射电望远镜(The Robert C. Byrd Green Bank Telescope,GBT)。该望远镜约 43 层楼高,直径 110 米,望远镜的反射面由 2000 多块小反射板拼接而成,整个系统使用了精密的自动控制技术,它同时也是当年最早用来搜寻外星人信号的射电望远镜。绿岸位于人烟稀少的弗吉尼亚州边界,周围的群山是天然的无线电波屏障。为了排除一切可能的干扰,一丝微波,汽车发动机的一个火花在这片区域内都是绝对禁止的(mwvastronomy.net)

相对于地球而言,开普勒-22b 还是稍大了一些,体积超过地球 10 倍以上。这么大的行星,天文学家无法确定它是否像地球一样,是一颗主要由岩石构成的固态星球。如果它更像是太阳系里的天王星和海王星,我们人类或者类似的生命便无法在那里 “立足”,因为那样的星球主要由气体构成,根本不存在陆地和海洋这种概念。只有体积与地球类似,甚至更小的行星,天文学家才能断言它们是类地行星,拥有固体的表面。

就半个月后,即 12 月 20 日,开普勒任务组再次宣布,他们找到了这样的行星,而且找到了两颗!这两颗行星围绕距离地球约 950 光年的同一颗恒星运转,其中 “开普勒-20e” 比金星略小,半径是地球的 0.87 倍,“开普勒-20f” 则比地球略大,半径是地球的 1.03 倍。不过可惜的是,这两颗确凿无疑的类地行星,都不在恒星的宜居带中。它们距离母星太近,表面温度都高达好几百摄氏度,不适宜我们这样的生命生存。

这两项发现,无论是对于开普勒望远镜来说,还是对于人类寻找外星文明的历程来讲,都具有里程碑式的意义,因为距离真正找到一颗适宜生存的类地行星似乎只有一步之遥了。不过,找到这样一颗行星并不是天文学家把开普勒望远镜送入太空的首要目的。通过对这 15 万颗恒星的小规模抽样调查,天文学家想弄清楚银河系中有多少恒星拥有行星,又有多少行星适宜生命生存。

迄今为止,开普勒在这些恒星周围共发现 2326 颗疑似行星的候选者,其中有 48 颗可能位于 “宜居带” 中。尽管还有待进一步证实,但这一数字意味着,大约 10% 的恒星都有行星在其宜居带中环绕它们运转。换句话说,德雷克公式中的第二和第三项因素,未来几年内将被确定下来,恒星周围拥有宜居行星的概率很可能不低。

了解更多信息,可以访问 NASA 开普勒项目官网

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[上] 开普勒望远镜发现的候选行星数量,其中,地球大小的行星有 68 颗,“超级地球”指体积介于地球与海王星之间的行星,“超级木星”指体积比木星还大的行星(nanopatentsandinnovations.blogspot.com)[下]开普勒望远镜发现的候选行星分布图,右边方块区域为开普勒望远镜的视场,位于银河系中天鹅座与天琴座之间的区域(NASA/Kepler Mission/Wendy Stenzel,via alum.mit.edu)

RATAN-600是一台口径达到576米的射电望远镜,看起来好像比中国即将启用的FAST还要大,但它的反射面不是一个完整的球面,而是只有外围的一圈环面。跟FAST一样,RATAN-600也是固定在地面上无法移动的射电望远镜,只能通过地球的自转带着它扫描一部分天空,接收来自那个方向上的无线电信号。

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类似的一幕在历史上不断上演,就像50多年前,Bell发现了一个周期性射电信号,也有人怀疑这个信号是来自“小绿人[1]”(作者注:在五六十年代新闻中经常用“小绿人”代指外星人),而其实它是来自脉冲星。

  迄今为止,我们的多数实验是使用大型无线电天线,用于窃听其它地外文明发射的无线电信号,这种方法在1997年科幻电影《接触》中得到形象地说明。不同于其它关于外星人的粗糙作品,电影《接触》描述了我们如何非常精确地搜寻地外生命,尽管如此,这部电影强化了一种共同信念:SETI实践者通过静态宇宙搜寻异常模式,例如:一串质数。事实更加简单,我们正在一直搜寻窄带信号。

他们究竟在哪里?

可是,如果适宜生命的环境在银河系内相当普遍,那么 “他们在哪里” 呢?这是诺贝尔物理学奖得主、大物理学家恩里科 · 费米在 1950 年,在德雷克启动外星文明搜寻计划的 10 年之前,就提出的一个问题。他问的,不是地球以外生命存在于何处,而是外星智慧生命为何没有造访过地球——或者说,为什么我们找不到他们来过地球的可靠证据。

毕竟,就算以人类目前慢如蜗牛的飞行速度展开宇宙大航海时代,也只需要 500 万到 5000 万年就能殖民整个银河系。虽然看似漫长,但跟宇宙上百亿年的历史相比,这不过是转瞬之间。更何况,人类文明短短几千年就发展到如今这个地步,如果有智慧文明在技术上领先我们上万乃至上亿年,他们为什么还没有占领我们的地球呢?

这个问题的答案,可能就隐藏在德雷克公式的后一半因素之中——即使环境适宜,生命的诞生或许也堪称奇迹;即使生命出现,演化出智慧或许也极为罕见;即使智慧出现,发展出技术文明的或许也只有凤毛麟角;又或许,技术文明并不罕见,但它们都如昙花一现,没能存活多久便烟消云散了。

对于这些因素,科学家仍摆脱不了 “基本靠蒙” 的尴尬境地。但对于外星文明的搜寻、对于外星宜居类地行星的探索,或许能让我们更清楚地认识到,人类文明的出现即使是在浩瀚的宇宙之中,可能也是一个并不多见的一个奇迹。

探索仍在继续,我们或许终将找到外星文明,或者证明自己确实是孤独的——如果在此之前,人类文明还没来得及消亡的话。

文章题图:Getty Images

betway必威官网手机版 12俄罗斯的RATAN-600射电望远镜,固定在地面无法转动,只能随地球自转扫描某个方向上的无线电信号。图片来源:SETI.org

依照SETI研究所资深天文学家塞思·肖斯塔克的解释,HD164595恒星系内已知有一颗行星,体积与地球所处太阳系内的海王星相当,运行轨道相距恒星过近,不利于生命产生和延续。另外,依据所获无线电信号的强度推算,如果信号源对所有方向发射,单位时间内所需功率超过地球所获全部太阳光照射几百倍;如果信号源对地球定向发射,所需功率将与人类全部能源消耗处于同一数量级。肖斯塔克说,俄罗斯天文学家探测39次,只有一次接获信号,是“一件有趣的事情”,但可以有多种解释,包括地面信号干扰。

为什么一提到外星人大家都这么好奇呢?因为作为唯一已知的智慧生命,我们人类都很关心这些问题:外星人存在吗?他们在哪儿?我们能接收到外星人的信号吗?

 

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果壳科技视点微博: http://t.sina.com.cn/guokrsciblog

2015年5月15日,RATAN-600接收到了一个无线电信号,波长为2.7厘米,信号强度估计为0.75央斯基。接收到信号的具体时间是恒星时18:01:15.65,恰好是恒星HD 164595随着地球自转而从RATAN-600观测视场中经过的时刻。接收到的信号强度则是先增强后减弱,也刚好与HD 164595进入视场再移出视场的过程相符。

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费米悖论:外星人都在哪儿

  “窄带信号”在信号传输中更容易被发现,它类似于激光指示器,尽管它只有几毫瓦的功率,但是看上去很“明亮”,因为能量聚集在一个狭窄的波长范围之中。

HD 164595是一颗与太阳非常相似的恒星,不光是大小、亮度和表面温度相似,就连恒星的年龄也相差无几,一些天文学家甚至称它为太阳2.0。这颗恒星已知拥有一颗行星,质量相当于地球的16倍,每40天环绕这颗恒星公转一圈。从大小和所处位置可以判断,这颗行星与地球完全不同,不适合我们这样的生命在那里生存。当然,这颗恒星很可能拥有其他未被发现的行星,或许有一颗适合生命生存。

SETI研究所首席研究员弗兰克·马尔基斯8月30日以博客形式发表文章,题为“让我们小心应对‘外星文明’信号”,提出多项疑问,包括信号没有重复出现和RATAN-600射电望远镜容易受到地面信号源干扰。他举出一个实例:2015年,在澳大利亚帕克斯天文台,天文学家们短暂探测到信号,最终发现来源是其中一人在一台微波炉完全停止运行前打开了炉门。

1950年,在一个午餐聚会的讨论中,著名物理学家Enrico Fermi 向他的同事提出了一个问题,外星人都在哪儿?我们的银河系有几千亿颗恒星,如果它们都有行星,那么肯定会有智慧生命存在,宇宙的历史那么长,如果这些智慧生命一直存续下去,他们早已经能够遍布整个银河系了,为什么我们还是没有发现他们存在的证据?这就是著名的“费米悖论”。不过,据说这些论点并不是费米提出的,而是天文学家Michael Hart和物理学家Frank Tipler先后提出的。

 

尽管吉尔斯特在文章中特别强调,“没有人宣称这个信号是地外文明所为”,但并不妨碍这条消息被炒作成“有生之年系列的超级大新闻”,在公众号或者朋友圈里吸引大家的眼球。

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  一个现代SETI接收器同时检测数千万甚至数亿个频道,每个频道的带宽可缩至1赫兹,该带宽比电视信号狭窄500万倍,缺少携载信息的能力。但是这种窄幅带宽有助于探测发现外星人的活动踪迹,之后一个更大的仪器设备将用于挖掘更多的调制信息。

betway必威官网手机版 16俄罗斯射电望远镜接收到的信号。红色线条为实际接收到的原始信号强度,绿色曲线则是假设信号源自恒星HD 164595的话,理论上预期应该接收到的信号强度变化。图片来源:Bursov等人。

马尔基斯认为“异乎寻常的断言需要异乎寻常的证据”,因而确认俄罗斯天文学家所获信号来自外星文明需要3个步骤:世界其他地点至少1台射电望远镜必须探测到相同信号,对信号所作分析必须排除它来源于人类活动,重复获得的信号附带某种内容信息。肖斯塔克和马尔基斯提到,俄罗斯天文学家探测到信号以后没有立即通报同行,失去了在最初阶段验证来源和排除信号干扰可能性的时机。

(图片来源:作者自制,借用哈勃极深场图像制作)

 

那么,这个信号真是HD 164595附近一个技术发达的外星文明发出的吗?美国SETI研究所的资深天文学家赛思•肖斯塔克(Seth Shostak)在SETI官网上发布了一篇文章,从技术角度提出了他的观点。

(图片来源:作者自制,借用哈勃极深场图像制作)

  SETI传统上使用两种方法搜寻外星人,一种是尽可能多地扫描宇宙空间,另一种是聚焦邻近的恒星系统。你可能认为前者会有一定优势,因为它对外星人的位置没有任何假设,但事实上宇宙扫描的大部分时间都花在勘测虚无的空间。如果你赞同传统观点,认为外星人很可能生活在行星或者卫星上,那么最好是将珍贵的望远镜扫描时间用于检测邻近的恒星系统。

首先,信号未必来自于恒星HD 164595。肖斯塔克在文章中解释说,由于设计方案奇葩,RATAN-600射电望远镜的视场是一个南北延伸的长方形区域。确实,信号出现时,HD 164595刚好经过RATAN-600的视场,但这个长方形区域里的其他任意一点也都有可能是信号的来源。目前还无法断言信号就是从这颗恒星发出的。

后来,还有不少科学家基于一些假设计算一个智慧文明殖民整个银河系需要多少时间。James Trefil 和Robert Rood认为只需要3000万年,而Carl Sagan计算出需要50亿年。当然这些数字的实际意义并不大,因为计算基于的很多假设不确定性太大。虽然“费米悖论”还存在争议,但是人类一直孜孜不倦地追问和费米同样的问题:外星人都在哪儿?

 

其次,信号本身的性质也不确定。肖斯塔克介绍说,RATAN-600接收器的频宽达到1GHz,比经常用来进行SETI搜寻的设备宽了足有10亿倍,甚至比电视信号的一个频道还要宽200倍。频段很宽的无线电信号,有可能源自宇宙中的一些自然现象。地球上一些人为因素的干扰也可能产生这样的信号,比如人造卫星正利用这个很宽的频段中的某个频道,向地面传输信号。此外,0.75央斯基的信号无论如何都算不上强,只是一个微弱的信号。当然,也可能信号本身较强,并且集中在很窄的频段之内,然而这件事已经无从考证了。

德雷克方程:我们能接收到多少地外文明信号?

  当前的一个扫描目标是SETI研究所的红矮星勘测,它是采用艾伦望远镜阵列进行观测,这是一个由42个天线组成的阵列,位于美国加利福尼亚州卡斯卡德地区。我们在一份名单上列出了2万颗小型恒星,它们是潜在宜居行星的主要候选恒星系统。这些红矮星通常是存在数十亿年的恒星,这些恒星的进化史类似于太阳,或许该恒星系统中潜在着某些类地行星,像地球一样,随着时间的推移,从远古显微等级的黏液,至高科技等级的人类社会。天文学家分析称,大约有一半的红矮星可能在宜居带潜在着一颗岩石星球,其温度条件可以维持液态水存在。

betway必威官网手机版 17RATAN-600射电望远镜的视场,在接收到信号的11GHz波段,是一个20角秒x2角分的长方形。借用上面这张哈勃超深空场照片,RATAN-600的视场大小就相当于黄线所示的天区范围,其中有无数星系。信号可能源于黄线内的任意一点,无法断定来自于其中的某一颗恒星。图片来源:NASA

早在人类刚刚开始使用无线电波的年代,当时的科学家们比如Heinrich Hertz, Nikola Tesla和Guglielmo Marconi就很有预见性地认为,无线电波可以作为行星际之间的通讯手段。1919年,Marconi在一次实验中接收到一个奇怪的信号,他试图研究这个信号是不是来自火星,当时还引起了很大的社会轰动,因为在那个年代火星人还是各种科幻故事的主角。一百年后,大家依旧对“奇怪”的射电信号有着浓浓的兴趣,只不过主角在不断地变换。

 

对于肖斯塔克来说,当务之急是用其他射电望远镜证实这个信号。SETI研究所已经使用Allen望远镜阵对这颗恒星展开观测,不过有可能为时已晚。

1958年刚刚从哈佛大学毕业的博士Frank Drake来到了Green Bank天文台,刚开始Drake只是寻找一些普通的天体作为射电天文的观测对象。比如在1959年他第一次发现了由于木星的磁场捕获带电粒子产生的辐射带。

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这个信号是2015年5月接收到的,如今14个月过去了,它再也没有出现过。按照SETI项目常用来表示一个信号重要程度的Rio指数,只由单个研究团队利用单独一台望远镜仅仅接收到一次的信号,评分只能打到1分(无意义),最多2分(意义不大)。接收到这样一个信号,标准做法应该是立即知会参与SETI计划的其他科学家,动用其他望远镜来证实他们的观测。可惜,接收到信号的那些科学家并没有这么做。

同年,Giuseppe Cocconi 和 Philip Morriso在《自然》杂志发表了一篇题目为《Searching for Interstellar Communications》 论文建议利用射电望远镜搜寻有特征的窄带射电信号,这种信号可能来自外星文明的通讯,而且他们建议天文学家在1420兆赫兹这个频率进行搜寻,因为这个频率对应于氢原子的发射线,而氢是宇宙中最为普遍的元素。这篇文章为之后搜寻地外文明的试验指明了一个方向,可以说是该领域奠基性的论文。

在俄罗斯亿万富豪尤里·米尔纳(Yuri Milner)的资金帮助下,美国加利福尼亚州大学伯克利分校的SETI研究组租用绿岸望远镜和帕克斯射电望远镜,这是一项长达10年太空项目,叫做“突破性倾听(Breakthrough Listen)”,可适用于观测单个恒星系统。

betway必威官网手机版 19经典科幻电影《超时空接触》中,天文学家利用射电望远镜接收到了来自外星文明的无线电信号。而俄罗斯接收到的这个信号,目前还没有得到再次观测的证实。图片来源:《超时空接触》电影截图

也许受到这篇文章的启发,Drake和他的同事们进行了一个名为“Ozma”的研究项目,将一个口径25米的射电望远镜指向了邻近[2]太阳系的两颗恒星Tau Ceti 和 Epsilon Eridani。他们在两个月的观测中确实接收到了一些不同寻常的信号。不过,后来仔细分析,他们发现信号是来自高空飞行的飞机。这个项目是有科学记录的人类第一次开展搜寻地外文明的试验,从此拉开了人类搜寻地外文明的序幕。

 

退一步讲,假设信号来源于HD 164595,根据接收到的信号强度,肖斯塔克能够估算出发出这个信号需要多大功率。如果信号朝着四面八方向宇宙广播,所需功率必须达到1020瓦特,比照射到地球上的所有阳光带来的能量还高数百倍,远远超过人类文明的技术水平。

在1961年的一次关于搜寻地外文明的小型研讨会上,Drake提出了著名的Drake方程。这个方程第一次定量的估计了我们能接收到地外文明信号的数量,它考虑了恒星形成,行星形成以及一些其它影响智慧生命存在和发展的因素。

  虽然这些努力与几十年的太空勘测计划十分相似,但它们并不是过时的SETI计划。数字信息快速处理意味着可以检测大量的无线电信号,科学家使用艾伦阵列望远镜,可以同时检测出许多恒星系统。该阵列现在可以同时检测3颗恒星,但是增强的计算处理能力可以检测到100多颗恒星,在20年之内,SETI实验将能够完成100万颗恒星系统的勘测任务。目前,SETI研究所的法兰克·德雷克(Frank Drake)和卡尔·萨根(Carl Sagan)等著名专家评估称,银河系内存在着1万至100万个广播群体,如果该评估是正确的,未来将有100万个恒星系统值得勘测发现。因此,如果SETI的假设是有价值的,我们或许几十年之内能够发现外星人的无线电信号。肖斯塔克说:“如果是那样的话,我将不必为一杯咖啡买单。”

如果信号专门朝着地球方向发射,所需功率就能够大大降低,但也仍然需要超过1万亿瓦特,相当于全人类总的能量消耗。不过肖斯塔克表示,很难理解为什么那里会有外星文明专门朝地球发射这么强的信号,毕竟HD 164595距离地球将近100光年,我们无意间泄露出去的电视或雷达信号还来不及传到那里,向他们透露人类文明的存在

这个方程写成:

 

所以,归根到底,这个信号有可能是外星文明发来的问候吗?当然有可能。不过,还有许多其他说法能够解释这个信号,包括地球上人为信号的干扰。用肖斯塔克的话来说,在这个信号得到再次验证之前,只能说它还挺有意思的,仅此而已。

N = RfpNeflfifcL

  此外,科学家一直进行多样化勘测,在过去二十年里,一些SETI研究人员使用传统光学望远镜寻找来自恒星的超短激光束。从许多方面来讲,外星人更有可能通过脉冲光通信,而不是无线电信号,这也是人们转向光纤进行互联网接入的原因,至少从原理上,它可以每秒发送10万倍无线电的每秒比特数。这些所谓的SETI实验仅限于观测一个恒星系统,但是像其它无线勘测设备一样,随着新技术的快速发展,我们将对更广阔的太空区域进行勘测,并且勘测速度会更快。

其中N是银河系中能够被探测到电磁波信号的文明的数目,R是平均恒星形成率,fp是存在行星的恒星比例,Ne是适宜生命的行星数目,fl是在这些宜居行星中确实出现生命的比例,fi是其中出现智慧生命的比例,fc是智慧生命拥有星际通讯能力的比例,L是这样的文明持续发射电磁波信号的时间。

 

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  肖斯塔克指出,同时,物理学家也提出了全新的通讯模式,例如:中微子和引力波模型。我和SETI的同事也对这些通讯模式进行了研究分析,但是目前我们还没有看到它们的潜力价值。从本质上讲,中微子和引力波很难创造和探测。在自然条件下,它源自恒星坍塌或者黑洞合并。向太空发射“您好!地球!”这个问候信息需要巨大能量,即使对于一个支配星系资源的地外文明也是如此。

Drake方程 (图片来自于seti.org)

 

Drake方程 (图片来自于seti.org)

  “冰立方(IceCube)”是美国威斯康星大学在南极洲设置的大型中微子探测器,它只对超高能量粒子敏感,而这些粒子恰恰是制造成本最高的粒子。在其运行的所有年份里,该探测器仅能探测到几十个这样的粒子。至于引力波,激光干涉引力波天文台能够在黑洞碰撞的最后一秒时间里探测到黑洞,很难想像外星人会为了一秒时间的信息而将两个巨大黑洞碰撞在一起。

根据这个方程,Drake非常粗略地推测银河系内N大约为10000,也就是说,人类大约能收到10000个不同的“外星人”发出的信号。其实除了恒星形成率,其它参数在当时连一个靠谱的猜测都没有,比如直到90年代,人类才第一次发现太阳系外的行星,何谈估计存在行星的恒星比例,因此Drake估计的数字并没有太大的参考意义(

 

但是Drake方程第一次引领人们科学的思考搜寻地外文明的问题,把一个看似无从下手的问题,转变为一个个可以估计的参数。后来Drake成为搜寻地外文明领域奠基者之一,被称为“搜寻地外文明科学之父”。2001年,SETI研究所成立[3]到外星人发出的实信号吗,他们到底在何地。了一个奖项就是以Drake的名字命名,用以奖励在地外文明搜寻方面做出突出贡献的科学家。

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搜寻地外文明: 争议与探索

还有一个完全不同的方法,寻找远古生命迹象,例如:一个先进文明社会的工程项目,但是该方法有待于进一步探索。一些天文学家认为,一种外星人超级结构,可能是一种收集能量的“戴森球”,它是解释KIC 8462852恒星神秘变暗的有力解释,但是该观点存在较大的不确定性,目前还没有确凿的证据支持该观点。

即使存在使用无线电波进行通讯的地外文明,我们也不知道他们在哪儿、他们使用什么频率进行通讯。因此这种观测需要搜寻很多的天区同时需要搜寻很宽的频率范围(不是仅仅局限在氢线的频率),花费大量的观测时间,当然,也需要很多钱……

 

NASA曾经在七十年代开展了一系列有关搜寻地外文明(search for extraterrestrial intelligence,SETI)的项目,但是在1981年被国会叫停了,有参议员认为SETI项目不可能得到什么结果,是浪费纳税人的钱;在著名的天文学家Carl Sagan的游说下,国会于1983年又重新恢复了资助。

  同时,我们也可以想像外星人可能会在我们的太阳系中留下时空胶囊,或许是数百万年前或者是数十亿年前,假设我们的星球最终会进化形成一种能够找到它们的物种,拉格朗日点是地球、月球和太阳引力的平衡位置,因此可以在拉格朗日点放置一个物体,类似这样的位置将成为外星人制品的“狩猎场”。

1992年10月12日,NASA开始了一个名为“高分辨率微波巡天”(High Resolution Microwave Survey)的项目,目的就是搜寻地外文明信号,这一天是哥伦布发现美洲的日子,选在这天可见NASA的用意深远。这个项目为期10年,预算为1亿美元,包括两个部分:全天巡天和定点搜寻。其中定点搜寻是利用口径300米的Arecibo射电望远镜针对邻近的恒星进行监测,这是当时世界上最大的射电望远镜。但是项目运行了一年之后,国会就中止了资助,同样还是有议员认为SETI项目没有结果。这一中断竟然长达25年,直到2018年,国会才给了NASA 1千万美元用于搜寻地外文明的项目。

    另一个思路是我们应当搜寻星际火箭的高能量废气,飞行速度最快的航天器很可能使用最有效的燃料:正常物质结合反物质。它们的破坏性“燃烧”不仅使航天器以接近光速的速度穿越太空,而且还会产生我们能够探测到的伽马射线废气。火箭能以相对较快的速度穿过天空,从而能够与自然伽马射线源相分离。

除了美国,其他国家也有过搜寻地外文明的项目,主要是前苏联。他们于1971年和1981年分别在亚美尼亚和爱沙尼亚举行过相关的国际会议。在美国,除了政府资助的NASA,民间也有很多大学和研究机构开展了很多搜寻地外文明的项目。

   关于外星人制品最吸引人的地方在于它们并不会随着时间而消失,相比之下,搜寻外星人信号,你需要及时启动勘测设备,但是很难搜寻到外星人的无线电脉冲、激光束或者中微子脉冲。如果外星人在恐龙统治时期就接触到地球,那么搜寻外星人的无线电脉冲信号、激光束或者中微子脉冲是无济于事的。但是搜寻外星人留下的制品也颇有难度,太阳系之外的任何“人造物体”必须非常大才能观测到。

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   SETI研究的并非传统科学问题,一些假设可以被证实是错误的,我们永远不能证明外星人的不存在性,只能证明他们在哪里。我们搜寻外星人的能力将随着每一项技术创新而不断提高,我可以将该情况比作1491年,当时欧洲文明已存在大约2500多年,然而当时地图上并未标注出美洲大陆。中美洲文明,就其本身而言已存在了很长时间,但是当时的中美洲居民也不了解大洋彼岸存在着什么。当哥伦布驾驶着“平塔号”船发现这片神秘大陆时,一切都变了。

图片来源:视觉中国

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图片来源:视觉中国

1984年11月,Tom Pierson和Jill Tarter成立了一家名为SETI研究所的非盈利性组织,从名字就能看出来,该研究所主要目标就是搜寻地外文明。它的第一任理事包括 Frank Drake, Andrew Fraknoi, Roger Heyns, and William Welch,其中Drake是理事会主席。后来包括 Carl Sagan, Lew Platt和 诺贝尔奖获得者Baruch Blumberg(1976年生物医学奖) 和Charles Townes(1964年物理学奖)都曾经是理事会成员。

SETI研究所曾经承担了很多NASA的和搜寻地外文明相关的研究项目, Jill Tarter还曾担任“高分辨率微波巡天”的项目科学家。当NASA的相关研究经费被终止之后,这些人在SETI研究所另起炉灶,成立一个名为“凤凰”的项目(Project Phoenix),由Jill Tarter领导,该项目的经费大多来自于私人捐助,其中包括很多当时科技界的大佬,比如英特尔的联合创始人Gordon Moore,惠普的联合创始人Bill Hewlett和微软的联合创始人Paul Allen。

可以认为“凤凰”项目是被NASA砍掉的“高分辨率微波巡天”项目的继任者,该项目采用的观测策略是定点搜寻,先后利用澳大利亚64米的Parkes望远镜、Green Bank天文台的42米射电望远镜和Arecibo望远镜进行观测。

由于Arecibo望远镜观测时间分配很紧张。“凤凰”项目在6年之间只观测了100多天。SETI研究所希望拥有望远镜专门用于搜寻地外文明的观测。科学家们计划建造一个拥有350面天线的射电望远镜阵列,这个望远镜以赞助者Paul Allen的名字命名,叫做Allen Telescope Array,简称ATA。这是一个非常庞大的项目,不可能一蹴而就,他们决定先建设一个小的阵列,然后逐步扩大。2007年,第一批42面天线建造完成,每个天线的口径为6米。ATA是第一个专门为了搜寻地外文明信号所设计的大型射电望远镜。

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Allen Telescope Array (图片来自于Seth Shostak/SETI Institute)

Allen Telescope Array (图片来自于Seth Shostak/SETI Institute)

SETI@home:找外星人 人人上阵!

除了望远镜和观测时间,SETI的研究还面临一个问题--数据分析。因为细致地分析数据所需要的计算能力实在太大,当时他们没有经费建造或者购买一台拥有这样强大能力的超级计算机。加州大学伯克利分校的两个计算机科学家David Gedye 和 Craig Kasnov想到了用分布式计算来解决这个问题。

1999年,他们上线了一个名为SETI@home的项目,想利用联网的个人电脑来帮助分析Arecibo望远镜的观测数据,这些数据来自加州大学伯克利分校的一个SETI项目,名为“SERENDIP”(Search for Extraterrestrial Radio Emissions from Nearby Developed Intelligent Populations)。把软件安装在个人电脑上,当电脑闲置的时候,这个软件就会自动下载数据,然后进行分析,产生一些图像,看起来就像屏幕保护一样。坐在家里就能搜寻外星人的信号,这个想法让人听起来就觉得很酷,所以该项目上线之后,民众的热情非常高,吸引了数百万的用户使用。

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SETI@home的软件产生的数据分析图像 (图片来源:SETI@home, UC Berkeley SETI Team)

SETI@home的软件产生的数据分析图像 (图片来源:SETI@home, UC Berkeley SETI Team)

SETI@home可以说是最为成功的一个公众参与的分布式计算项目,后来科学家以此为基础开发了一个名为BOINC的分布式计算平台,用于不同学科的分布式计算,比如生物医学、药物研发、数学、密码学甚至大型强子对撞机的数据分析。2005年,SETI@home项目也转到BOINC平台上,一直运行到现在。

更宏伟的计划:“突破聆听”

2015年,俄罗斯的亿万富翁Yuri Milner发起了一个名为“突破计划”(Breakthrough Initiatives)的项目,联合多位著名的科学家,包括Stephen Hawking、Martin Rees、Ann Druyan和Frank Drake,旨在寻找一个问题的答案:Are we alone ?其中的一项计划名为“突破聆听”(Breakthrough Listen),就是利用望远镜搜寻地外文明的通讯信号,这项计划将耗资1亿美元,搜寻距离我们最近的1百万颗恒星以及距离最近的100个星系,这将是迄今为止最为庞大的搜寻地外文明计划。

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图片来源:https://www.shutterstock.com/

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betway必威官网手机版,这些观测已经相继开展,使用的望远镜包括100米的GreenBank,64米的Parkes等射电望远镜,还利用Lick天文台的APFT(Automated Planet Finder Telescope)望远镜试图搜寻地外文明的光学激光信号,因为激光也是一个很好的通讯手段,地外文明也有可能使用激光进行通讯。

零记录:外星人“信号”还没有出现

很多人看到这里,都会想问,你说了这么多,我们人类到底有没有接收到外星人的信号?很遗憾,答案是没有。

虽然科学家们付出了这么多努力,探测到过很多“有趣”的信号(包括开头提到的快速射电暴),但是迄今还没有确切的证据表明有信号是来自地外文明。但是我们也只拥有有限的几种手段,搜寻了很小一部分范围。对此,Jill Tarter打了一个很好的比喻,“如果你的问题是,‘海里有鱼吗?’你舀了一杯水,看了看没有鱼,我觉得你不会因此就得出结论说海里没有鱼。”

当然也有一些“疑似”的事例,最著名的就是1977美国天文学家Jerry Ehman发现的“Wow!”信号,它的频率就在1420兆赫兹,但是这个信号只持续了72秒,而且之后在那个方向上就再也没有探测到过。在2012年,“WoW!”信号发现35周年之际,受国家地理频道的请求,Arecibo天文台向“WoW!”信号的方向发射了一束无线电波,包含了10000条Twitter的信息。

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“Wow!”信号 (来自Ehman的手稿。红圈中的“6EQUJ5”代表信号信号强度随时间的变化。)

“Wow!”信号 (来自Ehman的手稿。红圈中的“6EQUJ5”代表信号信号强度随时间的变化。)

还有一些其它的“疑似”事例最终被证明是来自我们人类的信号,比如Drake最早的搜寻。最近的一次发生在2016年,俄罗斯和意大利的天文学家宣称利用俄罗斯的一个射电望远镜接收到一个“可能”的外星文明信号,来自在一个距离我们94光年远的和太阳类似的恒星HD164595,而且这颗恒星是有行星围绕的,后来其它的射电望远镜也对该恒星进行了观测,但是没有探测到类似的信号,最后该信号被认为是来自一颗军方的卫星。

奇怪的天体:特殊的搜寻对象

虽然没有搜寻到外星人的信号,但是最近几年天文上有好几例有趣的发现都和外星人扯上了关系,成为SETI的搜寻对象。

恒星KIC 8462852

2015年天文学家Tabby Boyajian发现了一颗光变模式非常诡异的恒星KIC 8462852,各种模型都无法解释它的光度变化,宾夕法尼亚州立大学的副教授Jason Wright提出了这有可能是高级的外星文明建造的类似戴森球的结构,用于收集恒星的能量,当然我们现在还无法验证这种说法。

Wright和Boyajian一起合作,利用不同的望远镜继续对这颗恒星进行监测,他们也使用射电望远镜搜寻来自这颗恒星的窄带射电信号,SETI研究所也利用ATA望远镜进行了搜寻,但是都没有找到。加州大学伯克利分校的Nate Tellis在2017年利用Keck望远镜搜寻它的光学激光信号,也没有探测到。但是恒星KIC 8462852依然是SETI领域一个热门的观测对象。

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假想的戴森球结构(图片来源:

假想的戴森球结构(图片来源:

天体Oumuamua

2017年,天文学家第一次发现了一颗来自太阳系外的小天体,后来被命名为“Oumuamua”,夏威夷语中意思是“远方的信使”。这个太阳系外的访客激起了天文学家浓厚的兴趣,很多的大型望远镜都对它进行观测。

它是一个类似雪茄形状的长条形,估计它的长度可能是几百米,由于走位太过于风骚,天文学家很难解释它的运动轨迹。Jason Wright认为它可能是一艘损坏的外星人飞船,哈佛大学的著名教授Avi Loeb在一篇论文中认为它可能是靠太阳辐射压驱动的外星人飞船,当然这些说法都还只能停留在理论推测上。射电望远镜同样对“Oumuamua”进行了射电信号的搜寻,包括ATA和GreenBank望远镜,但是也没有发现什么信号。

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Oumuamua的假想图 (图片来源:ESO/M。 Kornmesser)。

Oumuamua的假想图 (图片来源:ESO/M。 Kornmesser)。

虽然历史上很多“神秘”的现象最终都被证明是自然原因造成的,而非外星人所为。但是Jason Wright认为,在搜寻地外文明领域,将天文上不同寻常的现象作为搜寻对象,是一个非常合理的策略,我们就应该重点关注天体物理不能解释的现象,如果存在大自然的机制不能产生的现象,才有可能认为是智慧文明所为。

不过对于科学家来说,把这些不能解释的现象都归结为外星文明,面临着科学哲学方面的问题,因为这种假说很难甚至根本不可能被证伪。正如Jason Wright在他的博客中写道的那样:“对于这些无法解释的现象,外星人假说应该作为我们最后寻求的解释”。​​​

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