我们能“听”到外星人发出的信号吗?

我们能“听”到外星人发出的信号吗?
2019年02月26日 09:50 新浪科技综合

  来源:科学大院

  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!”

图片来源:网络截图图片来源:网络截图

  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。

  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] ?#20445;?#20316;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。

  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?

  费米悖论:外星人都在哪儿

  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?#32511;?#20986;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?#32676;?#25552;出的。

(图片来源:作者自制,借用哈勃极深场图像制作)(图片来源:作者自制,借用哈勃极深场图像制作)

  后来,还有不少科学?#19968;?#20110;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?#34987;?#23384;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?

  德雷克方程:我们能接收到多少地外文明信号?

  早在人类刚刚开始使用无线电波的年代,当时的科学家们?#28909;鏗einrich 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?#25490;?#27987;的兴趣,只不过主角在不断地变换。

  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。?#28909;?#22312;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。

  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?#20197;?420兆?#20806;?#36825;个频?#24335;?#34892;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。

  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?#32943;?#30446;,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?#21040;?#25910;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。

  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?#23631;?#25105;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。

  这个方程写成:

  N = RfpNeflfifcL

  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?#26377;?#26143;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?#20013;?#21457;射电磁波信号的时间。

Drake方程 (图片来自于seti.org)Drake方程 (图片来自于seti.org)

  根据这个方程,Drake非常粗略地推测银河?#30340;贜大约为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?#31185;?#30340;猜测都没有,?#28909;?#30452;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?#23478;?#20041;(http://activemind.com/Mysterious/Topics/SETI/drake_equation.html,?#34892;?#36259;的可以在这个网站自己计算一下)。

  但是Drake方程第一?#25105;?#39046;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?#28014;薄?001年,SETI研究所成立[3] 了一个?#27605;?#23601;是以Drake的名?#32622;?#21517;,用以奖励在地外文明搜寻方面做出突出?#27605;?#30340;科学家。

  搜寻地外文明: 争议与探索

  即使存在使用无线电波进?#22411;?#35759;的地外文明,我们也不知?#28010;?#20204;在哪儿、他们使用什么频?#24335;型?#35759;。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?#21490;段В?#19981;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?#22411;?#20102;,有?#25105;?#21592;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?#25163;?/p>

  1992年10月12日,NASA开始了一个名为?#26696;?#20998;辨率微波巡天?#20445;℉igh 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?#32622;乐?#30340;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?#25163;?#21516;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。

  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?#25163;?#30340;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。

图片来源:视觉中国图片来源: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,?#29992;?#23383;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 ?#24403;?#23572;?#34987;?#24471;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?#32943;?#30446;, Jill Tarter还曾担任?#26696;?#20998;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,?#28909;?#33521;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?#27605;?#30446;是被NASA?#36710;?#30340;?#26696;?#20998;辨率微波巡天?#27605;?#30446;的继任者,该项目采用的观测策略是定点搜寻,?#32676;?#21033;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?#21040;?#34892;观测。

  由于Arecibo望远镜观测时间分配很紧张。“凤凰?#27605;?#30446;在6年之间?#36824;?#27979;了100多天。SETI研究所希望拥有望远?#24213;?#38376;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?#32622;?#21517;,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?#27573;?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。

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

  [email protected]: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?#37117;?#31639;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[email protected]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?#20445;⊿earch 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?#21487;?#32447;之后,民众的热情非常高,吸引了数百万的?#27809;?#20351;用。

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

  [email protected]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?#28304;?#20026;基础开发了一个名为BOINC的分布式计算?#25945;ǎ?#29992;于不同学科的分布式计?#24726;热?#29983;物医学、药物研发、数学、密码学甚至大型强子对?#19981;?#30340;数据分析。2005年,[email protected]项目也转到BOINC?#25945;?#19978;,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?#20445;˙reakthrough 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 ?#31185;?#20013;的一项计划名为“突破聆听?#20445;˙reakthrough 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。

图片来源:https://www.shutterstock.com/图片来源:https://www.shutterstock.com/

  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?#22411;?#35759;。

  零记录:外星人“信号?#34987;?#27809;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?#36136;?#27573;,搜寻了很小一部分?#27573;А6源耍琂ill 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?#24726;?#25105;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?#20806;齲?#20294;是这个信号?#24576;中?#20102;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。

“Wow!”信号 (来自Ehman的?#25351;濉?#32418;圈中的“6EQUJ5”代表信号信号强?#20154;?#26102;间的变化。)“Wow!”信号 (来自Ehman的?#25351;濉?#32418;圈中的“6EQUJ5”代表信号信号强?#20154;?#26102;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,?#28909;鏒rake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?#35780;?#29992;俄罗斯的一个射电望远?#21040;?#25910;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?#23548;?#32493;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?#21040;?#34892;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。

假想的戴森球结构(图片来源:http://www.capnhack.com)假想的戴森球结构(图片来源:http://www.capnhack.com)

  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?#20445;?#22799;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?#30740;?#29366;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?#23452;?#22351;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?#36136;?#20040;信号。

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?#34892;?#36947;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”。

新浪科技公众号
新浪科技公众号

“掌”握科技鲜闻 (微信搜索techsina或扫描左侧二维码关注)

创?#24405;?/h3>

科学探索

科学大家

?#36824;?#27719;

众测

来电聊

专题

官方微博

新浪科技 新浪数码 科学探索 ?#36824;?#27719; 新浪众测

公众号

新浪科技

新浪科技为你带来最新鲜的科技资讯

?#36824;?#27719;

?#36824;?#27719;为你带来最新鲜的?#36824;?#20135;品新闻

新浪众测

新酷产品第一时间免费试玩

新浪探索

提供最新的科学家新闻,精彩的震撼图片