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这才是寻找外星人的正确打开方式!

时间:2019-06-09 来源:爆炸生活元素

作者:陆渐

这才是寻找外星人的正确打开方式!

寻找着地外的“人”,审视着地上的自己

1月9日,加拿大的氢强度测绘实验(CHIME)团队发表论文,宣布重复探测到快速射电暴(Fast Radio Burst, FRB)。这个消息立刻引发了全球关注,很多媒体在没有搞清楚基础概念的前提下,已经自作主张,打上了亮眼的“外星文明信号”标签,送上了好几条热搜。

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CHIME望远镜(图:CHIME)

但据该研究团队的Shriharsh Tendulkar表示,快速射电暴“来自外星文明”的推测完全没有根据,目前掌握的快速射电暴数据还不足以找到答案。

和外星人相关的话题总能迅速吸引大众的眼球,颇有“一石惊百鸟”的效果。有时即使是很草率的阴谋论也能大把引流,拿着PS的图像或似是而非的照片就下了“发现外星人”的结论,甚至不少人声称已经和外星人取得了联系。这样的消息基本都是在“大胆假设、假装求证”的指导方针下生产出来的,经不起严谨的推敲,也通不过科学的检验,结论和科幻、甚至玄幻无异,效果却会大大地误导别人。

可以很严谨地说,目前所有声称找到外星人的消息都是不正确的,即使有个别现象尚不能定论,但也绝不是外星人存在的证据。不过错误的方法不是今天的重点,这里也不多做展示,今天的重点是“搜寻外星文明的正确打开方式”。

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(图:Discover Magazine)

SETI的探寻之路

真正寻找“外星文明”的主力一直都是科学家,他们秉承科学的态度和严谨的方法,在浩瀚宇宙中寻找着“我们不孤独”的证据。而他们用到的“装备”,是空间探测器、大型地面或者空间望远镜等,这是人类目前所能采取的为数不多的观测手段。

在相关的科学计划中,最为人熟知的就是SETI(Search for Extra-Terrestrial Intelligence,搜寻地外文明)。通常把目前搜寻宇宙其他地方存有生命证据的所有团体都统称为SETI,并不特指某个具体组织,其中著名的学术单位包括哈佛大学、伯克莱加州大学、非营利性组织SETI研究所等等。

SETI致力于通过射电望远镜等大型天文设备,接收从宇宙中传来的电磁波,探测其中蕴含的外太空“声音”,包括背景辐射、星体发出的电波以及其他杂音等,从中分析有规律的信号,希望借此发现外星文明。

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SETI研究所是全世界SETI研究活动的领导者,旨在“探索、理解并解释宇宙中生命的起源、特性和传播”

现代的射电 SETI纪元是从1959年开始的。在那年,康奈尔的物理学家Giuseppi Cocconi和Philip Morrison在《Nature》上发表的一篇文章指出了用微波进行星际通讯的潜在可能性。

1960年,康乃尔大学的天文学家Frank Drake完成首次SETI实验,他第一次将绿岸天文台的26米射电望远镜指向了天空,开始了他的奥兹玛计划(Project Ozma)。虽然这项计划最终没有检测到任何地外源信号,但他的方案成为SETI的先锋者,成功引起了其他天文学家的兴趣。

Drake后来还与年轻的Carl Sagan提出了著名的德雷克公式(Drake equation,又称绿岸公式、萨根公式/Sagan equation),后来被广泛用于估计银河系中地外文明的数量,只是因为公式中的一些变量没办法准确衡量,所以得出结果的误差也很大。

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德里克公式(图:universetoday)

SETI不仅研究“收”信息,还参与过“发”信息。1974年11月16日,为庆祝阿雷西博(Arecibo Observatory)射电望远镜完成改建,科学家透过该望远镜向距离地球25000光年的球状星团M13发射一个称为“阿雷西博信息”的讯息。其实科学家并非真的想和“外星人”取得联系,更多是为了展示设备功能和科技成就,其象征意义更大。

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Arecibo radio telescope(图:NASA)

1977年SETI使用俄亥俄州立大学的巨耳无线电望远镜收到了著名的Wow!信号,这是一个长达72秒的强烈无线电信号。它被称为“非常诡异的射电波”,因为不管是已知的自然现象或者人类活动都不足以解释它,仍然是有史以来“地外文明无线电信号”的最强候选者。

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科学家在分析数据时,惊讶地写下了“Wow!”,因此得名(图:bigear.org)

在70年代,许多射电天文学家加入了SETI的行列中来。他们对宇宙电磁波的探测技术进行了诸多改进和提高,这些技术到今天仍然在应用。这些项目主要有行星协会的META计划,加州大学的SERENDIP计划和俄亥俄州大学持久的观测计划等等。

后来NASA也参与其中,并在1988年正式支持了基于双重模式的SETI计划。1992年,NASA的SETI计划历尽艰辛正式开始,但一年之后却惨淡收场——反对声音占据了主流,美国国会暂停了资助。或许是因为SETI计划所要达到的目标,实在不是当时的人们在有生之年有希望看到的,NASA此后再也没有官方支持过SETI计划。

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NASA与SETI(图源:NASA)

这之后,SETI的代表性项目变成了庞大的凤凰计划(Project Phoenix)。凤凰计划监测1000到3000MHz的信号,频谱被分解成1Hz宽的频道,这样对每一个目标星将监测20亿个频道。吸取了前一阶段NASA失败的教训,他们精简了NASA的SETI计划,有选择地细查200光年以内约1000颗邻近的类日恒星,节省了大量资金,也符合人类对于近邻的念想。

1995年,南半球第二大射电望远镜——澳大利亚新南威尔士的帕克斯天文台(Parkes Observatory)的64米射电望远镜开始执行凤凰计划。数年后,北半球的绿岸天文台也开始参与凤凰计划,彼此之间数据共享;坐落在波多黎各的阿雷西博(就是发射“阿雷西博信息”的天文台)305米望远镜也作为重要探测工具参与其中。截止到目前,仍然未有地外文明信息被检测到。

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绿岸射电望远镜和帕克斯64米口径望远镜(图:新浪科技)

射电望远镜是一个国家重要的探测资源,即便大名鼎鼎的凤凰计划只是间歇性地使用这些射电望远镜,巨额的租赁费用也渐渐让计划的支持者苦不堪言,观测时间也受到了不小的限制。如果能有一台专门用于该计划的射电望远镜进行全天候SETI搜索,是不是能加快进度、降低成本呢?既然持续建立更大口径的射电望远镜不切实际,那何不把多个望远镜数据连接起来,构成望远镜阵使用?

这便促成了艾伦望远镜阵(Allen Telescope Array)的诞生,它由SETI研究所和加州大学伯克利分校合作研制。其名字来源于微软的联合创始人Paul Allen,他于2001年向这一计划捐资1150万美元,2004年再度捐资1350万美元,才让此望远镜阵列建立了起来。

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艾伦望远镜阵(图源:Wiki)

在SETI众多的项目中,也有作为普通人的参与部分:SETI@home。它于1999年开始实施,旨在利用成千上万台联网计算机的闲置计算能力搜寻地外文明。参加者可以下载并运行一个屏幕保护程序,让自己的计算机计算Arecibo射电信号所反馈回的数据。虽然整个计划耗资只有50万美元,却拥有强大的威力。

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SETI@home(图:Wiki)

2011年4月27日,SETI研究所所长Tom Pearson以电子邮件向计划合作者通报,因为美国政府削减支出,使得这个计划的经费严重短缺,宣布中止此计划。2011年12月5日,计划又找到办法重新恢复。

由于资金问题带来的起起落落,给SETI计划本身造成了极大的伤害,这样的停工方式特别令人痛心。外太空信号具有明显的不可预知性和瞬时性,需要连续、稳定、全方位的监测才具有实际意义,才能更具说服力。尤其是,艾伦望远镜阵列才刚刚开始观测开普勒任务中发现的许多地外行星,很有可能获得一些新的发现。SETI计划的发言人Seth Shostak用“哥伦布的旗舰刚刚出航,就被迫停回码头”来形容SETI的停工。

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Seth Shostak在做讲座(图:NASA)

突破倡议计划

而世界上对此感兴趣的某些富豪干脆一不做二不休,“老子这么有钱,为什么不自己搞一个计划?”,于是应运而生了一个叫做“突破倡议”(Breakthrough Initiatives)的项目。

2015年,俄国科技业富豪Yuri Milner正式提出了“突破倡议”计划,准备在十年内投资1亿美元来寻找外星生命。其计划用最好的设备去回答世界上最大的问题之一 ——“ARE WE ALONE(我们是孤独的吗)?”这笔雄心勃勃的支出引起了科学界的悄然争论——财富究竟能不能主导科学前进的方向?尽管有所争论,计划还是如期开展,成为全球最大SETI计划

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Yuri Milner与Stephen Hawking(图:新华网)

整个计划分为几个项目,包括:

突破聆听”(Breakthrough Listen)、

突破观测”(Breakthrough Watch)、

突破摄星”(Breakthrough Starshot)、

突破讯息”(Breakthrough Message)、

突破讨论”(Breakthrough Discuss)。

其中的“突破聆听”项目将会从超过100万个恒星系统中,寻找可能发射出来的无线电或激光信号。该计划获得了包括著名物理学家Stephen Hawking在内的众多科学家的支持,Facebook的CEO也注资表示支持。

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突破聆听官网配图(图:突破倡议官网)

跟进“突破聆听”项目的科学家将获得大量类似“搜索地外文明计划”的数据,并对大众进行开放,这样任何一个人都可以通过电台信号追踪外星文明。同时,“突破聆听”还将致力于提高人类的信号技术,找出最好的方法将信息传送到宇宙之中。

2015年7月,搜寻工作正式启动。同样是澳大利亚帕克斯天文台(Parkes Observatory)与美国绿岸天文台担纲主力,一同领导了这次前所未有的地外文明搜寻任务,同时,加利福尼亚州的利克天文台(Lick Observatory)也将对来自其他行星的光学激光传输执行最全面的搜索。在天文台签署的协议中,每年会给予天文学家数千小时的时间,使用大型望远镜“聆听”地球附近100万个恒星的行星,以及最近的100个星系。望远镜还将扫描银河系的中心以及银河平面的整个长度;工程师也将建造数字处理设备,以处理望远镜收集的大量数据。

2016年10月,“突破聆听”计划宣布,将和中国天眼(Five-hundred-meter Apeture Spherical Telescope, FAST)建立全球合作,共享数据,共同探寻宇宙中的智慧生命。在“突破聆听”计划中,100米口径绿岸射电望远镜是世界上最大的全天可动射电望远镜,64米口径帕克斯望远镜是南半球第二大射电望远镜,如果再加上全球最大的球面射电望远镜——500米口径的“中国天眼”,探测能力也将再大大增强。

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FAST天文望远镜(图:中国科学院官网)

2017年,在澳大利亚堪培拉附近,升级后的莫朗格洛河天文台合成望远镜(UTMOST),报告发现3个快速射电暴。在这一年,突破聆听计划还领导了对最可疑的天外来客——跨星际天体Oumuamua(远方使者)的监测,尽管后来证实这是一颗偏心率非常大的小行星,但这是SETI第一次主动探测一个从太阳系外飞来的神秘物体。

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Oumuamua假想图(图:NASA)

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Oumuamua运行轨道(图:NASA)

2018年,人工智能技术也被引入了“突破聆听”计划中,并发现和记录了多次快速射电暴。搜寻工作进一步扩大搜索范围。帕克斯射电望远镜对银河系中数百万颗恒星进行了逾1500小时的扫描,搜寻来自太空的神秘信号。借助由美国加州大学伯克利分校研究团队安装的新仪器,“突破聆听”计划每秒将可以处理130GB数据,并且新的接收装置可以扫描逾1300万个无线电信道。“突破聆听”计划还对银河系中心——银河系密度最大的地区之一、超大质量黑洞所在地——进行观察。

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FRB 180301数据(图:突破倡议官网)

天文望远镜的观测口径决定了其分辨率,越大的口径就能够获得越多的可用数据,但单一口径又无法做到无限大。在这种情况下,分布在各个国家和地区越来越多的观测站已经展开了更加频繁的国际合作,不断有美国、澳洲、欧洲、日本的天文望远镜加入到搜寻外星智慧生命的项目中来。他们利用长基线干涉技术连接不同地域的观测点,形成了一个相当于两地之间距离的单口径射电望远镜,从而大大提升了射电波的观测效果。

然而随着时间流逝,虽然各国科研人员加班加点、通力合作,发现过一些有趣的线索,但是依然没有发现存在外星智慧生命的确切证据。即便那些看起来似乎有些不同寻常的观测事件,也很难排除是人类科技的干扰,如无线电频率的干扰等。路漫漫其修远兮,寻找宇宙中的智慧生命必然不会是一条轻松的道路,相信“突破聆听”项目早就预料到了现状。

结语

在宇宙中,我们孤独吗?目前并不能回答这个问题。

SETI本身并没有预设是否存在外星文明,但那数不尽的繁星告诉我们,其存在的可能性是有的。既然有可能去回答上面那个令人激动的问题,怎么能不去寻找答案呢?

我们期待这些SETI项目能够取得更多更重大的发现,但即便并未搜寻到地外文明的证据,SETI的工作仍然有着积极的意义,因为它们正不断推进着射电天文学技术的边界,更新着人类对宇宙的认识。

更重要的是,搜寻本身能让局限于小小蓝色星球的人类,换一个角度认识自身。面对茫茫宇宙,人类的那些利益、烦恼和分歧显得如此渺小。正如曾任SETI研究所主任的Jill Tarter所说:即使没有寻找到外星文明,只是改变了我们看待自己的方式,也会是历史上值得铭记的一件事