【博科園-科學(xué)科普】80多年前人類首次有足夠的能力讓廣播電臺(tái)和電視電磁信號(hào)離開(kāi)地球深入到星際空間。如果一個(gè)生活在遙遠(yuǎn)星系的人對(duì)這些信號(hào)保持警惕，他們不僅會(huì)這些信號(hào)收集起來(lái)，而且還能馬上分析出這些信號(hào)是由一個(gè)聰明的物種創(chuàng)造出來(lái)的。1960年弗蘭克·德雷克首次提出通過(guò)使用大型無(wú)線電天線來(lái)尋找其他恒星系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)，從而催生了“SETI”外星智能生命的搜索計(jì)劃。然而在過(guò)去的半個(gè)世紀(jì)里人類已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了比廣播電臺(tái)和電視信號(hào)更有效的全球交流方式。在電磁光譜中尋找外星人是否有意義？
一個(gè)被改變過(guò)的外星星球可能會(huì)呈現(xiàn)出獨(dú)特的電磁信號(hào)，但這可能不是找到它們的最佳方法。圖片版權(quán)：Ryan Somma / flickr
當(dāng)然這個(gè)問(wèn)題是非常值得揣摩的，但同時(shí)也給了人類一個(gè)機(jī)會(huì)來(lái)審視自己的技術(shù)進(jìn)步，并且考慮如何讓這些技術(shù)在宇宙中發(fā)揮作用。畢竟如果一個(gè)文明中只精通煙霧信號(hào)和鼓聲節(jié)拍的人在森林深處發(fā)現(xiàn)了自己，他們可能會(huì)得出周圍沒(méi)有智慧生命的結(jié)論。然而如果你給他們手機(jī)，很有可能會(huì)在他們站立的地方開(kāi)始接受它，結(jié)論可能與我們所采用的方法有偏差。
本·富蘭克林（ Ben Franklin ）的電氣化實(shí)驗(yàn)的藝術(shù)表現(xiàn)。圖片：Public domain image
直到18世紀(jì)晚期人們才從本·富蘭克林的著作中開(kāi)始了解電的原理。在19世紀(jì)電力的能量才開(kāi)始被運(yùn)用到運(yùn)行電路和其他動(dòng)力裝置上，而與經(jīng)典電磁學(xué)相關(guān)的現(xiàn)象早19世紀(jì)下半葉才被理解。直到1895年通信的電磁信號(hào)才被第一次傳輸；20世紀(jì)30年代無(wú)線電廣播在星際和星際間傳播才得以實(shí)現(xiàn)。
這張照片在2011年很流行（距離現(xiàn)在已經(jīng)7年了）顯示了人類在太空中的無(wú)線電信號(hào)。光年是一段很長(zhǎng)的距離，但是我們星系中的恒星平均距離有幾萬(wàn)光年遠(yuǎn)。圖片版權(quán)：Abstruse Goose
光速也是有上限的：如果人類的無(wú)線電信號(hào)穿越星際空間已經(jīng)有80年，這意味著在我們80光年內(nèi)的文明會(huì)有機(jī)會(huì)接收這些信號(hào)，只有40光年內(nèi)文明會(huì)有機(jī)會(huì)接收這些信號(hào)并回復(fù)，如果有我們就會(huì)接收到。如果費(fèi)米悖論是“每個(gè)人都在哪里”的問(wèn)題，答案是“不在我們40光年之內(nèi)”，這并不能告訴我們宇宙中有多少智慧生命?？捎^測(cè)的宇宙中大約有兩萬(wàn)億個(gè)星系，雖然星系中可能有幾千億顆恒星，但在地球的40光年內(nèi)只有不到1000顆恒星。
在地球14光年范圍內(nèi)有幾十顆恒星，在40光年之內(nèi)恒星的數(shù)量上升到1000顆。這接近于地球發(fā)出的光信號(hào)的最大往返時(shí)間，并且是人類目前能夠接觸到宇宙的信號(hào)。圖片版權(quán)：Inductiveload / Wikimedia Commons
更糟糕的是從地球進(jìn)入星際空間的電磁信號(hào)正在減少，而不是增加。電視和廣播越來(lái)越多地通過(guò)電纜或衛(wèi)星播送，而不再是地球上的發(fā)射塔。再過(guò)一個(gè)世紀(jì)在20世紀(jì)發(fā)出的信號(hào)，很可能將不再?gòu)牡厍蛏习l(fā)出。也許一個(gè)外星文明在信號(hào)到達(dá)的時(shí)候注意到這些觀測(cè)結(jié)果，會(huì)得出這樣的結(jié)論：這顆圍繞恒星運(yùn)行的藍(lán)色水行星實(shí)際上是在很短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了智能的，技術(shù)上的進(jìn)步，隨著信號(hào)逐漸停止，可能被認(rèn)為已消亡。也許從任何形式的電磁信號(hào)中得出的結(jié)論都是錯(cuò)誤的。
夜晚的地球會(huì)發(fā)出電磁信號(hào)，但它需要一架的望遠(yuǎn)鏡才能在光年之外創(chuàng)造出這樣讓人難以置信的圖像。圖片版權(quán)：NASA's Earth Observatory/NOAA/DOD
如果從可見(jiàn)光附近的距離觀察地球，就不會(huì)懷疑地球是否有人居?。阂雇沓鞘忻髁恋臒艄鉄o(wú)疑是人類活動(dòng)的標(biāo)志。然而這種光污染是相對(duì)較新的，如果我們努力投入（如時(shí)間、金錢、人力和資源）其中，最終就能學(xué)會(huì)如何管理和控制它。沒(méi)有理由不樂(lè)觀地認(rèn)為到21世紀(jì)或22世紀(jì)的末期，地球的夜晚看起來(lái)和幾十億年沒(méi)有什么不同——黑暗，除了偶爾的極光、雷暴或火山噴發(fā)。
北極光是一種從太空中或者說(shuō)從穿越星際間的距離可以看到的短暫的現(xiàn)象。圖片版權(quán)：United States Air Force photo by Senior Airman Joshua Strang
如果不尋找電磁信號(hào)-會(huì)看到什么？事實(shí)上已知宇宙中的一切都受到光速的限制，而在另一個(gè)世界上產(chǎn)生的任何信號(hào)都需要能夠觀測(cè)到它。這些信號(hào)就人類所能接收到的分為四類：
1、電磁信號(hào)：包括任何波長(zhǎng)的光，表明有智慧生命存在
2、引力波信號(hào)：如果有一種獨(dú)特的智能生命，在宇宙的任何地方它都能被足夠靈敏的設(shè)備探測(cè)到
3、中微子信號(hào)：盡管在很遠(yuǎn)的距離有著難以置信的低通量，但會(huì)有一個(gè)明顯的特征取決于創(chuàng)造它們的反應(yīng)
4、實(shí)際宏觀的太空探測(cè)器：無(wú)論是機(jī)器人，計(jì)算機(jī)化的，自由漂浮的還是有人居住的都在朝著地球前進(jìn)
科幻小說(shuō)的想象力幾乎完全集中在第四種可能性上，這是迄今為止最不可能的！
外星人入侵的藝術(shù)表現(xiàn)，但這不是真正的外星生物。圖片版權(quán)：flickr user plaits
當(dāng)想到恒星之間遙遠(yuǎn)的距離，適宜居住的行星（或潛在的宜居衛(wèi)星）恒星有多少，將物理探測(cè)器從一顆行星繞一顆恒星傳送到另一顆行星周圍的另一顆恒星上將會(huì)花費(fèi)多少物資，認(rèn)為該方法是一項(xiàng)不錯(cuò)的計(jì)劃確實(shí)很瘋狂。更有可能的是會(huì)認(rèn)為建立正確類型的探測(cè)器，調(diào)查天空的各個(gè)不同區(qū)域，尋找能夠清楚地顯示智能生命存在的信號(hào)是很明智的。
根據(jù)1961-1990年的數(shù)據(jù)，長(zhǎng)期的月平均降水量會(huì)影響H2O濃度，從而影響地球的發(fā)射光譜。圖片版權(quán)：PZmaps / Wikimedia Commons
在電磁波譜中會(huì)隨著地球的季節(jié)變化做出相應(yīng)的反應(yīng)。隨著冬季和夏季的到來(lái)，地球發(fā)出的電磁信號(hào)發(fā)生了季節(jié)性的變化。地球上不同地方的顏色也會(huì)隨著季節(jié)發(fā)生變化。如果有足夠大的望遠(yuǎn)鏡(或一大批望遠(yuǎn)鏡)，我們文明的獨(dú)特標(biāo)志可以被看到：城市、衛(wèi)星、飛機(jī)等等?；蛟S能找到的最好的東西是自然環(huán)境的改變，與只有智慧文明才能創(chuàng)造的東西相一致。
氨世界高級(jí)階段生活的印象圖。然而我們必須謹(jǐn)慎地排除任何可能模仿我們?cè)诘贸鲇欣谕庑侨说慕Y(jié)論之前所觀察到的自然信號(hào)。圖片版權(quán)：Ittiz / Wikimedia Commons
我們還沒(méi)有做這些事情，但也許應(yīng)該尋找的是一顆大規(guī)模改造的行星，也是人類所向往的大型項(xiàng)目。所發(fā)現(xiàn)的任何文明都不可能像我們一樣處于技術(shù)初期。如果他們能夠生存下來(lái)，并茁壯成長(zhǎng)，我們可能會(huì)在幾十年或數(shù)十萬(wàn)年的時(shí)間里遇到更先進(jìn)的他們。想想可能比幾百年前先進(jìn)了多少？但這也帶來(lái)了另外兩種可能性。
在過(guò)去的2年里，從合并中子星到合并黑洞，地球上已經(jīng)探測(cè)到引力波。通過(guò)在太空中建立一個(gè)引力波天文臺(tái)，也許能夠達(dá)到探測(cè)一個(gè)有意的外星信號(hào)所必需的敏感性。圖片版權(quán)：ESA / NASA and the LISA collaboration
也許當(dāng)人類的引力波技術(shù)被用來(lái)探測(cè)宇宙的第一個(gè)信號(hào)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)有一些微妙的影響可以讓信號(hào)在宇宙中探測(cè)到。也許對(duì)于一個(gè)擁有數(shù)萬(wàn)顆衛(wèi)星環(huán)繞的恒星來(lái)說(shuō)，引力波探測(cè)器能夠發(fā)現(xiàn)一些東西是很獨(dú)特的嗎？還沒(méi)有詳細(xì)研究過(guò)，因?yàn)檫@個(gè)領(lǐng)域還處于起步階段，還沒(méi)有發(fā)展到能夠探測(cè)到這樣一個(gè)小信號(hào)的地步。但是這些信號(hào)不會(huì)像電磁信號(hào)那樣衰減，也沒(méi)有任何東西能屏蔽它們。也許從現(xiàn)在起幾百年以后，這個(gè)新的天文學(xué)分支將會(huì)成為可能。
核反應(yīng)堆實(shí)驗(yàn)ra6(共和國(guó)阿根廷6)，en marcha展示了來(lái)自于比光速快的水粒子發(fā)射的特征切倫科夫輻射，這些反應(yīng)也產(chǎn)生了大量的反中微子。圖片版權(quán)：Centro Atomico Bariloche, via Pieck Darío
對(duì)于一個(gè)足夠先進(jìn)的文明來(lái)說(shuō)，什么可能成為能源呢？也許是核動(dòng)力，更可能的是核聚變能量的，最可能是一種特定類型的核聚變。核聚變被證明是高效豐富的，不同于恒星核心釋放出一個(gè)非常非常特別的中微子(或反中微子）。這些中微子應(yīng)該有一個(gè)非常具體明確的特征；它的能量譜不是由任何自然過(guò)程產(chǎn)生的。
在宇宙中有許多由恒星和其他過(guò)程產(chǎn)生的天然中微子信號(hào)。但是請(qǐng)注意從反應(yīng)堆產(chǎn)生的反中微子發(fā)出獨(dú)特而明確的信號(hào)，能量的切斷是識(shí)別這個(gè)信號(hào)的關(guān)鍵。圖片版權(quán)：IceCube collaboration / NSF / University of Wisconsin
如果人類能預(yù)測(cè)出它的特征，并建造一個(gè)探測(cè)器探測(cè)到它，就能在任何地方找到一個(gè)融合驅(qū)動(dòng)的文明，而不用擔(dān)心它們是否傳播消息。由于SETI只專注于電磁信號(hào)，可能正在充滿手機(jī)世界中尋找宇宙中的煙霧信號(hào)；但這種情況可能不會(huì)持續(xù)太久。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，對(duì)尋找的東西的認(rèn)識(shí)也會(huì)進(jìn)步。也許有一天，宇宙會(huì)給我們帶來(lái)最令人愉快的驚喜：我們?nèi)祟惒⒉还聠危?/span>
知識(shí)：科學(xué)無(wú)國(guó)界，博科園-科學(xué)科普
