科技日?qǐng)?bào)實(shí)習(xí)記者 都芃

當(dāng)強(qiáng)大的電磁波從山頂?shù)睦走_(dá)天線(xiàn)穿破云層射向天空，巨大的能量使周?chē)┤诨?、鳥(niǎo)獸驚散……2月14日，改編自劉慈欣著名科幻小說(shuō)《三體》的同名電視劇迎來(lái)大結(jié)局，劇中“紅岸基地”發(fā)射電磁波信號(hào)的場(chǎng)景給觀眾留下了深刻印象。

在“紅岸基地”，主人公利用雷達(dá)天線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)發(fā)射電磁波信號(hào)，從而將信號(hào)放大、向宇宙深處傳遞的一幕，可以看作是整個(gè)“三體”故事的開(kāi)端。雖然這一幕來(lái)源于作者天馬行空的想象，但在現(xiàn)實(shí)世界的科學(xué)探索中，人類(lèi)早已開(kāi)始利用電磁波來(lái)尋找地外文明。

太陽(yáng)并非理想的信號(hào)放大器

在電視劇《三體》第一集的開(kāi)始，便交待了這樣一個(gè)場(chǎng)景：一位年輕的女科學(xué)家調(diào)整雷達(dá)天線(xiàn)角度，使其對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)發(fā)射信號(hào)。這位女科學(xué)家正是劇中主人公之一葉文潔，其所在的“紅岸基地”是人類(lèi)為了探索地外文明，以實(shí)現(xiàn)科技跨越式發(fā)展的秘密發(fā)射基地。在這里，葉文潔通過(guò)學(xué)習(xí)，意外發(fā)現(xiàn)了一種特殊的電磁波信號(hào)傳輸方法，即利用太陽(yáng)的鏡面增益反射效應(yīng)，把太陽(yáng)當(dāng)作一個(gè)信號(hào)放大器，將地球上發(fā)出的信號(hào)強(qiáng)度增大幾十億倍。借助這種方法，葉文潔得以將地球上發(fā)出的、微不足道的信號(hào)放大到了“恒星級(jí)”，從而向宇宙深處的地外文明發(fā)出了召喚，引發(fā)了后來(lái)“三體人”來(lái)到地球的一系列故事。

利用太陽(yáng)作為信號(hào)放大器，在現(xiàn)實(shí)中可行嗎？答案可能并不如小說(shuō)中那么美好。

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員李然認(rèn)為：“這是一個(gè)滿(mǎn)足劇情需要的科幻設(shè)定，在現(xiàn)實(shí)中是行不通的。向太陽(yáng)發(fā)送無(wú)線(xiàn)電波，無(wú)法產(chǎn)生小說(shuō)中的那種放大效應(yīng)?！?/span>

借助原著故事中的細(xì)節(jié)推測(cè)，葉文潔所發(fā)射的電磁波信號(hào)頻率應(yīng)為22000兆赫茲，大約位于微波頻段。頻率略高于人類(lèi)通信常用的無(wú)線(xiàn)電波段。但太陽(yáng)作為一個(gè)恒星，本身會(huì)散發(fā)出包括部分微波在內(nèi)的大量電磁波，且強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人類(lèi)發(fā)射的電磁波。因此當(dāng)人類(lèi)對(duì)著太陽(yáng)發(fā)射電磁波時(shí)，就像是一滴水流進(jìn)了大海里，不僅無(wú)法放大電磁波信號(hào)，其自身也會(huì)消失得無(wú)影無(wú)蹤。

雖然太陽(yáng)無(wú)法放大人類(lèi)發(fā)出的電磁波信號(hào)，但另有一個(gè)相似理論確實(shí)可以幫助人類(lèi)放大宇宙信號(hào)。根據(jù)愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論，光線(xiàn)在經(jīng)過(guò)大質(zhì)量天體時(shí)會(huì)產(chǎn)生彎曲，這就類(lèi)似于透鏡對(duì)于光線(xiàn)的作用，因此這種現(xiàn)象也被稱(chēng)為微引力透鏡效應(yīng)。如果我們和極其遙遠(yuǎn)的發(fā)光天體之間存在一些致密的引力源，它們的引力場(chǎng)便會(huì)像放大鏡一樣使得我們接收到的光線(xiàn)強(qiáng)度產(chǎn)生相應(yīng)變化。于是人類(lèi)便可以利用這個(gè)效應(yīng)來(lái)搜尋黑洞，甚至是其他恒星系統(tǒng)的行星。

圖畫(huà)或許是最有效的信息形式

向宇宙中發(fā)射電磁波，試圖溝通地外文明，這早已不是科幻小說(shuō)的專(zhuān)屬。早在1974年，位于波多黎各的阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡剛剛完成改造，天文學(xué)家弗蘭克·德雷克便提出，利用該望遠(yuǎn)鏡的3臺(tái)發(fā)射機(jī)，主動(dòng)向地外星系發(fā)射無(wú)線(xiàn)電信號(hào)，以期擁有高等文明的外星生物能夠接收到。于是德雷克團(tuán)隊(duì)向距離地球2.5萬(wàn)光年的武仙座球狀星團(tuán)M13發(fā)射了一段持續(xù)169秒的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)，這一信號(hào)也被稱(chēng)為阿雷西博信息。

但德雷克與葉文潔最初面臨的問(wèn)題一樣，發(fā)射信號(hào)功率太小。德雷克發(fā)出的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)功率只有450千瓦，在龐大的銀河系面前，這就像對(duì)太平洋中投入一粒石子，激起的漣漪微乎其微。但李然表示：“電磁波信號(hào)雖然會(huì)隨著距離而衰減，但并不會(huì)完全消失。能否被接收到，不完全取決于發(fā)射功率，還取決于外星文明的接收能力。”

此外，要想與地外文明實(shí)現(xiàn)有效溝通，信息的呈現(xiàn)形式同樣重要。在“三體”故事中，葉文潔為了能和地外文明溝通，創(chuàng)建了一套信息自譯解系統(tǒng)。她利用宇宙通用的基本數(shù)學(xué)和物理原理，建立了一個(gè)基本的語(yǔ)言元碼系，隨后在此基礎(chǔ)上建立起了基本的語(yǔ)言體系，實(shí)現(xiàn)了與“三體人”的對(duì)話(huà)。

在現(xiàn)實(shí)中，至今仍飛馳在宇宙中的阿雷西博信息由1679個(gè)二進(jìn)制數(shù)字構(gòu)成。假設(shè)該信息的接收者會(huì)先將其排成一個(gè)長(zhǎng)方形，由于數(shù)字1679只能由兩個(gè)質(zhì)數(shù)相乘，因此阿雷西博信息便會(huì)被拆解成73條橫行及23條豎列。在此基礎(chǔ)上，阿雷西博信息便會(huì)呈現(xiàn)出一幅圖畫(huà)。如果相反，接收者把它排成了23條橫行、73條豎列，該信息就會(huì)變成噪音，沒(méi)有任何意義。

在阿雷西博信息轉(zhuǎn)換成的圖畫(huà)中，包含了關(guān)于人類(lèi)DNA雙螺旋、數(shù)學(xué)、太陽(yáng)系、天文臺(tái)等人類(lèi)文明的相關(guān)信息。但無(wú)論人類(lèi)采用何種“語(yǔ)言”與地外文明溝通，都免不了最終只是“一廂情愿”的可能，因?yàn)檎l(shuí)也無(wú)法保證地外文明能否完整、準(zhǔn)確地理解人類(lèi)意圖。李然認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)與另一種智慧生命的溝通交流，目前來(lái)看，圖像是最好的辦法，“外星文明可能從圖像中找到可以直接理解的信息，比如一個(gè)天體的外貌、一個(gè)生命體的輪廓等。”

主動(dòng)尋找地外文明的“聲音”

除了主動(dòng)發(fā)射信號(hào)聯(lián)絡(luò)地外文明，人類(lèi)同時(shí)也在尋找著來(lái)自地外文明的“聲音”。

自從射電望遠(yuǎn)鏡被發(fā)明以來(lái)，搜索來(lái)自地外文明的信號(hào)，一直是其重要的工作方向。不同于光學(xué)望遠(yuǎn)鏡主要通過(guò)可見(jiàn)光觀察宇宙，射電望遠(yuǎn)鏡能夠接收宇宙中的無(wú)線(xiàn)電波。因此，當(dāng)?shù)赝馕拿鞲叨劝l(fā)達(dá)，具備通信能力時(shí)，或許它們發(fā)出的通信無(wú)線(xiàn)電波便會(huì)被地球上的射電望遠(yuǎn)鏡捕捉到。

射電望遠(yuǎn)鏡的口徑越大，其捕捉信號(hào)的能力越強(qiáng)。被稱(chēng)為“中國(guó)天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）是目前世界上最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡。曾多次參與“中國(guó)天眼”相關(guān)研究的之江實(shí)驗(yàn)室計(jì)算天文方向項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、青年科學(xué)家馮毅介紹，“中國(guó)天眼”最大的特點(diǎn)就是靈敏度非常高，綜合性能大致是阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的10倍。不過(guò)，阿雷西博望遠(yuǎn)鏡已于2020年底塌毀。

除了“中國(guó)天眼”這種固定式大口徑射電望遠(yuǎn)鏡，還有一種口徑相對(duì)較小，但卻可以靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的射電望遠(yuǎn)鏡。如位于美國(guó)西弗吉尼亞的、目前世界上最大的全動(dòng)射電望遠(yuǎn)鏡——綠岸射電天文望遠(yuǎn)鏡（也稱(chēng)綠灣射電天文望遠(yuǎn)鏡）。馮毅認(rèn)為，或許“三體”故事中“紅岸基地”的名字正是借鑒于此。

雖然地球上有諸多望遠(yuǎn)鏡正對(duì)準(zhǔn)遙遠(yuǎn)的深空，試圖尋找地外文明的蛛絲馬跡，但目前仍是一無(wú)所獲。要搜尋地外文明的信號(hào)，首先需要了解其信號(hào)的具體特征。但馮毅表示，其實(shí)目前人類(lèi)也不知道地外文明發(fā)出的信號(hào)是什么樣的。因?yàn)槿祟?lèi)也沒(méi)有真正發(fā)現(xiàn)過(guò)地外文明，無(wú)法判斷它們會(huì)產(chǎn)生什么信號(hào)。目前無(wú)論采用何種方式搜索地外文明信號(hào)，其實(shí)仍是以人類(lèi)文明的信號(hào)特征作為參考，“人類(lèi)使用什么信號(hào)，我們就覺(jué)得地外文明也是采用這種信號(hào)。比如在射電波段，人類(lèi)能造出的信號(hào)是窄帶的，所以我們也用這種特征去搜尋地外文明信號(hào)?！瘪T毅說(shuō)。

雖然“三體”的故事向人類(lèi)聯(lián)絡(luò)地外文明的行為發(fā)出了警告，但面對(duì)未知的宇宙，人類(lèi)不會(huì)停下探索的腳步。

編輯：劉義陽(yáng)

審核：朱麗