文/ 李會超

射電望遠(yuǎn)鏡是尋找地外文明最常用也是最有效的工具。目前，選取特定頻率、監(jiān)聽星際射電信號是利用射電望遠(yuǎn)鏡尋找地外文明最常見的方式。另外，也有主動向太空中發(fā)射信號，為其他文明發(fā)現(xiàn)我們提供線索的努力。

▲阿雷西博望遠(yuǎn)鏡發(fā)送的星際信號所承載的信息

▲ 綠岸射電望遠(yuǎn)鏡，全球最大的可動射電望遠(yuǎn)鏡

被動聆聽

就如同我們和別人打電話時，要先弄清楚對方的電話號碼一樣，搜尋地外文明的努力同樣需要在寬闊的無線電頻譜中找到一個合適的監(jiān)聽頻率。目前，使用的最多的頻率是位于1.4GHz9～1.7GHz間的，被稱為“水洞”的頻率。

氫是原子結(jié)構(gòu)最簡單的元素，也是宇宙中含量最豐富的元素。而氫和氧的結(jié)合則構(gòu)成了組成生命的基本物質(zhì)——水。在太空中，不同原子和分子結(jié)構(gòu)組成的物質(zhì)在躍遷時，會發(fā)射出不同波長的譜線。在頻率為1.42GHz的位置，存在著一條氫原子的發(fā)射線，而由一個氫原子和一個氧原子組成的羥基則在1.72GHz附近存在四條頻率接近的發(fā)射線。由于氫元素和羥基的結(jié)合能夠生成水，因此將1.42GHz和1.72GHz中間的這個寬度為0.3GHz的頻率窗口稱為“水洞”。由于這個頻段不存在天然形成的無線電輻射，因此在這個波段發(fā)射信號，很容易就可以識別為是人為產(chǎn)生的信號。

假設(shè)其他文明與我們的科學(xué)水平相當(dāng)，那么他們大概率也會發(fā)現(xiàn)“水洞”的特別之處，并選取這里向我們傳遞信息。同時，“水洞”的信號頻率剛好處于1GHz和10GHz的微波窗口之間。

當(dāng)射電信號穿過茫茫太空中的星際介質(zhì)時，這個頻段受星際介質(zhì)的影響較小。同時，包括地球大氣層在內(nèi)的行星大氣層對這個頻段的信號吸收效應(yīng)也不強。總之，用這個“號碼”打電話，看起來十分合適。除了“水洞”頻率本身外，也有乘上一個π或者e（自然對數(shù)的底數(shù)）之類的數(shù)字的嘗試。

對于“水洞”頻率的監(jiān)聽，最知名的事件是“哇”信號。1977年，天文學(xué)家艾曼在觀察俄亥俄州立大學(xué)搜尋外形文明的射電信號數(shù)據(jù)時，驚喜地發(fā)現(xiàn)了一個強度很高的窄帶信號。自然形成的信號，受熱力學(xué)因素影響，頻譜都有一定的展寬，因此如此強烈的窄帶信號有可能是人為產(chǎn)生的。發(fā)現(xiàn)這個信號后，艾曼難掩內(nèi)心的興奮，在計算機打印出的數(shù)據(jù)紙上，用筆圈住了這個信號對應(yīng)的“ 6EQUJ5”的度數(shù)，并寫下了一個大大的“哇!”（Wow)，這次發(fā)現(xiàn)也由此得名。信號的頻率為1.4204556GHz，持續(xù)的時間約為72秒，信號來自于人馬座的方向。

然而，這個信號究竟是如何產(chǎn)生的，到現(xiàn)在也沒有定論。對同一方向后續(xù)的監(jiān)聽，并沒有發(fā)現(xiàn)信號的重復(fù)。有人提出這個信號也許來自空間碎片對地球信號的反射，也有人認(rèn)為這是由天體物理現(xiàn)象自然產(chǎn)生的。不過每種說法都沒有得到確切的證認(rèn)，“哇”信號的來源也仍然是一個謎。到現(xiàn)在為止，“水洞”的搜尋依然沒有對地外文明確定性的發(fā)現(xiàn)，人們也開始考慮其他波段的觀測可能。

▲ “哇”信號的原始數(shù)據(jù)

▲ 脈沖星形成脈沖的原理圖

主動聯(lián)絡(luò)

如果在射電望遠(yuǎn)鏡的后端安裝發(fā)射設(shè)備，那么射電望望遠(yuǎn)鏡的天線也可以成為一個增益強大的信號發(fā)射器。我國建設(shè)的FAST望遠(yuǎn)鏡，只設(shè)計了接收能力。但有一些射電望遠(yuǎn)鏡同時具備發(fā)射能力，曾經(jīng)主動向宇宙中發(fā)射信號，試圖與外星人取得聯(lián)系。

1974年，F(xiàn)AST建成之前世界最大射電望遠(yuǎn)鏡“阿雷西博”向球狀星團M13發(fā)射了一束信號。這束信號編碼所構(gòu)成的圖像上，標(biāo)示了數(shù)字、構(gòu)成DNA的元素及基本單位，人類DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，人身體的外形，行星的位置和望遠(yuǎn)鏡的外觀等圖像。自此之后，又有數(shù)十次這樣的嘗試，發(fā)射的信號內(nèi)容也五花八門。這其中，既有利用政府公共資金資助開展的，也有私人贊助或民間自發(fā)籌措資金開展的。

對于被動監(jiān)聽地外文明信號的活動，人們對其的指責(zé)僅僅是浪費經(jīng)費而一無所獲。而對于主動發(fā)射信號的行為，不少人開始擔(dān)心這樣將會把地球暴露在宇宙中的“黑暗森林”中。

在殖民時代，地球上技術(shù)發(fā)達(dá)的文明入侵技術(shù)欠發(fā)達(dá)的文明，對其帶來滅頂之災(zāi)的例子不勝枚舉。而向宇宙中推廣之后，人們認(rèn)為向太空中發(fā)射的信號有可能引來的不是友好的答復(fù)，而是侵略性的攻擊。不過，也有人認(rèn)為諸如遠(yuǎn)程監(jiān)視雷達(dá)等大功率無線電設(shè)備發(fā)射的信號，早已經(jīng)傳遍了宇宙中的各個方向。如果有其他文明能夠探測這些信號，那么隱藏地球文明的存在是不可能的。主動發(fā)射的地外文明“握手”信號并不會增加地球文明被入侵的風(fēng)險。

▲ 蟹狀星云中的一個脈沖星

為了對向宇宙中“發(fā)電報”的行為進(jìn)行風(fēng)險評估，2005年3月在圣馬力諾舉行的第六屆宇宙太空和生命探測國際研討會上，學(xué)者們提出了“圣馬力諾標(biāo)度”的概念。圣馬力諾標(biāo)度以信號強度值和信號特征值的和計算。在信號特征中，評級最低（評級為1）的是不帶有特定信息的雷達(dá)信號，而評級最高（評級為5）的則是接收到地外文明的信號后，對他們進(jìn)行有目的的回應(yīng)。像阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)射的那種對一顆或多顆行星發(fā)射的專門信號，風(fēng)險評級則為3。根據(jù)功率和信號特征綜合評級后，信號發(fā)射行為被劃分成了10個等級。不過，目前并沒有強制性的規(guī)章制度，禁止圣馬力諾標(biāo)度較高的信號發(fā)射行為。★

▲ ALMA7米射電天線陣