射电望远镜与地外文明搜寻

文/ 李会超

射电望远镜是寻找地外文明最常用也是最有效的工具。目前，选取特定频率、监听星际射电信号是利用射电望远镜寻找地外文明最常见的方式。另外，也有主动向太空中发射信号，为其他文明发现我们提供线索的努力。

▲阿雷西博望远镜发送的星际信号所承载的信息

▲ 绿岸射电望远镜，全球最大的可动射电望远镜

被动聆听

就如同我们和别人打电话时，要先弄清楚对方的电话号码一样，搜寻地外文明的努力同样需要在宽阔的无线电频谱中找到一个合适的监听频率。目前，使用的最多的频率是位于1.4GHz9～1.7GHz间的，被称为“水洞”的频率。

氢是原子结构最简单的元素，也是宇宙中含量最丰富的元素。而氢和氧的结合则构成了组成生命的基本物质——水。在太空中，不同原子和分子结构组成的物质在跃迁时，会发射出不同波长的谱线。在频率为1.42GHz的位置，存在着一条氢原子的发射线，而由一个氢原子和一个氧原子组成的羟基则在1.72GHz附近存在四条频率接近的发射线。由于氢元素和羟基的结合能够生成水，因此将1.42GHz和1.72GHz中间的这个宽度为0.3GHz的频率窗口称为“水洞”。由于这个频段不存在天然形成的无线电辐射，因此在这个波段发射信号，很容易就可以识别为是人为产生的信号。

假设其他文明与我们的科学水平相当，那么他们大概率也会发现“水洞”的特别之处，并选取这里向我们传递信息。同时，“水洞”的信号频率刚好处于1GHz和10GHz的微波窗口之间。

当射电信号穿过茫茫太空中的星际介质时，这个频段受星际介质的影响较小。同时，包括地球大气层在内的行星大气层对这个频段的信号吸收效应也不强。总之，用这个“号码”打电话，看起来十分合适。除了“水洞”频率本身外，也有乘上一个π或者e（自然对数的底数）之类的数字的尝试。

对于“水洞”频率的监听，最知名的事件是“哇”信号。1977年，天文学家艾曼在观察俄亥俄州立大学搜寻外形文明的射电信号数据时，惊喜地发现了一个强度很高的窄带信号。自然形成的信号，受热力学因素影响，频谱都有一定的展宽，因此如此强烈的窄带信号有可能是人为产生的。发现这个信号后，艾曼难掩内心的兴奋，在计算机打印出的数据纸上，用笔圈住了这个信号对应的“ 6EQUJ5”的度数，并写下了一个大大的“哇!”（Wow)，这次发现也由此得名。信号的频率为1.4204556GHz，持续的时间约为72秒，信号来自于人马座的方向。

然而，这个信号究竟是如何产生的，到现在也没有定论。对同一方向后续的监听，并没有发现信号的重复。有人提出这个信号也许来自空间碎片对地球信号的反射，也有人认为这是由天体物理现象自然产生的。不过每种说法都没有得到确切的证认，“哇”信号的来源也仍然是一个谜。到现在为止，“水洞”的搜寻依然没有对地外文明确定性的发现，人们也开始考虑其他波段的观测可能。

▲ “哇”信号的原始数据

▲ 脉冲星形成脉冲的原理图

主动联络

如果在射电望远镜的后端安装发射设备，那么射电望望远镜的天线也可以成为一个增益强大的信号发射器。我国建设的FAST望远镜，只设计了接收能力。但有一些射电望远镜同时具备发射能力，曾经主动向宇宙中发射信号，试图与外星人取得联系。

1974年，FAST建成之前世界最大射电望远镜“阿雷西博”向球状星团M13发射了一束信号。这束信号编码所构成的图像上，标示了数字、构成DNA的元素及基本单位，人类DNA的双螺旋结构，人身体的外形，行星的位置和望远镜的外观等图像。自此之后，又有数十次这样的尝试，发射的信号内容也五花八门。这其中，既有利用政府公共资金资助开展的，也有私人赞助或民间自发筹措资金开展的。

对于被动监听地外文明信号的活动，人们对其的指责仅仅是浪费经费而一无所获。而对于主动发射信号的行为，不少人开始担心这样将会把地球暴露在宇宙中的“黑暗森林”中。

在殖民时代，地球上技术发达的文明入侵技术欠发达的文明，对其带来灭顶之灾的例子不胜枚举。而向宇宙中推广之后，人们认为向太空中发射的信号有可能引来的不是友好的答复，而是侵略性的攻击。不过，也有人认为诸如远程监视雷达等大功率无线电设备发射的信号，早已经传遍了宇宙中的各个方向。如果有其他文明能够探测这些信号，那么隐藏地球文明的存在是不可能的。主动发射的地外文明“握手”信号并不会增加地球文明被入侵的风险。

▲ 蟹状星云中的一个脉冲星

为了对向宇宙中“发电报”的行为进行风险评估，2005年3月在圣马力诺举行的第六届宇宙太空和生命探测国际研讨会上，学者们提出了“圣马力诺标度”的概念。圣马力诺标度以信号强度值和信号特征值的和计算。在信号特征中，评级最低（评级为1）的是不带有特定信息的雷达信号，而评级最高（评级为5）的则是接收到地外文明的信号后，对他们进行有目的的回应。像阿雷西博射电望远镜发射的那种对一颗或多颗行星发射的专门信号，风险评级则为3。根据功率和信号特征综合评级后，信号发射行为被划分成了10个等级。不过，目前并没有强制性的规章制度，禁止圣马力诺标度较高的信号发射行为。★

▲ ALMA7米射电天线阵