我們離發(fā)現(xiàn)外星人還有多遠(yuǎn)？

霍思伊

2020年1月8日，檢修期間的“中國天眼”。圖/新華

近日，北京師范大學(xué)天文系教授、中國地外文明搜尋首席科學(xué)家張同杰對媒體透露，其團(tuán)隊使用“中國天眼”發(fā)現(xiàn)了幾例“來自地球之外可能的技術(shù)痕跡和地外文明候選信號”。張同杰指出，這是幾個不同于以往的窄帶電磁信號，目前團(tuán)隊正在抓緊進(jìn)一步甄別和排查。

被譽(yù)為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）2020年9月正式啟動地外文明搜索工作，這是FAST的五大科學(xué)目標(biāo)之一。2020年，對FAST 2019年觀測數(shù)據(jù)處理時，張同杰團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了兩組地外文明可疑信號。2022年，團(tuán)隊又從太陽系外行星目標(biāo)觀測數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了一個可疑信號。

“FAST最新發(fā)現(xiàn)的這些可疑信號很可能來自地球，而不是外星人?！奔又荽髮W(xué)伯克利分校地外文明研究中心首席科學(xué)家丹·維爾海默對《中國新聞周刊》說。維爾海默1979年就開始從事“地外文明搜尋”（SETI）工作，是國際上最權(quán)威的SETI研究人員之一，也是張同杰團(tuán)隊的美國合作者。張同杰團(tuán)隊也稱，可疑信號是某種射電干擾的可能性非常大。

維爾海默指出，迄今為止，人類探測到的所有“疑似信號”都是由“我們自己的文明”發(fā)出的，而不是“另一個文明”。那么，人類離發(fā)現(xiàn)外星人還有多遠(yuǎn)？

可疑的信號都來自哪里？

維爾海默解釋，這些信號可能來自手機(jī)、電視、雷達(dá)、衛(wèi)星，以及天文臺附近的電子設(shè)備和計算機(jī)，以無線電波的形式被FAST接受到，由于人類難以區(qū)分它們和外星信號之間的差別，因此對觀測帶來干擾?！半m然在FAST上的實驗剛剛開始，還在學(xué)習(xí)如何處理干擾信號，分析數(shù)據(jù)，但在此之前，我有20多年的經(jīng)驗，比如利用波多黎各的美國阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡觀測時，曾收到過很多與這次非常接近的信號，它們最終總被證明是一種無線電干擾。”

為什么我們總是會混淆人類信號和外星人信號？在各種地外文明搜尋計劃中，通過射電望遠(yuǎn)鏡捕捉特定頻率的無線電信號，一直是SETI研究人員的首選。這是因為宇宙中各種形式的電磁輻射中，無線電波的“穿越”能力最強(qiáng)，幾乎可以不受阻礙通過廣袤宇宙，盡可能減少信息損耗，這是人類接收的理想的“信號”。

1960年，SETI的先驅(qū)者弗蘭克·德雷克在美國格林班克國家射電天文臺進(jìn)行了人類首次對地外文明的無線電信號搜索，德雷克將其稱為“奧茲瑪計劃”。1960年4月到7月間，每天當(dāng)中有6小時，德雷克會把天文臺的無線接收器調(diào)到1420 MHz（兆赫）頻率，他認(rèn)為，這可能會是外星人通用的“你好”頻率。

1420 MHz頻率，是所有SETI人員都會重點關(guān)注的搜索對象，因為這是氫原子的發(fā)射頻率，而當(dāng)一個氫原子與一個羥基結(jié)合時，水就誕生了，這是人類所知道的生命原初構(gòu)成的最重要元素。1720 MHz是羥基的發(fā)射頻率，因此，在氫和羥基之間，從 1420 到 1720 MHz 的頻率范圍被稱為宇宙“水洞”，這被美國國家航空航天局（NASA）認(rèn)為可能是有生命聚集的地方。

目前，射電望遠(yuǎn)鏡對外星信號的主要搜索范圍是從1000-10000 MHz的“微波窗口”。這一“窗口”的信號最易被識別且穿透力強(qiáng)。 SETI研究人員進(jìn)一步聚焦，主要尋找頻帶寬度在幾百赫茲以下的“窄帶信號”。維爾海默解釋，地外文明發(fā)出的信號不一定是窄帶，人類尋找窄帶信號，只是因為這樣更容易將“非自然”的信號識別出來。恒星、脈沖星、類星體，以及銀河系中湍急而稀薄的星際氣體發(fā)出的都是寬帶信號，如果選擇寬帶信號去搜尋，我們就很難確認(rèn)它究竟是來自地外文明，還是宇宙中某一種自然現(xiàn)象。

已知天體自然源能發(fā)出的最小頻率大約是500 Hz，研究人員認(rèn)為任何帶寬小于300Hz的信號應(yīng)該都是“非自然”制造的。“但不幸的是，人類自己也會制造大量窄帶信號，這使得SETI搜尋也變得更加困難。這就是一直困擾我們多年的射頻干擾問題?！本S爾海默說。

對于FAST而言，解決這個問題更加困難。維爾海默指出，F(xiàn)AST的優(yōu)勢是靈敏度比任何現(xiàn)有的射電望遠(yuǎn)鏡都高，更容易捕捉到遠(yuǎn)方非常微弱的信號，但硬幣的另一面則是，也會帶來更大的干擾。

FAST投用之前，世界上最靈敏的地外文明觀測設(shè)備，是2020年12月因結(jié)構(gòu)失控而垮塌的美國阿雷西博望遠(yuǎn)鏡。根據(jù)FAST首席科學(xué)家、中國科學(xué)院國家天文臺研究員李菂團(tuán)隊的研究，F(xiàn)AST的綜合靈敏度比阿雷西博高10倍，擁有目前世界上唯一的300米級天線，瞬時靈敏度超過其他天線一個數(shù)量級以上，而且FAST還擁有更高的測量精度和更大的天區(qū)覆蓋面。

張同杰等人在2020年4月發(fā)表的論文《基于FAST望遠(yuǎn)鏡的地外文明共時觀測》中指出，對來自外星的可疑候選信號，F(xiàn)AST篩選的標(biāo)準(zhǔn)是“信號帶寬小于500Hz，持續(xù)時間小于100秒”。篩選之前，F(xiàn)AST會先使用“星云”算法程序?qū)Α罢瓗А备蓴_信號去除，主要方式是調(diào)查信號是否持續(xù)在多個天區(qū)出現(xiàn)，真正來自地外文明的窄帶信號應(yīng)該只在天空的固定區(qū)域出現(xiàn)。同時在很多天區(qū)出現(xiàn)的信號，大概率就是來自地球的干擾信號，會被程序去除。不過，結(jié)果顯示，算法篩選后，仍會殘留小部分干擾信號?！暗侥壳盀橹?，沒有一種算法可以將噪聲干擾完全去除”。

維爾海默認(rèn)為，一種更根本的解決辦法是將射電望遠(yuǎn)鏡從地球移到月球背面，這里將免受地球上的無線電污染。另外一個辦法是使用兩個射電望遠(yuǎn)鏡同時檢驗，比如，一個在貴州，一個在上海，兩個望遠(yuǎn)鏡相距千里以上，這樣就可以更準(zhǔn)確地知道，信號源離我們到底有多遠(yuǎn)，是在地球附近，還是在更遙遠(yuǎn)的地方，“就像三角定位一樣”。

地外文明搜尋中，主要有兩種策略，一種是更廣泛的天空調(diào)查，即巡天觀測，用望遠(yuǎn)鏡掃過大片天空，尋找可能來自任何方向的地外強(qiáng)信號，另一種更具針對性，將望遠(yuǎn)鏡指向有可能存在生命的指定恒星區(qū)域，長時間停留在這里，捕捉較弱的信號。張同杰在論文中指出，F(xiàn)AST未來的目標(biāo)之一是通過1～2年巡天觀測，獲得一些好的候選目標(biāo)信號，并對候選目標(biāo)進(jìn)行后續(xù)觀測，進(jìn)一步檢驗候選目標(biāo)的可信度與可重復(fù)性。

在維爾海默看來，F(xiàn)AST非常靈敏，而且可以覆蓋更大范圍內(nèi)天空。未來5～10年，人類將利用這個充滿美感的望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行大規(guī)模天空調(diào)查，這需要巨大的計算能力，現(xiàn)在每秒可以分析大約200億個信號，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。“數(shù)以萬億計的星星讓我們仰望，我們才剛剛開始。”維爾海默說。

1959年9月19日，第一個人造衛(wèi)星發(fā)射兩年后，物理學(xué)家菲利普·莫里森和朱塞佩·科科尼在《自然》上發(fā)表論文《尋找星際通信》，首次分析了宇宙中各種頻率的射線，提出無線電波可用于星際通信。1961年，德雷克在格林班克舉辦的第一次較嚴(yán)肅的SETI會議中，提出了著名的“德雷克方程”，希望通過公式計算出：銀河系中究竟存在多少能夠被人類檢測到的外星文明（N）。德雷克本人對N的估算是10000，但很多科學(xué)家對此存疑。

歷史上曾出現(xiàn)過很多疑似“N=1”的情況，大多被證明是烏龍，另一些至今沒有答案。其中最著名的是1977年8月15日收到的“Wow！”信號。這一天，美國俄亥俄州立大學(xué)的“大耳朵”望遠(yuǎn)鏡探測到了一組“非常像地外文明”的信號，來自人馬座M55球狀星團(tuán)西北方向，窄帶，強(qiáng)度大，最重要的是，信號頻率正是氫原子的發(fā)射頻率1420 MHz。當(dāng)天的觀測者杰里·埃曼在數(shù)據(jù)記錄紙上標(biāo)出該信號的強(qiáng)度數(shù)值，并情不自禁地寫下“Wow！”。遺憾的是，天文學(xué)家后來在不同望遠(yuǎn)鏡上嘗試了多次，始終沒有在同一方向搜索到重復(fù)信號。直到現(xiàn)在，“Wow！”仍是已發(fā)現(xiàn)的所有“可疑信號”中的最強(qiáng)候選者。

1984年11月，非營利科學(xué)機(jī)構(gòu)SETI研究所成立，1995年至2004年間，研究所開展了當(dāng)時世界上最全面的地外文明搜尋項目——“鳳凰計劃”，利用澳大利亞帕克斯射電望遠(yuǎn)鏡、格林班克的國家天文臺望遠(yuǎn)鏡和美國阿雷西博望遠(yuǎn)鏡，一共觀測距離地球200光年以內(nèi)的800個恒星系統(tǒng)。從2007年開始，SETI研究所有了一個更強(qiáng)的“聆聽”設(shè)備——艾倫望遠(yuǎn)鏡陣列。這是第一臺專門為地外文明搜尋設(shè)計的射電望遠(yuǎn)鏡，靜靜地坐落在舊金山以北的喀斯喀特山脈深處，由42 個無線電天線在地面上排列而成。陣列式設(shè)計允許同時搜索多個恒星，使搜尋速度提高了至少100倍。SETI研究所預(yù)計，艾倫望遠(yuǎn)鏡讓人類未來二十年內(nèi)可以將搜索范圍擴(kuò)大到100萬顆恒星。

目前，研究所與NASA合作，開普勒望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的數(shù)千顆候選“宜居”行星，都成為艾倫望遠(yuǎn)鏡陣列的重點觀測對象。2015年7月，NASA在太陽系外發(fā)現(xiàn)了一顆目前為止“最接近地球”的類地行星“開普勒-4525b”。但SETI研究所用艾倫望遠(yuǎn)鏡對這顆地球的“表親”觀測，沒有任何結(jié)果。目前，艾倫望遠(yuǎn)鏡接收器的系統(tǒng)更新后，可以將信號覆蓋至1000 MHz 至 15000 MHz。

讓人類不解的是，為什么這么多年來，還沒有發(fā)現(xiàn)地外文明？1950年，意大利裔美國物理學(xué)家恩里科·費米問出了幾千年來人類文明最想回答的問題：“我們在宇宙中是孤獨的嗎？”1973年，麻省理工學(xué)院天文學(xué)家約翰·鮑爾提出了一種解釋：就像人類在動物園里觀察動物，外星人可能也正在默默地觀察人類。他們故意避免和人類接觸，把人類文明圈隔出來，就像宇宙中的“自然保護(hù)區(qū)”，或者只是為了“監(jiān)視”人類，這就是著名的“動物園假說”。

2016年，英國圣安德魯斯大學(xué)天體物理學(xué)家鄧肯·福根對這一假說提出質(zhì)疑，他認(rèn)為，假說實現(xiàn)前提是多種外星文明必須通過簽訂協(xié)議，建立一個統(tǒng)一的“銀河俱樂部”，否則只需要一個“不同政見者”，不接觸原則就會被打破。這聽起來完全是人類社會的思維方式。事實上，對于外星文明可能會發(fā)出什么樣的信號，所有猜測都建立于人類對自身社會的認(rèn)知。

在維爾海默看來，最佳的SETI策略是多重搜索，檢測盡可能豐富的波長和信號類型，比如激光和紅外線，而不僅僅是無線電。他表示，迄今為止人類進(jìn)行的SETI研究只檢測了無線電頻譜的“一小部分”，還有少量研究關(guān)注紅外波長。因此，地球人仍在“最淺層的地方”摸索，甚至在已檢測到的信號中，可能就隱藏著地外文明的訊息。

2017年，SETI研究所啟動了一項新計劃“激光SETI”，重點捕捉以前可能被忽視的“快速閃爍的激光信號”。與無線電相比，激光通信優(yōu)勢可以“包裹”更多能量，原則上激光每秒傳輸?shù)男畔⑹菬o線電的50倍。首批兩臺望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)建成，分別位于加利福尼亞的索諾馬縣和夏威夷毛伊島。觀測時，兩臺望遠(yuǎn)鏡以不同角度同時對準(zhǔn)天空同一個區(qū)域，每秒掃描150度的夜空弧度超過一千次。等全部望遠(yuǎn)鏡開始運行，該計劃將能夠監(jiān)測西半球大約一半的夜空，并且實現(xiàn)真正的連續(xù)觀測?！叭烊珪r”一直是SETI研究者所追求的目標(biāo)。

SETI研究所高級天文學(xué)家賽斯·肖斯塔克對《中國新聞周刊》指出，人類尚未發(fā)現(xiàn)地外文明信號原因可能有兩個：一是監(jiān)測還沒有覆蓋足夠廣闊的天空;二是設(shè)備靈敏度還不足以探測到外星“廣播”。

2022年5月，美國國會舉行了半個多世紀(jì)以來的第一次UFO聽證會，五角大樓官員在會上展示了幾個難以解釋的影像：從FA-18 戰(zhàn)斗機(jī)窗戶拍攝到的球形物體;一個發(fā)光的綠色三角形正在空中移動。NASA隨后宣布要組建一個專門的UFO研究小組，這是它第一次介入不明飛行物調(diào)查，此前這類研究被多數(shù)科學(xué)家斥為“不是真正的科學(xué)”。

對于“動物園假說”，很多天文學(xué)家對其背后的“監(jiān)視”意味不寒而栗。從人類開始“聆聽”宇宙時，是否要主動向外星人發(fā)送信號，一直是科學(xué)家們激辯的中心，目前，主流觀點持否定態(tài)度。美國天體生物學(xué)家道格拉斯·瓦科赫則不同，他認(rèn)為要想讓“銀河動物園”的管理員現(xiàn)身，人類可以通過向附近恒星發(fā)送強(qiáng)大的、信息豐富的無線電信號向外星人介紹自己，“他們可能就會回應(yīng)我們”?！八麄冊谕饷?，并且已經(jīng)知道我們在這里，為了進(jìn)入銀河俱樂部，我們必須提交申請，也許甚至支付一點會費?！?/p>

瓦科赫2015年創(chuàng)辦了一個名為METI International的組織，旨在研究如何給外星人發(fā)送更“合適”的信息。在此之前，瓦科赫在SETI研究所工作了16年，擔(dān)任星際信息撰寫主任。

與“主動搜索派”相對，大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為主動“打招呼”會讓地球面臨“暴露的風(fēng)險”。2015年9月，在一個搜尋外星人的“突破聆聽”項目啟動會上，發(fā)起人之一、劍橋大學(xué)宇宙學(xué)家斯蒂芬·霍金明確警告，不要對宇宙“大喊大叫”，因為地球之外閱讀人類信息的文明可能“比我們早了數(shù)十億年”，它們會更加強(qiáng)大。他認(rèn)為，這些先進(jìn)的外星文明可能具有與人類同樣的暴力、侵略和種族滅絕特征。這正是《三體》所描寫的故事。

早在1974年，阿雷西博望遠(yuǎn)鏡就對太空發(fā)送出人類的第一條無線電信息，目的地是25000光年以外的球狀星團(tuán) M13，發(fā)送時間不超過三分鐘，信息通過一種二進(jìn)制編碼被傳遞出去。此后，“主動搜索派”科學(xué)家一直在研究如何用最少信息傳遞關(guān)于人類社會和物種的最多內(nèi)容。

2017年，METI連續(xù)三天向12光年之外的魯坦星發(fā)射了重復(fù)信號，這是距離地球最近的恒星系統(tǒng)，包含一顆潛在的“宜居行星”。與“阿雷西博圖像”相比，這條信息更加復(fù)雜，包含了很多基礎(chǔ)數(shù)學(xué)、物理學(xué)概念和一些科學(xué)知識，包括告訴外星人為什么1+1=2，解釋無線電信息如何讀取以及人類的時間概念是什么。瓦科赫樂觀估計，如果一切順利，人類在2042年前就可以收到外星人的回復(fù)。METI第二條信息將于2022年10月4日發(fā)送。這一次目標(biāo)是距離地球39光年的恒星TRAPPIST-1，TRAPPIST-1將收到一個更豐富的“包裹”：元素周期表的細(xì)節(jié)、原子的組成，以及英國爵士搖滾樂隊The Comet Is Coming演唱的歌曲和俄羅斯音樂家愛德華·阿爾捷米耶夫創(chuàng)作的《對上帝使者的頌歌：地球之美》。

1977年的一次“對外傳播”中，兩艘宇宙飛船搭載的“黃金唱片”更是匯集了人類文明的精華：包括115幅圖像，圖像中有太陽光譜、水星、火星、人體解剖圖、胎兒、男女關(guān)系圖、地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、大陸漂移等，搜集的聲音中有海浪、風(fēng)、雷的聲響，座頭鯨的歌聲，55種人類古代、現(xiàn)代語言連續(xù)說出的“你好”，中國的吳語，巴赫、貝多芬、莫扎特的音樂精選等。

與科學(xué)家想象的不同，越來越多的研究顯示，普通公眾其實對外星人并沒有那么大的敵意，而且相信“外星文明確實存在”的人數(shù)在逐年增加。蓋洛普民調(diào)結(jié)果顯示，1966年至1987年，相信外星文明存在的人數(shù)占比從34%上升至50%。1997年，在馬里斯特民意研究所的一項調(diào)查則顯示，86%的受訪者認(rèn)為銀河系鄰居是友好的，而不是敵人。到了2021年7月，皮尤民調(diào)機(jī)構(gòu)發(fā)布的一項最新調(diào)查顯示，51%的美國人認(rèn)為“不明飛行物（UFO）”可能來自外星智慧生命，約87%的受訪者表示UFO根本不會對美國構(gòu)成安全威脅。

美國對于UFO的研究將于今年秋天開始，歷時9個月，預(yù)計花費10萬美元。小組負(fù)責(zé)人是美國天體物理學(xué)家大衛(wèi)·斯佩格爾，他指出，必須以“謙遜的態(tài)度”來處理這類問題，“我職業(yè)生涯的大部分時間都是作為宇宙學(xué)家度過的，我們不知道宇宙的95%是由什么組成的。”他說。

維爾海默指出，UFO研究和SETI研究是不同的，目前還沒有證據(jù)表明UFO來自外星文明，也很少有科學(xué)家相信地球已經(jīng)被外星人造訪，有些人認(rèn)為UFO可能是某種新的軍事飛機(jī)或是大氣現(xiàn)象，“但繼續(xù)研究總是有益處的，我們可能會發(fā)現(xiàn)一些有趣的東西?！?/p>

美國加州大學(xué)戴維斯分校心理學(xué)教授阿爾伯特·哈里森在《恐懼、混亂、平靜和喜悅：人類對外星文明的反應(yīng)》一文中指出，目前為止，人類對外星人的反應(yīng)是科學(xué)、想象和媒體炒作的混合體。千禧年前后，人類相信外星文明是明智、善良和友好的，外星文明是“烏托邦社會”，那里沒有戰(zhàn)爭、死亡和疾病，能夠幫助人類停止核試驗。人工智能時代，又有人認(rèn)為外星生命存在于計算機(jī)電路中，可以“生活”在0和1存在的任何地方。

如果有一天，人類真的發(fā)現(xiàn)了外星文明的信號，我們應(yīng)該回答嗎？

1989年國際宇航科學(xué)院批準(zhǔn)了一份《SETI檢測后協(xié)議》，根據(jù)協(xié)議，發(fā)現(xiàn)外星信號后，任何國家、機(jī)構(gòu)和個人禁止在未就消息內(nèi)容達(dá)成全球共識的情況下向外星文明“回復(fù)”。但該協(xié)議不具有法律效力。維爾海默指出，這個協(xié)議只是第一步，聯(lián)合國最好能讓所有國家在發(fā)現(xiàn)信號之前就通過這樣的議定書，因為檢測到信號后就更難達(dá)成一致?！笆欠褚卮鸬臎Q定，應(yīng)該由所有國家和地球上每一個人共同決定，這是全人類的問題。”維爾海默說。