【博科園-科學科普】首先問你個問題：假如說在沒有說明的情況下讓你來解讀我們地球人自己設計的旅行者號攜帶的金屬唱片，你能解讀嗎？敢問地球上有幾個人能憑空解讀出上面的信息？雖然說好簡單的樣子，其實也包含了不少較深層次的知識在裡面。
（圖注1）「旅行者號」金唱片(R)的鍍金鋁蓋(L)既可以保護它免受微隕石的撞擊，還提供播放和解讀地球位置的關鍵作用。圖片版權：NASA
40年前旅行者號宇宙飛船成功射，成為第一個離開太陽系的人造物體。當它離開地球進入星際空間時為那些在遙遠的未來找到他們的外星人傳達了一個特別的信息：旅行者號的金唱片包含了地球的歌曲、圖像和聲音，它被設計成一個信息裝載的宇宙時間膠囊，能夠很容易地被任何聰明的外星物種破譯。在記錄的封面上有一系列的圖表被標記出來，其中包括一個非常重要的圖表：地球在銀河系的位置的地圖。儘管用來定位地球的方法很聰明，但現在它被認為是有內在缺陷的，這意味著任何接收它的人都很可能無法準確地找到我們的星球到底在哪裡。
（圖注2）黃金唱片封面包括在左下角有14顆脈衝星的脈衝星圖，能讓接收者識別出地球的位置。圖片版權：NASA Jet Propulsion Laboratory
如果你想知道我們的太陽位於銀河系的位置，有一定的參考是絕對必要的。我們本可以展示我們的夜空是什麼樣子的，但在幾千年的時間裡將明顯地改變了，因為星星都是相對的移動的。在更大的尺度上可以繪製出最亮的恆星，但它們可能在超新星中死亡或者在沒有預示的情況下坍縮成黑洞，相反我們帶著一幅脈衝星的地圖。
（圖注3）14個脈衝星的彩色版本將有關其相對距離和其脈衝時序的信息編碼為12個有效數字。圖片版權：Sam W of Simple Desktops
在整個銀河系中旅行者的金唱片與14個不同脈衝星的相對方位、距離和脈衝計時頻率有關(先鋒10和11任務也有脈衝星信息)。在數千光年之外，這些脈衝星是宇宙中最精確、最可靠的時鐘。雖然它們的相對位置會隨著恆星和銀河系運行而改變，但它們仍然可以被它們的脈衝頻率和太陽的近似位置所識別，也將在數千萬年裡保持相對穩定。
（圖注4）一個由中子構成的脈衝星，有一個由質子和電子組成的外殼，它產生了一個非常強的磁場，它的磁場是我們太陽表面的萬億倍。注意自旋軸和磁軸是不一致的。圖片版權：Mysid of Wikimedia Commons/Roy Smits
事實上基於這兩個量隨時間的變化，人們不僅能夠重建地球和太陽的位置，還能計算出這些太空探測器發射的時間。在當時選擇這些物品似乎是一個明智的決定。脈衝星——中子星比太陽質量更大，但直徑只有幾公裡而且自轉得非常快。由於它們表面上存在的帶電粒子以及它們的快速旋轉可以達到65%的光速，這些物體產生了宇宙中已知的最強的磁場：數萬億甚至是千萬億倍地球上的磁場。
（圖注5）脈衝星周期性變化。圖片版權：NASA
這些強磁場會加速它們附近帶電粒子，產生並導致電磁輻射的發射。每當中子星完成旋轉，輻射路徑中的任何物體都會接收到「脈衝」，而指向我們的則可以識別為脈衝星。這14個被確認為創造地球地圖的物體確實是脈衝星，所以這個計劃看起來很不錯。但自上世紀70年代末以來發現了兩個非常不方便的事實，它們很可能會讓任何有智慧的外星生物都無法找地球。
（圖注6）NASA的費米衛星造建了有史以來最高的解析度高能量的宇宙地圖。銀河系的黑洞地圖很可能會在這裡看到更多的散射，並分解成數百萬個單獨的點源。預計銀河系中有20萬的脈衝星也可能多達10億。圖片版權：NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration
第一個事實：
銀河系中大約有10億個脈衝星，根據銀河系中恆星和恆星形成的歷史，我們已經能夠確定，即使只有1%的恆星變成超新星，也有不可思議的數量的中子星和黑洞。在今天的銀河系中有大約4000億顆恆星，最近的研究表明銀河系中大約有1億個黑洞，10倍於(10億)中子星。幾乎所有的中子星都有使其產生脈衝的特性，這就意味著它們的自旋軸和它們的磁軸並不是完全一致的。要知道從10億選出14個將是一項艱巨的任務，因為脈衝星周期並不是唯一的。
（圖注7）雖然脈衝星周期是非常可靠的，但它們的方向不是。同樣在大尺度的時間裡脈衝周期也會改變。圖片版權：NASA/GSFC (main); NIST (inset)
第二個事實：
脈衝星以一種不可預知的方式在地球上隨時間而變化。大多數中子星不會像脈衝星那樣出現在我們面前，僅僅是因為它們的「脈衝」沒有在地球上排列。但隨著時間的推移，脈衝星可能會出現或消失，這是自旅行者探測器發射以來科學家們所發現的。當物體在太空中旋轉和軌道運行時，它們的相對方位會發生變化，所以現在指向我們的脈衝星將不會在未來的幾百萬年裡指向我們。此外今天沒有指向我們的脈衝星將會在數百萬年的時間裡指向我們。複合的事實是中子星會隨著時間的推移調整它們的自轉周期(通過星震和脈衝星加速)，而且很明顯，這些脈衝星的周期和方向都在數百萬年的時間裡發生了巨大的變化。所以當任何外星人拿起我們的脈衝星地圖時，它將會變得非常過時。
（圖注8）1967年Jocelyn Bell(Jocelyn Bell - burnell)發現了第一個脈衝星：一個明亮的無線電來源，我們現在知道它是一個快速旋轉的中子星。圖片版權：Mullard Radio Astronomy Observatory
脈衝星是在50年前才首次被發現(在1967年之前，喬斯林·貝爾-伯內爾(Jocelyn Bell-Burnell))，當先驅者和旅行者號宇宙飛船發射時，脈衝星仍然是非常新奇的。現在我們對它們的工作方式有了更好的了解，它們有多普遍以及它們的外表如何隨時間變化，可以看到這些是可怕的長期信標！事後看來最好把太陽的天文性質，連同質量、半徑、大氣內容以及行星的軌道參數結合起來。畢竟這些都是我們今天用來識別太陽系外行星系統的信息，而且將是長期以來最好的方法，來確定我們的太陽系。
（圖注9）TRAPPIST-1 系統與太陽系相比，TRAPPIST-1 的所有七顆行星都可以在水星的軌道內。通過提供行星的質量、半徑、大氣含量和軌道參數, 以及關於我們的恆星的天文信息，擁有先進技術的外星人可以從遠處識別我們的太陽系。圖片版權：NASA / JPL-Caltech
相反我們發送了一個原始的信息，儘管它的本意是好的。儘管散布恐懼的人愚蠢地聲稱：懷有敵意的外星人可以跟隨旅行者號來到地球，但地圖本身實際上是旅行者號上最無用的信息之一。根據弗蘭克·德雷克(Frank Drake)曾與卡爾·薩根(Carl Sagan)合作過《旅行者》(Voyager)信息：
我們需要把一些東西放在旅行者號上，上面說它是從哪裡來的，以及它旅行了多長時間……有一個神奇的脈衝星…沒有其他東西在天空上的標籤。每個人都有自己獨特的脈衝頻率，所以它可以被任何人識別，包括很長一段時間後的其他遙遠的生物。
雖然這些標識符被認為是唯一的和穩定的，但我們現在知道長期的變化將使這幅地圖毫無用處。如果你試圖通過Pangaea來識別地球，你會非常失望。通過發送我們對Voyager所做的信息，我們實際上給任何「幸運」的外星人提供了一個更具有挑戰性的問題。發送脈衝星位置和頻率的想法是非常棒的，但當人們收到它的時候，他們只會遇到人類賦予的最困難的謎題之一。
作者：Ethan Siegel （天體物理學家）
來自：Forbes science
編譯：卿君側
審校：博科園