外星人能截獲地球發出的無線電波嗎?

最近，據地球15億光年的FRB（快速射電爆）的消息，讓外星智慧生命變成了一個熱門話題。其中，一個關鍵的問題就是假定FRB是外星智慧生命發出的話，人類是否要回應？另外，人類已經發出的無線電波是否會洩露地球的行蹤呢？

這些問題，其實都涉及星際通信，也就是在恆星之間的通信問題。

接下來我們就來估算一下，宇宙之大，到底如何才能接收到人類已經發出的無線電波？外星人能截獲地球發出的無線電波嗎？

通常，深空通信採用頻率為7.2GHz的無線電波，信號帶寬為70MHz。

目前人類發出最強大的無線電波功率不超過100kW，採用70dBi增益的拋物面天線發射。

無線電波的傳播

無線電波在太空中傳播，隨著距離增大，信號強度也在逐漸衰減。

下圖展示了無線電波信號強度隨著距離變化的情況，圖中橫坐標是距離，單位為光年；縱坐標是信號強度，單位是dBm。圖中標出了離太陽最近的恆星南門二，還標出了人類曾經發送過無線電波的外星：GJ 273和M13。

假定在距人類最近的恆星南門二上存在一套接收設備，由於南門二距離地球4.3光年，無線電波的傳播損耗大致為400dB，因此地球上的無線電波到達南門二時，單位面積的最大信號強度已經在-250dBm以下。

附帶講一下，在移動通信網絡中，正常工作所需的最低信號強度通常為-120dBm，-250dBm意味著南門二上的信號強度還要弱10萬億倍。

如何接收無線電波

由於有噪聲信號的存在，無線電波的信號強度必須與噪聲等量齊觀，才能被截獲，這個噪聲信號就是大名鼎鼎的宇宙背景輻射。

根據測算，70MHz帶寬上，宇宙背景噪聲信號的強度為-116dBm。這時，其他星球上的接收方只能通過極大口徑的天線，才能接收到足夠強度的無線電波。

下圖展示了不同距離下天線的最小口徑，圖中橫坐標是距離，單位為光年；為了讓數據更直觀，縱坐標選用天線口徑與地球直徑的比值。圖中同樣標出了南門二、GJ 273和M13。

例如南門二上的接收天線必須有135dBi的增益，才能把接收信號強度提升到-116dBm左右，換算得到南門二上的天線口徑為100千米以上，面積與天津市相當。至於GJ 273上接收天線口徑，面積大致上要與浙江省相當。

顯然，這樣的接收天線是不適合放在有重力的地方，因此必然是太空中的天線。

外星人有可能截獲無線電波嗎？

最後，講一下開頭的問題。

先說一下結論，我覺得外星人很難截獲地球的無線電波，原因有兩個：

一個是前面說的接收天線雖然增益極高，但是其波束極窄，指向性極高，可以用雷射來類比。

因此，就算外星智慧生命足夠聰明，懂得以太陽為參照點，並以太陽與木星的距離畫圓為搜索範圍，據測算接收天線對準地球的概率也不會超過千萬分之一。

另外一個是我們現在發送的電波也是有指向性的，而且發射的時間也很短。

這樣的話，即使外星智慧生命的接收天線偶然對準了地球方向，由於太陽、木星等射電源的幹擾，接收天線估計還是一掃而過，並不會耐心地鎖定地球，正好接收到人類信號的機會就微乎其微了。

總之，人類目前發射的無線電波還是太微弱了，與太陽系內的射電源根本不是一個量級，應該還不至於引起外星智慧生命的注意。