《科技日報》4月28日報導，「被譽為中國「天眼」的500米口徑球面射電望遠鏡正式開啟地外文明搜索。」不少一直關注 FAST 望遠鏡研究進展的網友大概要問了：這是認真的嗎？真的能找到嗎？
事實上，搜尋地外文明是 FAST 望遠鏡籌建之初就被正式列入規劃的科學目標之一；為實現這一科學目標，一臺專門用於搜索地外文明信號的後端設備 FAST SETIBURST 被製造出來並安裝在 FAST 望遠鏡饋源艙內。
FAST望遠鏡於2016年9月建成並完成「初光」，經過三年多的調試和試觀測，終於在2020年1月通過國家驗收、正式開放運行。實際上早在2019年4月，FAST完成全系統測試、開啟「早期運行」階段時，這臺搜索地外文明的後端設備 FAST SETIBURST 就已同步開啟試運行；直到一年後的今天，「正式開啟地外文明搜索」。
FAST望遠鏡（中科院國家天文臺）
「地外文明搜索」在天文學研究中是個小眾的領域，但它並不是一個全新的領域。伴隨射電天文學的發展，這一小領域也已走過了幾十年的歷程。而且時不時，當天文學家發現一些暫時不明原因的現象時，總會引發媒體與大眾的一番好奇：「這會是外星人發來的信號嗎？」
2019年初，加拿大CHIME望遠鏡團隊宣布第二次發現重複的快速射電暴。當時有天文學家指出，雖然暫時無法確認這種現象的成因，但並不能排除這種信號是由地外文明所發出的可能性。這種說法經媒體放大渲染後，激起了坊間許多關於「外星人」的討論。
現在「中國天眼」也加入了搜尋地外文明信號這個令人充滿遐想的領域——為了回答「真的能找到嗎」這個問題，我們有必要對人類開展「地外文明搜尋」的歷史做一系統的回顧。
「不靠譜」
然而說起地外文明搜尋，略有思考能力的人都不免在心中先打上一個問號：這真的是靠譜、嚴肅的科學研究嗎？
筆者在2019年1月曾經發表文章，梳理西方「飛碟學」的濫觴和源流，指出東西方都有不少人致力於建構有關外星人接觸的現代神話、發展基於這種神話的新宗教團體，甚至進一步衍生出邪教團體與詐騙團夥。
形形色色的「外星人邪教」一度在社會上泛濫（微博截圖）
這些歪理邪說在社會上之所以只造成有限影響，部分原因是大多數公眾經過了優秀科幻作品的洗禮，能夠恰如其分地分辨想像與現實的邊界，不會再被邪說所蠱惑。
但這種針對「外星人邪說」的思想抵抗力，如果運用不當，也會反噬真正嚴肅的科學研究：美國的SETI研究，就曾受到這種所謂「嘲諷因素」的影響、無法獲得嚴肅對待，而長期趨於停滯。
沒經費
著名天體生物學家、科普作家卡爾·薩根在其科幻小說 Contact講述了一位女性天文學家痴迷於搜尋地外文明信號的故事。小說中非常富有現實意義地對主人公面臨的困境多所著墨：SETI研究難以取得重大突破，不受經費管理部門的青睞，主人公的科研職業生涯發展也受到嚴重限制。
卡爾·薩根小說改編的同名電影《超時空接觸》劇照
薩根的靈感來自他的親身經歷。1978年，NASA剛剛開始對SETI研究開展資助四年之際，儘管那一年NASA給SETI微波觀測項目的撥款只有區區13萬美元，民主黨參議員威廉·普羅克斯邁爾還是給SETI項目頒發了一個「金羊毛獎」，來嘲諷「找外星人」的科學研究不過是薅資本主義納稅人羊毛的無用之學。1981年，普羅克斯邁爾乾脆提了個修正案，停掉了1982年NASA旗下SETI項目的全部預算；直到薩根出馬，利用自己的高人氣和對華盛頓政圈的影響，說服普羅克斯邁爾不再阻擋SETI項目，1983年NASA才恢復這一資助。
卡爾·薩根
此後幾年，NASA對SETI項目的資助大體逐年增加，到1991年，隨著使用大型射電望遠鏡對1-10GHz的微波波段進行全天巡天以搜尋來自地外文明的窄帶信號的「微波觀測計劃」的上馬，NASA對SETI項目的年度預算首次超過了1000萬美元。
1992年，為了迴避國會對SETI項目的抨擊，NASA將MOP計劃名稱改為「高解析度微波巡天」，並特意選在哥倫布發現新大陸500周年紀念日宣布這一新巡天計劃。這個換了馬甲的新計劃仍然遭到圍剿，但在太空人出身的參議員傑克·加恩等人的努力下，得以保住1993年的1200萬美元預算。
太空人時期的傑克·加恩
但在1993年，民主黨參議員理察·布萊恩繼續提出法案，堅持要砍掉HRMS計劃，來終結「對納稅人錢的極端浪費」。這次SETI的反對者們勝利了。布萊恩得勝地聲稱，「對火星人的大圍獵終於要結束了」。
NASA在1975~1994年間為射電SETI研究提供的年度經費（數據來自NASA空間科學總部辦公室，筆者製圖）
在此後的25年裡，美國的SETI研究完全無法取得來自公共財政的資助，只能吃了上頓沒下頓的尋求私人慈善資金的接濟。《超時空接觸》女主人公的原型、美國SETI研究所創始所長吉爾·塔特在接受多家媒體採訪時都曾表示，這25年的經費匱乏，導致SETI學科的發展出現嚴重斷層，人才梯隊的建設和學術活動的開展都難以正常進行。
戒驕戒躁
微軟聯合創始人保羅·艾倫是SETI失去公共財政資助之後最重要的捐助者之一。1993年，他和英特爾公司創始人高登·摩爾各自向SETI研究所承諾連續五年每年捐助100萬美元用於SETI研究。1995年起，這筆經費支持了使用包括阿雷西博望遠鏡在內國際主要大型射電望遠鏡開展的「鳳凰計劃」。到2004年，該計劃在1.2~3GHz頻段內對大約250光年內的800多顆恆星進行了窄帶觀測，但其探測到的數百萬個「信號」都被認證為源自地球的幹擾信號。
微軟的兩位主要創始人比爾·蓋茨和保羅·艾倫（圖源不詳）
1971年，美國SETI研究方興未艾時，NASA曾經發起「獨眼巨人計劃」，研究應該如何開展SETI研究。該計劃成果指出，可以建設一座大型望遠鏡陣列，專門進行地外文明信號的搜索。當時該計劃的研究人員可謂雄心勃勃：他們希望建設由1000面100米口徑的大型射電望遠鏡組成的陣列，整個陣列覆蓋16公裡直徑的範圍，整個陣列的預算高達100億美元。
獨眼巨人計劃提出的大型射電望遠鏡陣列藝術想像圖
這一預算已經高達同期美國大型「政治任務」阿波羅登月計劃的4成，不出意外的沒了下文。但到了90年代末，美國SETI研究者們再一次爭取能夠修建屬於自己的SETI專用望遠鏡陣列。儘管這次的計劃遠遠沒有「獨眼巨人」那麼誇張，還是犯了盲目冒進的錯誤。
在吉爾·塔特的領導下，研究人員提出了「一公頃望遠鏡」計劃，希望用350面口徑6.1米的天線，實現總計大約1萬平方米的接收面積。儘管趕上2001年網際網路泡沫破裂的大蕭條，保羅·艾倫仍然先後為OHT計劃捐資3000萬美元，因此該望遠鏡被命名為艾倫望遠鏡陣列）。
SETI研究所創始所長吉爾·塔特（圖片版權：Sebastian Nevols）
提出SETI領域著名的「德雷克公式」的法蘭克·德雷克一開始為該計劃設想了一個極端廉價的方案：採購衛星接收天線的貨架產品，以每個天線1100美元的低成本完成陣列的建設。但隨後SETI研究所採納了更加激進的方案：對天線進行各項優化，使其在靈敏度、頻率覆蓋、偏振測量能力等方面的表現更好——結果是天線的單價暴漲到20萬美元，生產和建設全部350面天線的總預算則升至1.1億美元。
2007年，由於僅籌措到5千萬美元捐款，SETI研究所僅建成42面天線之後就宣布ATA開始投入運行。但ATA-42總接收面積過小，無法達到有足夠競爭力的靈敏度、以勝任除了SETI以外的其他天體物理研究。
艾倫望遠鏡陣列（圖片版權：Seth Shostak, SETI Institute）
2008年，美國國家自然科學基金會以此為由決定停止給加州大學伯克利分校提供原本用於和SETI研究所合作運行ATA-42的經費——每年250萬美元。受此影響，ATA-42一度於2011年中瀕於中止運行。所幸先有《超時空接觸》女主扮演者朱迪·弗羅斯特等人參與眾籌，後有美國空軍租用ATA-42部分機時用於衛星追蹤，才讓這架望遠鏡得以維持運行。
土豪進場之後
隨著克卜勒望遠鏡的巨大成功，本世紀的第二個十年裡，數以千計的系外行星為人類所知——其中有相當數量位於「宜居帶」。這顯然鼓舞了公眾對地外文明的熱情和想像。
2015年，另一個土豪進軍SETI領域：物理學家出身的俄羅斯企業家尤裡·米爾納發起「突破倡議」，他承諾出資1億美元，推動包括「突破聆聽」計劃在內的多個與地外生命探索相關的研究計劃。也許是吸取了ATA望遠鏡的教訓，尤裡沒有選擇出資建造專門服務於SETI的新望遠鏡，而是利用美國綠岸望遠鏡和澳大利亞帕克斯望遠鏡經費短缺的時機，抄底了這兩座已經躋身世界上最大、最成功射電望遠鏡行列的優質資產——突破基金會出資購買了這兩座望遠鏡可觀比例的觀測時間，用於對鄰近恆星進行監聽。
突破聆聽計劃每年的出資規模約為一千萬美元，這筆錢不僅相當程度緩解了SETI研究領域的饑渴，更延續了GBT和Parkes兩架重要設備的壽命，其觀測數據還可以被脈衝星研究者重複利用，因而受到天文學界的普遍歡迎。
在突破聆聽的錢還沒花完的時候，美國SETI研究界、尤其是以民間機構形式存在的SETI研究所，已經在開始為下一個階段錢從哪來而焦慮。2018年，美國眾議院的一項法案曾經建議NASA為SETI研究提供兩個年度、每年一千萬美元的支持；但去年2月，2019財年分錢方案塵埃落定時，眾議院提出的由NASA出資支持私營及慈善機構合作開展SETI研究的建議，最終並未獲得通過——也即SETI研究所和突破基金會都無法獲得NASA的補血。
2019年3月，美國科學院公開徵集下一個十年各學科、各領域的發展建議書。一封吉爾·塔特列名合作作者的建議書分析了當前SETI研究領域的進展和進一步發展的需求，並再次提出「每年只要一千萬」的卑微要求——與之對標的，是當下天體生物學的支柱、行星探測領域每個任務動輒數十億美元的龐大預算。
美國科學院「天文2020」十年規劃徵集標誌
改名換姓，能否脫胎換骨
值得注意的是，這封建議書中不再使用以往慣用的「SETI」一詞——吉爾·塔特多次諧謔稱，1993年之後這就已經成為「那個不能說的四字單詞」。取而代之的，是吉爾·塔特在2018初提倡的新名詞：技術印記。
從上世紀90年代末以來，天體生物學的研究領域逐漸把主要精力放在論證和尋找尚處在原始形式的生命留下的可探測特徵上——這被稱作「生物印記」研究，例如搜尋系外行星大氣層中氧氣的光譜特徵、在火星表面採集並分析土壤化學成分等。
由於美國公共財政對SETI研究支持的缺位，生物印記研究牢牢佔據了天體生物學研究的絕大部分經費——在過去15年裡，大體在每年5千萬美元上下浮動。從SETI向「技術印記」的改名，可能體現了吉爾·塔特試圖洗脫「SETI」一詞在經費管理部門的汙名化刻板印象、試圖建立起與「生物印記」平起平坐的天體生物學子學科的努力。
另一方面，「技術印記」一詞也能更準確描述「SETI」這個領域科學家的實際研究對象。「我們無法定義智慧生命」，吉爾·塔特在一次學術報告中表示，實際上研究人員搜尋的對象只是「別人使用技術的證據」。
相較於過去幾十年來，已經與射電天文學觀測建立強關聯的SETI一詞，「技術印記」也能指涉很多近些年攪動輿論的新情況：例如針對擁有無規則光變的塔比星，有人提出可能是「圍繞恆星建造的巨型建築」或曰「戴森球」；例如針對2017年底闖入太陽系的星際小行星奧陌陌，有人提出其反常加速可以用「光帆」來解釋，等等——必須指出的是，由於這些懸案均未得到解決，以「技術印記」視之，只能作為眾多學術觀點之一去小心求證。
2018年9月，NASA牽頭舉辦了一個「技術印記研討會」，與領域內研究人員諮商NASA應如何參與該領域研究。與會人員共同撰寫的會議總結還提及，原則上「技術印記」也可能出現於太陽系內包括地球在內的各個行星上。但他們不無憂慮地記錄道：過往一些看起來屬於該領域研究的民科「成果」，在引發巨大公眾關注後被證明不實——例如一名電氣工程師馬克·卡洛託所謂「火星臉」和「火星城市」的發現——使得該方向的探索值得格外小心。
困境求生之道
由上文所述，我們不難發現經費困境在25年來始終與SETI研究如影隨形。這在很大程度上形塑了其觀測策略：用於SETI觀測的後端儀器，往往以特定望遠鏡的次要後端儀器存在，在主要後端設備從事其他觀測任務時，分享其觀測數據，以SETI為科學目標進行數據分析——這種所謂的「共時」觀測，可以在無需以大筆科研經費獲取整塊寶貴觀測時間的情況下，開展SETI研究。
另一方面，即使是專門為SETI所興建的ATA望遠鏡，也從設計之初即保留了多科學目標同時運行的能力；購買專門望遠鏡時間用於SETI研究的突破聆聽計劃，也兼容了快速射電暴搜索和脈衝星研究需求。這種設計思想有助於SETI研究在天文學界爭取更廣泛的同盟者、更多元的經費來源。
而射電天文觀測之所以允許多個後端儀器開展「共時」觀測，得益於射電天文觀測的原理：不同於光學觀測需要在收集光子的同時「摧毀」光子，射電觀測只需對電磁波振幅進行高頻採樣，這樣獲得的數據可以在多個後端無損共享；多天線陣列組成的所謂「幹涉儀」，更可以允許不同研究者按照各自興趣，在後期數據處理時選擇同一視場範圍內的不同目標展開分析。
在FAST望遠鏡落成前曾擔綱「世界最大單口徑射電望遠鏡」美譽、與FAST望遠鏡一樣依託喀斯特溶蝕窪地地貌修建的美屬波多黎各阿雷西博望遠鏡，是FAST望遠鏡設計、建設和運行的重要參照物，該望遠鏡即曾長期以「共時」觀測模式開展SETI研究。
由加州大學伯克利分校設計的後端設備「搜尋來自鄰近發達地外智慧種族射電發射」，旨在作為次要後端設備實時搜尋窄帶發射信號。從1979年第一代SERENDIP問世之後，歷經多次升級，目前在阿雷西博望遠鏡上使用的已經是第六代，可以同時監聽42.6億個0.8Hz寬的通道。
FAST望遠鏡使用的 FAST SETIBURST 後端設備，即採用了最新一代的SERENDIP VI，除此之外還包含一個用於搜索快速射電暴的模塊。FAST SETIBURST 與服務於其他幾項科學目標的後端儀器共同安裝在FAST望遠鏡的巡天主力設備——L波段19波束接收機上，共同組成FAST的重要巡天計劃「FAST多科學目標同時掃描巡天」；除SETI和快速射電暴搜尋外，還對氫原子氣體、脈衝星等科學目標開展研究。
迷人的「水洞」
阿雷西博望遠鏡、FAST望遠鏡及突破聆聽使用GBT、Parkes開展的SETI觀測，都主要使用L波段波段。這是出於怎樣的考慮？
首先，前文已經說明，在經費局限的情況下，SETI觀測必須以「共時」觀測模式「蹭」其他觀測項目的時間。而大型射電望遠鏡最主要的研究目標之一，能夠示蹤銀河系、河外星系及宇宙大尺度結構中物質分布的氫原子氣體，主要是通過位於L波段的1.420GHz氫原子超精細結構躍遷譜線而被觀測的。L波段也是脈衝星搜尋常用波段之一。因此，「蹭」L波段的時間，所獲時間最多、可操作性最強。
另外，我們還需要從星際通訊本身的需求出發推斷，假如真的存在一個願意與其他文明通訊的地外文明，它們會選擇哪些頻段作為通訊頻段？——這個頻段需要儘可能少的被星際電離氣體的色散效應所影響，儘可能少被星際塵埃及行星大氣層吸收；一個來自系外行星的信號要被探測到，還必須在與來自其母恆星的同頻率輻射、以及來自銀河系背景的同頻率輻射的競爭中取勝。
氫原子發射線位於1.4GHz，在該頻率附近不遠的1.660GHz處，還有星際介質中羥基的幾條發射線——氫和羥基合一塊就是水，孕育生命的物質；射電天文學家把這個頻段暱稱為「水洞」。在微波頻段，星際介質的色散效應有限、類太陽主序星的輻射較弱，地球大氣吸收和銀河系背景噪聲的綜合不利影響也在1.5GHz附近達到極小，「水洞」因而成為一個有利的觀測窗口。
《自然》雜誌1959年的一篇文章相信1.4GHz就是那個星際通訊「神奇頻率」，其最主要論據還是從人類自身發展水平進行論證的一套邏輯：由於1.4GHz氫原子譜線在天體物理學中的重要性，任何即使剛剛開始具有射電天文學的文明都會注意到這條特殊的譜線，並對其進行觀測；而任何故意想要讓自己的信號被其他文明探測到的，都可能會依據同樣的邏輯，選擇這條最常被觀測譜線的頻率來發送自己的信號。
也有人試圖給1.4GHz乘上一個π或者e之類的「重要數字」，湊出其他的「神奇頻率」，但這種嘗試能導出的結果不勝枚舉，無法真正指導資源有限的SETI研究。而1959年之後的半個世紀裡，射電天文學界又發現了許許多多其他重要天體物理譜線，單從氫原子發射線重要性來為「神奇頻率」立論已不盡能服人——所以最終SETI研究選擇堅守L波段，可視為經費窘境之下，結合考慮觀測窗口的現實策略。
如何擬一封宇宙電報
選擇篩選窄帶信號，同樣是出於這樣的邏輯：如果一個地外文明希望自己被探測到，它們會選擇以最容易被識別出其非自然本質的方式來發送信號。
吉爾·塔特在2001年發表的一篇SETI領域綜述中指出：而在中心極限定理制約下，所有本質是天體物理來源的發射譜線都會有一定的熱展寬。向外界傳達自身文明能力以便引起注意的簡單方法，就是發出在頻率域足夠「純淨」的窄帶信號。
除了發送長時間的窄帶發射，另一種可以讓信號看起來出自「人」造的方式，是發射寬帶的、持續時間極短的閃爍信號。伯克利旗下的一個SETI項目「天文閃爍」，就是以0.4微秒的時間解析度，在阿雷西博望遠鏡上搜尋寬帶閃爍信號——這比一般脈衝星搜尋的100微秒時間解析度還要精細很多。Astropulse計劃跟著名的SETI@home一樣，使用了「伯克利網絡計算開放基礎設施」，利用公眾的個人計算機進行分布式數據計算。
也有一些研究者使用光學望遠鏡搜索閃爍信號來進行SETI研究。光學波段用作星際通訊的本質問題是星際塵埃的消光作用使得傳輸距離非常受限，雖然其承載信息的能力顯著強於射電波段。對光學SETI，本文篇幅所限，不做展開。
大海撈針
回到文首的問題，我們應該如何看待SETI研究是否「靠譜」這個問題？
除了出於對現代「外星人神話」的不屑而產生的「嘲諷因素」，嚴肅的懷疑論者也對SETI研究提出了批評。牛津大學人類未來研究所的米蘭·奇爾科維奇總結稱，這些批評大致可以分為兩種：
而最經典的發問莫過於「費米悖論」：「如果銀河系中真的存在大量地外高級文明，為什麼我們沒有找到任何證據？」在SETI研究開展幾十年後，這樣的發問顯得更加有力。
對此，SETI研究者提出「宇宙草垛」的概念——英語成語「草垛尋針」的那個草垛——宇宙草垛指的就是在進行SETI研究時，研究者所必須面對的巨大而人類知之甚少的多維參數空間。
賓夕法尼亞州立大學的SETI研究者於2018年發表的一篇文章中計算了人類目前已有的SETI研究已經找過了這個巨大的「宇宙草垛」的多大比例：他們用靈敏度、中心頻率、傳輸帶寬、空間位置、偏振性、重複頻率、調製方法等9個參數建構起SETI研究的參數空間，最終結論是，如果整個參數空間的大小比作地球海洋中的總水量，那麼我們現在已經找過的範圍，差不多只是一杯水而已。
在一杯水中沒有找到魚，不能說明整個海洋裡沒有魚——我們遠遠沒到有資格提出「費米悖論」的時候。
這當然一方面讓人相信，SETI研究仍然大有可為，另一方面也不免讓人感到絕望——智叟對愚公的那種絕望。
尾聲
不管怎樣，使用FAST望遠鏡的中國天文學家們有理由感到謹慎樂觀：憑藉巨大的接收面積，它已經坐穩同波段望遠鏡中的靈敏度之最的寶座，這一優勢甚至在號稱「世紀工程」的國際合作大項目「平方公裡陣列」的一期工程於十年之後建成時都不會動搖。相較於以前和同時代其他參與SETI研究的射電望遠鏡，FAST將能夠更深入、更快速的搜索「宇宙草垛」。
當前各主要參與SETI研究的望遠鏡在相同觀測參數下的靈敏度對比（來自Margot等人所撰寫的「天文2020」建議書）
根據《科技日報》的報導：
FAST首席科學家、中國科學院國家天文臺研究員李菂組織的「FAST與突破聆聽計劃合作組」發表了對FAST地外文明搜索巡天的量化展望。基於對超級地球GJ 273 b的試觀測和對地外文明各向同性等效功率的測算，FAST有潛力探測到類地地外行星巡天衛星將公布的數千顆地外行星上的類地文明，以及近鄰仙女星系中的第二類卡爾達肖夫或更先進的技術文明。
雖然對FAST在地外文明搜索領域大展拳腳的未來充滿期待，但有鑑於「宇宙草垛」之浩大，我們又不必給FAST團隊以「必須找到什麼」的壓力——盡人事，聽天命，如此而已。