尋找系外文明（外星人）讓天體生物學有了突飛猛進的突破

作者：天體生物學·黃姤

如何尋找地外文明呢？

第1個辦法就是通過無線電波，如果一個星球上也產生了文明那麼地外文明也極有可能同時也掌握了無線電技術，想通過截獲無線電波來搜尋地外文明的話就必須要和地外文明所使用的頻率一致，否則根本無法接收到信號。所謂頻率是指無線電波在1秒鐘內振動的次數，1赫茲表示每秒震動一次。

注:單位換算

頻率:1GHz=1000MHz，1MHz=1000kHz，1kHz=1000Hz。

時間(周期):1S=1000mS，1mS=1000uS，1uS=1000nS。

聯繫地外文明使用無線電波的頻率

頻率越高的無線電波能量衰減得越慢也能夠傳遞得越遠，但是一旦超過10千兆赫茲後，無線電波就會被大氣層中的氧或者水蒸氣吸收，很難在地面探測到，因此在搜尋地外文明的信號時，會把頻率集中在1~10千兆赫茲這個範圍內，1959年美國物理學家朱塞佩·可可尼與菲利普·莫裡森在《自然》雜誌上發表了一篇論文，他們認為如果宇宙中存在其他的地外文明生命，並且地外文明的科技水平發展與人類相當的話，那麼人類或許就能從眾多的射電信號中找到地外文明發出的信號，他們認為這個信號的頻率很有可能是1.42千兆赫茲，這種射電波的波長是21釐米，所以也稱為——21釐米波。

圖解：氫21釐米波段

朱塞佩·可可尼與菲利普·莫裡森提出這個數字可不是憑空想出來的，這個頻率是氫原子發出的電磁波的頻率，氫原子是宇宙中最基本的元素，同時也是宇宙中含量最豐富的元素，因此氫原子發出的頻率也應當是常見的特殊頻率，自然也成為了探索外星文明的首選頻率。一個氫原子和一個氧原子結合為一個羥基，也就是氫氧基時發出的頻率為1.665千兆赫茲與1.667千兆赫茲，由於氫原子與羥基會結合成為水，因此也把1.42千兆赫茲至1.667千兆赫茲這個頻段稱為地外文明波段頻率。

除了這些頻率，還會使用的頻率是1.42的整數倍，甚至是它們的π倍，2π倍等等，對於這個問題還只能是碰碰運氣，因為我們不是地外文明生命，我們也不知道地外文明生命是怎麼想的。

尋找地外文明計劃

• 奧茲瑪計劃

最早的利用無線電波對地外文明進行探索的是美國天文學家弗蘭克·德雷克。1960年德雷克使用美國國家無線電天文臺的射電望遠鏡，開始了他的第1個正式搜尋地外文明的計劃，他給這個計劃取名叫——奧茲瑪計劃。

德雷克希望聽到地外文明的呼喊，他將望遠鏡對準了鯨魚座τ星（天倉五）以及波江座ε星（天苑四）探測了21釐米波段的信號，在探索的過程中他確實收到了信號，起初他非常激動，但是冷靜地分析後才發現信號原來只是從天空中飛過的飛機而產生的，奧茲瑪計劃最終以失敗而告終，沒有收到任何可用的信號。

圖解：左鯨魚座τ星、右波江座ε星

• SETI計劃

奧茲瑪計劃的失敗只是人類探索地外文明生命的開始，從那以後SETI計劃轟轟烈烈地開始了，世界上眾多先進的望遠鏡都開始加入到搜尋外星人的計劃中，終於在上個世紀70年代可能是人類SETI計劃中最著名的信號被探測到了，1977年美國射電天文學家傑裡艾曼對大耳朵射電望遠鏡的觀測數據進行了分析，他發現在記錄帶上明確的顯示了在21釐米波段上的一個持續72秒的強脈衝信號，他激動的在記錄上畫了一個圓圈，並在旁邊寫了一個WOW！。WOW表示的是傑裡艾曼的驚訝與激動，因此，後人也將這個信號命名為——WOW信號。

收到這個信號時大耳朵望遠鏡從人馬座方向採集到了一段持續時間為72秒的強烈信號，72秒這個時間長度具有十分重要的意義，大耳朵望遠鏡固定於地面，無法自由地移動天線，因此它是隨著地球的自轉而掃過天空的，從某一個天體發出的無線電波進入到大耳朵的視野後，到大耳朵因為地球的自轉而不得不放棄觀察這個時間就是72秒，這也就是說大耳朵收到的強射電源一定來自地球以外，而不是地球上的某個太空飛行器，此外大耳朵射電望遠鏡能夠同時監聽50個波段，而該WOW信號只出現在其中的一個頻段中，這也就意味著WOW信號的頻帶值在低於10千赫茲，而自然現象所產生的射電波一般都會具有較寬的頻帶，幾乎不可能在如此窄的頻段上如此強烈，因此WOW信號真的是非常詭異的信號，後來藉助各種先進的望遠鏡對同一地區進行了苦苦的觀測，卻再也沒有收到同樣的射電波了，直到今天WOW信號依舊撲朔迷離，沒有確切的解釋，遺憾的是只記錄到信號的強度，沒有記錄信號更多的信息，也無法破譯、無法確實證明這就是外星文明的信號。

圖解：傑裡艾曼所寫的——WOW信號

• 突破聆聽計劃

現如今探索外星生命的探測也是越來越大，2015年7月迄今為止，人類史上最大規模的外星人搜尋項目（突破聆聽計劃）正式公布，這個投資了1億美元的項目，旨在搜索100萬個近地恆星以及銀河系之外的100個星系。已發現外星智慧生命存在的證據，計劃加入突破聆聽計劃的望遠鏡也都是當代頂級的望遠鏡：

美國的radio射電望遠鏡——世界上最大的可動射電望遠鏡、

澳大利亞的帕克斯射電望遠鏡、

中國天眼FAST射電望遠鏡——世界上最大500米口徑球面射電望遠鏡、

這些頂級的望遠鏡將會騰出大量的時間用於尋找外星文明，但同時也帶來了大量的觀測數據，從這些單調的數據中抽取有關外星文明的信息是一件極其耗費計算資源的任務，下面為大家展示下中國天眼FAST射電望遠鏡所能探測到的位置，為了更好地感受這次太空旅行，請反轉手機：

圖片來源網絡

假如地外文明的發展程度水平很高

假如地外文明的發展程度水平很高，它們已經到了能夠在多個行星上生存的地步，在多個行星之間進行遠距離通信時，需要解決的是發射的電磁波不發散，而雷射就有這樣的特性是一種幾乎不發散的直線傳播的單色光，利用雷射進行通信可以在短時間內傳送大量信息，傳送量遠遠高於無線電波，雷射通信最大的問題是傳送的距離，如果地外文明真的想使用雷射與我們進行通信的話，需要使用能量很強大的雷射。

目前我們最強大的雷射發射裝置可以發射出2000萬億瓦的雷射，在上學時老師在PPT上畫重點的雷射筆的功率是千分之一瓦，2000萬億瓦的雷射強度能夠在宇宙空間中傳播1000光年，假設地外文明能夠掌握的技術和我們在同一個水平，那麼1000光年外的雷射信號就可以被我們觀察到，目前利用雷射探測地外文明的計劃也在如火如荼的進行中，在探尋外星文明的無線電波或者雷射時，都有一個十分重要的前提，那就是地外文明和我們一樣會向宇宙深處發送友善的問候，但是如果它們不是這麼想的，它們只想安安靜靜的待在它們那個地方，我們還有什麼辦法找到它們呢？

• 第1種方法——探測核能的使用痕跡。

探測地外文明使用核能的痕跡，氚原子在自然界中的存量極少，但卻可以利用原子反應堆或者氫彈人工制的，如果宇宙的某個地方氚原子的存量異常，也就是包含大量氚原子的話，或許那個地方的外星人已經在大量的使用核能源了，那裡一定存在高度發展的文明。氚原子的頻率是1.516千兆赫茲，因此科學家也曾以這個頻率為目標對地外生命進行探尋。

另外對於地外文明而言，核廢料的處理也是一個非常棘手的問題，地球上的人類就面臨著這個重大的問題，方法之一就是進行掩埋處理，把這些核廢料深深的埋在具有堅硬巖石層的區域，這當然不是最好的辦法，高度文明會把核廢料丟棄在自己所居住的恆星上，也就是它們自己的太陽上，在核廢料中所包含的放射性元素中，鈾233和鈽239被投放到恆星後會發生裂變，轉變為鐠元素和釹元素，通常鐠元素和釹元素在恆星上的含量非常少，如果我們在某顆恆星上發現了鐠元素和釹元素的含量超出了一定的範圍，那麼這個恆星的附近也極其有可能存在高度發展的外星文明。

• 第2種方法——探測紅外線。

作為地球上的能量來源，太陽光中只有極小的一部分能夠為地球上的生命所利用，文明的發展必然帶來能量的需求暴增，先進的文明也不得不尋求更好的能量來源，其中一個比較好的方案就是儘可能的使用恆星的能量，比如在恆星的周圍建造一個能夠包裹恆星的超級太陽能光板，這就是美國物理學家弗裡曼·戴森提出的——戴森球。

一旦戴森球建造成功，它就能夠捕獲恆星發出的所有光，利用其全部能量，與此同時光板的外側會因為太陽的輻射而發熱進而輻射紅外線，並且輻射的強度與恆星發出的光強度相同，那麼如果我們能夠找到與恆星輸出相同強度的紅外線光線的話，那麼就有可能是地外生命存在的證據了。

在戴森球不斷建造的過程中，恆星的亮度也會發生顯著的變化，從遠處看也許是恆星亮度不規則的變暗。

• 第3種方法——尋找地外文明改造的恆星

一個高級的文明可能能夠改造其恆星來保證自己的星球宜居，恆星在進入暮年以後，內核的氫燃料消耗殆盡就會膨脹為紅巨星，到了那個時候處於宜居帶的行星，要麼直接被恆星吞噬，要麼會被恆星更加耀眼的光芒持續地照射，地面的水會變成水蒸氣，海洋會變成沙漠，高度發展的文明可以通過延長恆星的壽命來躲避這樣災難。比如將恆星其他部分的氫同內核的氫相結合，去除恆星物質或調整其轉動的速率來改變其內部的壓力，這些都會給恆星帶來獨特的特性，是高級文明存在的強有力的證據。

• 第4種方法——使用新的通信技術與地外文明取得聯繫

我們之所以無法使用無線電波尋找地外地外文明，因為它們根本就不知道什麼是無線電波，它們可能是沒有眼睛的，像蝙蝠一樣可超聲波定值觀察周圍，也許它們的語言是通過嗅覺、溫度和壓力來組織的，我們與它們走上了不同的發展道路，就像兩條平行線，永遠也無法相交。

在新的通信技術中，中微子通信是利用中微子運載信息的一種通信方式，中微子是一種體積極小且不帶電的中性基本微粒，傳遞速度接近光速進行直線傳播，不會發生反射、折射和散射等現象，並且極易穿透物質甚至整個地球，並且本身的能量損失極少，因此中微子確實是一種十分理想信息載體。也許外星文明早已掌握了中微子通信的方法，而且已經用中微子向我們發送了友善的問候，只不過它們全從我們的身體略過了。

結語

宇宙是如此之大，實在無法想像在如此浩渺的宇宙中，只有地球上存在著文明，隨著科學的發展，未來我們會有更先進的技術，更高科技的儀器，更多的資金投入到尋找外星生命的過程中，目前已經搜尋它們60年了，但是在宇宙百億級的年齡來看，這只是短短的一瞬間罷了，所以路還長我們一起努力。

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