cm1415fn(惠普cm1415fn打印机)

500米口径球面射电望远镜(FAST)在中国建成的时候，有朋友说我们的超级望远镜可以用来发现外星人！当时我很自信的回答他“我们的双筒望远镜做不到这么低的东西”。好吧，现在我承认我错了。

就在几天前，中国科学院国家天文台向媒体透露，中国“天空之眼”正式启动地外文明搜寻，寻找宇宙深处智慧生命的信号。这意味着FAST加入了SETI活动。

中国“田燕”快了

“哇！”1977年8月15日，美国俄亥俄州立大学的科学家们例行公事地将他们昵称为“大耳朵”的射电望远镜对准了天空。这项工作是“Tian 空调查”的一部分，其目的是收集和记录Tai 空1415 MHz频率(接近21厘米氢线)的数据。几天后，天文学家杰里·r·艾赫曼(Jerry R. Ehman)在整理计算机打印的数据时，意外地在一堆杂乱的数据中发现了一个异常:天线在人马座方向接收到一组带宽不足10kHz的无线电信号“6EQUJ5”。信号持续时间为12秒，整个信号序列持续72秒。

人马座附近发现疑似地外文明信号

杰里兴奋地用红色圈出打印好的手稿，并写下“哇！”在它旁边。因为他意识到天体本身不会发出这样的信号，这一定是某种“人为”的结果。

虽然在随后的几十年里没有在同一地区检测到新的信号，但它在“哇！”这个谜一直挑战着科学家的想象力——这组不寻常的信息来自哪里？那里有外星文明吗？

什么是SETI？

SETI的英文全称是Search for Extra Terrestrial Intelligence，是一项由科学家发起、全球科学家团队参与的探索活动，旨在通过接收无线电波来寻找、发现和定位可能的外星人。

望远镜聚焦恒星示意图

早在20世纪60年代，科学家们就试图探索地外文明可能发出的无线电波。当时美国和前苏联的科学家利用雷达天线搜索Tai 空寻找强大的无线电信号。由于一些技术上的原因(后面会讲到)，无线电寻找外星文明经常被嘲笑，经费也经常被耗尽。但是，科学家用他们的坚持，诞生了SETI计划，并一直坚持到现在。

大多数射电望远镜不是用来搜寻外星人的。相对于宇宙的科学研究，搜寻外星文明可能发出的无线电波只能算是副业，但还是要花不少钱，因为要花钱租射电望远镜，用它强大的计算机分析数据。因此，科学家需要说服大资金所有者支持它。

21世纪，加州大学伯克利分校SETI研究所获得了微软合作伙伴保罗·艾伦基金会1150万美元的捐赠，计划建造350个艾伦望远镜阵列，天线直径为6米。在总共花费了保罗的3000万美元后，最终只建成了42座。目前，他们致力于搜寻外星信号。

艾伦望远镜阵列严重超支，进度延迟。

2015年，斯蒂芬·霍金成功说服俄罗斯亿万富翁尤里·米尔纳(yuri milner)向一个名为“突破聆听”(Breakthrough Listen)的项目投资1亿美元，该项目将租用世界上最大的可转向射电望远镜“绿色银行”(科幻小说《三体》中有“红色银行”)数千小时，进行SETI观测。我们的FAST在2016年10月建造完成时也加入了这个计划，开始搜寻地外无线电信号。

扫描脉冲星图

能快速找到外星信号吗？1977年美国“大耳朵”接收到的无线电信号“6EQUJ5”在科学界一直存在争议。有人认为它只是地球上某个无线电设备发出的无线电波束在电离层中反射和折叠的结果。真正的地外文明不会主动向Tai 空发射信号暴露自己的位置，同时需要极高的发射功率和很长的等待时间(恒星之间的距离往往以光年计量)，从星际通信的角度来看是不合理的。

《三体》中，“红岸基地”的巨大天线本身就具有极高的功率。即便如此，它需要依靠“太阳增益”来放大信号，以便将信息传输到4光年以外的半人马座。当然，那只是小说中设想的情节。实际上，物理学家会根据“平方反比定律”来计算信号传输和到达目标的强度。

平方反比定律示意图

球体的表面积是4πr^2，这意味着其表面积的增加与其半径的平方成正比。当同样数量的光子由近及远时，其散射面积呈指数增加，单位面积的数量呈指数减少。

如何理解「平方反比定律」？

点燃蜡烛，它会发光，这是发散的。假设你把手掌放在1米的距离，1秒钟100个光子打在你手上。把手放在2米远的地方是25个光子，把手放在3米和10米远的地方是11个光子呢？你手里只有一个光子。换句话说，你离蜡烛越远，你看到的光就越弱，光的强度与你们之间距离的平方成反比。

蜡烛越远，光线越弱，符合平方反比定律。

无线电波也是光子的一种。你能不能收到，跟它的发射强度，你的接收设备的灵敏度，你们之间的距离有关。我们知道，离我们最近的三座半人马座(Tribody Centauri)距离我们4.2光年，那里很有可能没有生命。太阳系周围的其他恒星往往距离我们十几光年甚至几百光年。即使那里有外星人，他们需要多大的发射功率才能让我们接收到信号？

在我们的FAST建成之前，地面上最大的射电望远镜是位于波多黎各的305米的阿雷西博天文台。据说它可以在200光年处接收到有效辐射功率为1GW的其他射频信号。

阿西博天文台的断天线

FAST，位于贵州，直径500米，灵敏度高很多。理论上，它可以探测更远的距离和更广的范围，但实际上，科学家认为人类最多只能接收100光年内的信息。

阿雷西博(上)和FAST(下)的天线尺寸比较

Too 空不那么“透明”地球被厚厚的大气层包围着。我们常说它有100公里厚，但实际上远在60万公里之外仍有许多空气体粒子。大气层可以过滤掉一些电磁波，地球磁场也会干扰电磁波。

但是在远离地球的Tai 空有密集的太阳风散落。它们是太阳发出的高速运动的带电粒子。这些带电粒子在运动过程中产生的磁场保护了太阳系内部免受宇宙射线的伤害。太阳风和银河系空之间的边界称为日光层。

所以Tai 空看似一无所有，但其透明性是相对的。任何电磁波信号在Tai 空的长距离传输都会面临巨大的衰减，对可能的外星文明发出的微弱电磁信号的影响更为明显。

对大气中无线电波的影响

这是一个长镜头。为什么这么做？中国FAST望远镜计划建设投资不到7亿人民币，实际投资约12亿，对于一台巨型高精度天文望远镜来说非常便宜。但是它所承担的科学任务极其艰巨:

对宇宙中大范围的中性氢调查，以重构宇宙早期图景；观测脉冲星；领导国际超长基线干涉仪（VLBI）探测网络；对星际分子进行检测；建立脉冲星时序陈列，构建星际导航网络；探测地外文明信号。

由于FAST的日常工作任务是搜索科学家感兴趣的天空区域，并通过其巨大而敏感的天线和19束接收器收集望远镜空的无线电信号，SETI任务本身不会增加设备的工作量，唯一增加的是通过计算机对望远镜接收到的海量信息进行计算和分析。所以只是一个路过的工作，甚至不需要太多的人为干预。

FAST的控制中心

宇宙浩瀚，仅银河系就有4000亿颗恒星，其中相当一部分拥有行星。从概率的角度来看，人类应该不是其中唯一的智慧生命，那么另一个“地球”在哪里呢？离我们有多远？这一直是一个待解之谜。

FAST通过安静地“听”来探索宇宙，从设计上看，它不具备主动向外界传递信息的能力，所以我们的研究是安全的(阿雷西博天文台就不一样了，后面再说)。找自然更好，找不到也没什么损失。即使未来某一天我们发现了更高级的地外文明，我们也可以选择回答与否，所以主动权永远掌握在地球手里。

外星人会发现我们吗？这是一个问题。

地球有没有向Tai 空发出过信号？别告诉我这是真的。这件事及其可能造成的影响，我们下次再分解。