“中国天眼”发现疑似地外文明信号，“三体人”真的存在吗？

近日，北京师范大学天文系教授、中国地外文明搜寻首席科学家张同杰对媒体透露，其团队使用“中国天眼”发现了几例“来自地球之外可能的技术痕迹和地外文明候选信号”。张同杰指出，这是几个不同于以往的窄带电磁信号，目前团队正在抓紧进一步甄别和排查。
被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜（FAST）2020年9月正式启动地外文明搜索工作，这是FAST的五大科学目标之一。2020年，对FAST 2019年观测数据处理时，张同杰团队发现了两组地外文明可疑信号。2022年，团队又从太阳系外行星目标观测数据中发现了一个可疑信号。
“FAST最新发现的这些可疑信号很可能来自地球，而不是外星人。”加州大学伯克利分校地外文明研究中心首席科学家丹·维尔海默对《中国新闻周刊》说。维尔海默1979年就开始从事“地外文明搜寻”（SETI）工作，是国际上最权威的SETI研究人员之一，也是张同杰团队的美国合作者。张同杰团队也称，可疑信号是某种射电干扰的可能性非常大。
维尔海默指出，迄今为止，人类探测到的所有“疑似信号”都是由“我们自己的文明”发出的，而不是“另一个文明”。那么，人类离发现外星人还有多远？

2020年1月8日，检修期间的“中国天眼”。图/新华
为什么会混淆人类信号和外星人信号？
可疑的信号都来自哪里？
维尔海默解释，这些信号可能来自手机、电视、雷达、卫星，以及天文台附近的电子设备和计算机，以无线电波的形式被FAST接受到，由于人类难以区分它们和外星信号之间的差别，因此对观测带来干扰。“虽然在FAST上的实验刚刚开始，还在学习如何处理干扰信号，分析数据，但在此之前，我有20多年的经验，比如利用波多黎各的美国阿雷西博射电望远镜观测时，曾收到过很多与这次非常接近的信号，它们最终总被证明是一种无线电干扰。”
为什么我们总是会混淆人类信号和外星人信号？在各种地外文明搜寻计划中，通过射电望远镜捕捉特定频率的无线电信号，一直是SETI研究人员的首选。这是因为宇宙中各种形式的电磁辐射中，无线电波的“穿越”能力最强，几乎可以不受阻碍通过广袤宇宙，尽可能减少信息损耗，这是人类接收的理想的“信号”。
1960年，SETI的先驱者弗兰克·德雷克在美国格林班克国家射电天文台进行了人类首次对地外文明的无线电信号搜索，德雷克将其称为“奥兹玛计划”。1960年4月到7月间，每天当中有6小时，德雷克会把天文台的无线接收器调到1420 MHz（兆赫）频率，他认为，这可能会是外星人通用的“你好”频率。
1420 MHz频率，是所有SETI人员都会重点关注的搜索对象，因为这是氢原子的发射频率，而当一个氢原子与一个羟基结合时，水就诞生了，这是人类所知道的生命原初构成的最重要元素。1720 MHz是羟基的发射频率，因此，在氢和羟基之间，从 1420 到 1720 MHz 的频率范围被称为宇宙“水洞”，这被美国国家航空航天局（NASA）认为可能是有生命聚集的地方。
目前，射电望远镜对外星信号的主要搜索范围是从1000-10000 MHz的“微波窗口”。这一“窗口”的信号最易被识别且穿透力强。SETI研究人员进一步聚焦，主要寻找频带宽度在几百赫兹以下的“窄带信号”。维尔海默解释，地外文明发出的信号不一定是窄带，人类寻找窄带信号，只是因为这样更容易将“非自然”的信号识别出来。恒星、脉冲星、类星体，以及银河系中湍急而稀薄的星际气体发出的都是宽带信号，如果选择宽带信号去搜寻，我们就很难确认它究竟是来自地外文明，还是宇宙中某一种自然现象。
已知天体自然源能发出的最小频率大约是500 Hz，研究人员认为任何带宽小于300Hz的信号应该都是“非自然”制造的。“但不幸的是，人类自己也会制造大量窄带信号，这使得SETI搜寻也变得更加困难。这就是一直困扰我们多年的射频干扰问题。”维尔海默说。
对于FAST而言，解决这个问题更加困难。维尔海默指出，FAST的优势是灵敏度比任何现有的射电望远镜都高，更容易捕捉到远方非常微弱的信号，但硬币的另一面则是，这也会带来更大的干扰。
FAST投用之前，世界上最灵敏的地外文明观测设备，是2020年12月因结构失控而垮塌的美国阿雷西博望远镜。根据FAST首席科学家、中国科学院国家天文台研究员李菂团队的研究，FAST的综合灵敏度比阿雷西博高10倍，拥有目前世界上唯一的300米级天线，瞬时灵敏度超过其他天线一个数量级以上，而且FAST还拥有更高的测量精度和更大的天区覆盖面。
张同杰等人在2020年4月发表的论文《基于FAST望远镜的地外文明共时观测》中指出，对来自外星的可疑候选信号，FAST筛选的标准是“信号带宽小于500Hz，持续时间小于100秒”。筛选之前，FAST会先使用“星云”算法程序对“窄带”干扰信号去除，主要方式是调查信号是否持续在多个天区出现，真正来自地外文明的窄带信号应该只在天空的固定区域出现。同时在很多天区出现的信号，大概率就是来自地球的干扰信号，会被程序去除。不过，结果显示，算法筛选后，仍会残留小部分干扰信号。“到目前为止，没有一种算法可以将噪声干扰完全去除”。
维尔海默认为，一种更根本的解决办法是将射电望远镜从地球移到月球背面，这里将免受地球上的无线电污染。另外一个办法是使用两个射电望远镜同时检验，比如，一个在贵州，一个在上海，两个望远镜相距千里以上，这样就可以更准确地知道，信号源离我们到底有多远，是在地球附近，还是在更遥远的地方，“就像三角定位一样”。
地外文明搜寻中，主要有两种策略，一种是更广泛的天空调查，即巡天观测，用望远镜扫过大片天空，寻找可能来自任何方向的地外强信号，另一种更具针对性，将望远镜指向有可能存在生命的指定恒星区域，长时间停留在这里，捕捉较弱的信号。张同杰在论文中指出，FAST未来的目标之一是通过1~2年巡天观测，获得一些好的候选目标信号，并对候选目标进行后续观测，进一步检验候选目标的可信度与可重复性。
在维尔海默看来，FAST非常灵敏，而且可以覆盖更大范围内天空。未来5~10年，人类将利用这个充满美感的望远镜进行大规模天空调查，这需要巨大的计算能力，现在每秒可以分析大约200亿个信号，但还远远不够。“数以万亿计的星星让我们仰望，我们才刚刚开始。”维尔海默说。
“我们在宇宙中是孤独的吗？”
1959年9月19日，第一个人造卫星发射两年后，物理学家菲利普·莫里森和朱塞佩·科科尼在《自然》上发表论文《寻找星际通信》，首次分析了宇宙中各种频率的射线，提出无线电波可用于星际通信。1961年，德雷克在格林班克举办的第一次较严肃的SETI会议中，提出了著名的“德雷克方程”，希望通过公式计算出：银河系中究竟存在多少能够被人类检测到的外星文明（N）。德雷克本人对N的估算是10000，但很多科学家对此存疑。
历史上曾出现过很多疑似“N=1”的情况，大多被证明是乌龙，另一些至今没有答案。其中最著名的是1977年8月15日收到的“Wow！”信号。这一天，美国俄亥俄州立大学的“大耳朵”望远镜探测到了一组“非常像地外文明”的信号，来自人马座M55球状星团西北方向，窄带，强度大，最重要的是，信号频率正是氢原子的发射频率1420 MHz。当天的观测者杰里·埃曼在数据记录纸上标出该信号的强度数值，并情不自禁地写下“Wow!”。遗憾的是，天文学家后来在不同望远镜上尝试了多次，始终没有在同一方向搜索到重复信号。直到现在，“Wow！”仍是已发现的所有“可疑信号”中的最强候选者。
1984年11月，非营利科学机构SETI研究所成立，1995年至2004年间，研究所开展了当时世界上最全面的地外文明搜寻项目——“凤凰计划”，利用澳大利亚帕克斯射电望远镜、格林班克的国家天文台望远镜和美国阿雷西博望远镜，一共观测距离地球200光年以内的800个恒星系统。从2007年开始，SETI研究所有了一个更强的“聆听”设备——艾伦望远镜阵列。这是第一台专门为地外文明搜寻设计的射电望远镜，静静地坐落在旧金山以北的喀斯喀特山脉深处，由42 个无线电天线在地面上排列而成。阵列式设计允许同时搜索多个恒星，使搜寻速度提高了至少100倍。SETI研究所预计，艾伦望远镜让人类未来二十年内可以将搜索范围扩大到100万颗恒星。
目前，研究所与NASA合作，开普勒望远镜发现的数千颗候选“宜居”行星，都成为艾伦望远镜阵列的重点观测对象。2015年7月，NASA在太阳系外发现了一颗目前为止“最接近地球”的类地行星“开普勒-4525b”。但SETI研究所用艾伦望远镜对这颗地球的“表亲”观测，没有任何结果。目前，艾伦望远镜接收器的系统更新后，可以将信号覆盖至1000 MHz 至 15000 MHz。
让人类不解的是，为什么这么多年来，还没有发现地外文明？1950年，意大利裔美国物理学家恩里科·费米问出了几千年来人类文明最想回答的问题：“我们在宇宙中是孤独的吗？”1973年，麻省理工学院天文学家约翰·鲍尔提出了一种解释：就像人类在动物园里观察动物，外星人可能也正在默默地观察人类。他们故意避免和人类接触，把人类文明圈隔出来，就像宇宙中的“自然保护区”，或者只是为了“监视”人类，这就是著名的“动物园假说”。
2016年，英国圣安德鲁斯大学天体物理学家邓肯·福根对这一假说提出质疑，他认为，假说实现前提是多种外星文明必须通过签订协议，建立一个统一的“银河俱乐部”，否则只需要一个“不同政见者”，不接触原则就会被打破。这听起来完全是人类社会的思维方式。事实上，对于外星文明可能会发出什么样的信号，所有猜测都建立于人类对自身社会的认知。
在维尔海默看来，最佳的SETI策略是多重搜索，检测尽可能丰富的波长和信号类型，比如激光和红外线，而不仅仅是无线电。他表示，迄今为止人类进行的SETI研究只检测了无线电频谱的“一小部分”，还有少量研究关注红外波长。因此，地球人仍在“最浅层的地方”摸索，甚至在已检测到的信号中，可能就隐藏着地外文明的讯息。
2017年，SETI研究所启动了一项新计划“激光SETI”，重点捕捉以前可能被忽视的“快速闪烁的激光信号”。与无线电相比，激光通信优势可以“包裹”更多能量，原则上激光每秒传输的信息是无线电的50倍。首批两台望远镜已经建成，分别位于加利福尼亚的索诺马县和夏威夷毛伊岛。观测时，两台望远镜以不同角度同时对准天空同一个区域，每秒扫描150度的夜空弧度超过一千次。等全部望远镜开始运行，该计划将能够监测西半球大约一半的夜空，并且实现真正的连续观测。“全天全时”一直是SETI研究者所追求的目标。
SETI研究所高级天文学家赛斯·肖斯塔克对《中国新闻周刊》指出，人类尚未发现地外文明信号原因可能有两个：一是监测还没有覆盖足够广阔的天空；二是设备灵敏度还不足以探测到外星“广播”。
我们该向外星人主动“打招呼”吗？
2022年5月，美国国会举行了半个多世纪以来的第一次UFO听证会，五角大楼官员在会上展示了几个难以解释的影像：从FA-18 战斗机窗户拍摄到的球形物体；一个发光的绿色三角形正在空中移动。NASA随后宣布要组建一个专门的UFO研究小组，这是它第一次介入不明飞行物调查，此前这类研究被多数科学家斥为“不是真正的科学”。
对于“动物园假说”，很多天文学家对其背后的“监视”意味不寒而栗。从人类开始“聆听”宇宙时，是否要主动向外星人发送信号，一直是科学家们激辩的中心，目前，主流观点持否定态度。美国天体生物学家道格拉斯·瓦科赫则不同，他认为要想让“银河动物园”的管理员现身，人类可以通过向附近恒星发送强大的、信息丰富的无线电信号向外星人介绍自己，“他们可能就会回应我们”。“他们在外面，并且已经知道我们在这里，为了进入银河俱乐部，我们必须提交申请，也许甚至支付一点会费。”
瓦科赫2015年创办了一个名为METI International的组织，旨在研究如何给外星人发送更“合适”的信息。在此之前，瓦科赫在SETI研究所工作了16年，担任星际信息撰写主任。
与“主动搜索派”相对，大多数科学家认为主动“打招呼”会让地球面临“暴露的风险”。2015年9月，在一个搜寻外星人的“突破聆听”项目启动会上，发起人之一、剑桥大学宇宙学家斯蒂芬·霍金明确警告，不要对宇宙“大喊大叫”，因为地球之外阅读人类信息的文明可能“比我们早了数十亿年”，它们会更加强大。他认为，这些先进的外星文明可能具有与人类同样的暴力、侵略和种族灭绝特征。这正是《三体》所描写的故事。
早在1974年，阿雷西博望远镜就对太空发送出人类的第一条无线电信息，目的地是25000光年以外的球状星团 M13，发送时间不超过三分钟，信息通过一种二进制编码被传递出去。此后，“主动搜索派”科学家一直在研究如何用最少信息传递关于人类社会和物种的最多内容。
2017年，METI连续三天向12光年之外的鲁坦星发射了重复信号，这是距离地球最近的恒星系统，包含一颗潜在的“宜居行星”。与“阿雷西博图像”相比，这条信息更加复杂，包含了很多基础数学、物理学概念和一些科学知识，包括告诉外星人为什么1+1=2，解释无线电信息如何读取以及人类的时间概念是什么。瓦科赫乐观估计，如果一切顺利，人类在2042年前就可以收到外星人的回复。METI第二条信息将于2022年10月4日发送。这一次目标是距离地球39光年的恒星TRAPPIST-1，TRAPPIST-1将收到一个更丰富的“包裹”：元素周期表的细节、原子的组成，以及英国爵士摇滚乐队The Comet Is Coming演唱的歌曲和俄罗斯音乐家爱德华·阿尔捷米耶夫创作的《对上帝使者的颂歌：地球之美》。
1977年的一次“对外传播”中，两艘宇宙飞船搭载的“黄金唱片”更是汇集了人类文明的精华：包括115幅图像，图像中有太阳光谱、水星、火星、人体解剖图、胎儿、男女关系图、地球内部结构、大陆漂移等，搜集的声音中有海浪、风、雷的声响，座头鲸的歌声，55种人类古代、现代语言连续说出的“你好”，中国的吴语，巴赫、贝多芬、莫扎特的音乐精选等。
与科学家想象的不同，越来越多的研究显示，普通公众其实对外星人并没有那么大的敌意，而且相信“外星文明确实存在”的人数在逐年增加。盖洛普民调结果显示，1966年至1987年，相信外星文明存在的人数占比从34％上升至50％。1997年，在马里斯特民意研究所的一项调查则显示，86％的受访者认为银河系邻居是友好的，而不是敌人。到了2021年7月，皮尤民调机构发布的一项最新调查显示，51％的美国人认为“不明飞行物（UFO）”可能来自外星智慧生命，约87％的受访者表示UFO根本不会对美国构成安全威胁。
美国对于UFO的研究将于今年秋天开始，历时9个月，预计花费10万美元。小组负责人是美国天体物理学家大卫·斯佩格尔，他指出，必须以“谦逊的态度”来处理这类问题，“我职业生涯的大部分时间都是作为宇宙学家度过的，我们不知道宇宙的95％是由什么组成的。”他说。
维尔海默指出，UFO研究和SETI研究是不同的，目前还没有证据表明UFO来自外星文明，也很少有科学家相信地球已经被外星人造访，有些人认为UFO可能是某种新的军事飞机或是大气现象，“但继续研究总是有益处的，我们可能会发现一些有趣的东西。”
美国加州大学戴维斯分校心理学教授阿尔伯特·哈里森在《恐惧、混乱、平静和喜悦：人类对外星文明的反应》一文中指出，目前为止，人类对外星人的反应是科学、想象和媒体炒作的混合体。千禧年前后，人类相信外星文明是明智、善良和友好的，外星文明是“乌托邦社会”，那里没有战争、死亡和疾病，能够帮助人类停止核试验。人工智能时代，又有人认为外星生命存在于计算机电路中，可以“生活”在0和1存在的任何地方。
如果有一天，人类真的发现了外星文明的信号，我们应该回答吗？
1989年国际宇航科学院批准了一份《SETI检测后协议》，根据协议，发现外星信号后，任何国家、机构和个人禁止在未就消息内容达成全球共识的情况下向外星文明“回复”。但该协议不具有法律效力。维尔海默指出，这个协议只是第一步，联合国最好能让所有国家在发现信号之前就通过这样的议定书，因为检测到信号后就更难达成一致。“是否要回答的决定，应该由所有国家和地球上每一个人共同决定，这是全人类的问题。”维尔海默说。
发于2022.7.4总第1050期《中国新闻周刊》杂志
杂志标题： 我们离发现外星人还有多远？
记者：霍思伊

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