文/ 物质第四态

当我们仰望星空时，会产生一种自然而然的疑问：在浩瀚的太空中，我们是唯一的文明吗？在天文观测手段不甚发达的年代，人们曾经幻想过太阳系的其他行星上也存在着生命。而当我们逐个揭开这些行星的神秘面纱时，却发现要想找到宇宙之中的同类，我们不得不将视角望向更加遥远的太空之中。

▲ 阿雷西博射电望远镜

▲ 开普勒空间望远镜发现的可能具备宜居条件的系外行星

进行射电观测

当人们开始用无线电传播信号之后，人们自然而然地联想到，既然无线电信号可以跨越大洋，将信息送到遥远的地方，那么外星人也有可能利用无线电信号，将文明的信息传播到宇宙的其他位置。在无线电通信技术投入使用后不久，就有科学家开始了探索外星信号的尝试。

在19世纪末20世纪初，相继有物理学家特斯拉、无线电技术的先驱马可尼等人先后宣称自己发现了来自火星的信号。那时，即便最好的望远镜也只能勉强分辨火星表面的地形地貌，而与地球相似的山峰与河流让人们纷纷畅想火星人的存在。一旦奇怪的无线电信号与火星的出现有着一丁点的关联，人们自然而然地会联想到这是否是来自火星人发出的信息。1924年，当火星与地球的距离变得相对接近时，美国在8月21日到8月23日开展了“全国广播静默日”活动，所有广播电台每小时静默5分钟，为收听火星人的信号提供一个“安静”的环境。不过，以我们今天的探测结果看，火星表面并没有文明存在，这些努力当然也没有结果。

▲ 开普勒空间望远镜

当射电天文学在上世纪初诞生后，射电天文学家们很快意识到，这些射电望远镜不但可以捕捉到来自天体物理过程的自然信号，也有可能捕捉到地外文明发射的人工信号。1960年，康奈尔大学的天文学家德雷克提出了“水洞”的概念。他认为，如果其他文明与我们具有相同生命体构成方式，自然会对“水”这种物质情有独钟。在1.4GHz附近，有一个位于氢元素和氢氧元素构成的无线电谱线之间的区域，刚好可以用来叠加上人工信号。虽然德雷克自己在当时对几颗恒星附近的搜索一无所获，但“水洞”的概念深刻影响了后来对地外文明的搜索，目前仍是首选的频段之一。

1957年，美国自然科学基金会资助俄亥俄州立大学建起了专用于地外文明搜索的射电天线，这可能是最早的地外文明资助项目。1971年，美国宇航局也加入到对地外文明监听的资助行列中来。

从1980年起，相关的研究者开始获得相对稳定的资助。1971年，甚至有研究者提出了“独眼巨人”计划，建设1000面100米口径组成的巨大射电望远镜阵列，专门进行地外文明射电信号的搜索，总预算高达100亿美元。然而，这样宏大的设想很难得到资金支持，而地外文明的搜索也一直没有取得突破性的进展。直白点儿说，就是一伙外星人都没有找到。

上世纪90年代初，美国宇航局每年拨给有关研究的经费曾经一度高达每年1000多万美元。但迟迟看不到成果后，这些资助在1994年戛然而止。

之后，用来寻找地外文明的射电天文观测几乎得不到来自公共领域的资助。不过，好在不少对地外文明存在浓厚兴趣的“土豪”们慷慨解囊，支撑了上世纪90年代到现在的不少观测计划。微软的联合创始人保罗·艾伦和英特尔公司创始人高登·摩尔各支持了使用包括阿雷西博望远镜在内等大型射电望远镜的“凤凰计划”。

▲ “旅行者号”搭载的金唱盘

从1994年到2004年，该计划在1.2～3GHz频段内对大约250光年内的800多颗恒星进行了窄带观测，但其探测到的数百万个“信号”都被认证为源自地球的干扰信号。2015年，物理学家出身的俄罗斯企业家尤里·米尔纳发起“突破倡议”，承诺出资1亿美元，推动包括“突破聆听”计划在内的多个与地外生命探索相关的研究计划。在这些计划的开展中，天文学家们也“精明”地不再谋求建设专用的大型射电望远镜，而是通过与其他研究分享望远镜观测时间的方式，来获得观测机会。

寻找地外行星

除了使用射电望远镜聆听太空中的信号外，人们还在沿着另一条道路搜寻地外文明的存在。我们目前能认识到的智慧生物，必然无法在恒星上生存，因此发现太阳系以外的行星是找到他们存在的第一步。虽然人们对系外行星的猜想早就存在，但到了1995年，人们才发现了第一颗系外行星。2011年，开普勒空间望远镜的升空使系外行星的发现迎来了大爆发。

当一颗行星恰好处于它所围绕的恒星和地球之间时，我们从地球上观察到的恒星亮度就会因为行星的遮挡而发生微小的降低。一旦行星因为公转而离开恒星与地球之间的位置，我们观察到的恒星亮度则又会恢复到平常的水平。通过观测恒星这样的亮度变化，就可以确定恒星周围是否有潜在的行星，这是凌日法探测系外行星的基本原理。开普勒空间望远镜拥有由42块CCD感光元件组成的巨大CCD阵列。在整个任务期间，开普勒空间望远镜对准天鹅座所在的天区，连续记录了银河系中心附近的15万颗恒星的亮度，供科学家们寻找系外行星存在的蛛丝马迹。

开普勒空间望远镜总共确定了2300颗系外行星的存在，还将4500个天体列入了潜在的系外行星范畴。随着开普勒空间望远镜数据的分析和获取，天文学家们惊讶地发现太空中几乎到处都有行星存在。在太阳系中，不存在个头介于地球和海王星之间的行星，但在其他恒星周边这样的行星却有不少。这表明，宇宙实际上是个行星的大宝库。在这些行星中，最有可能孕育生命的是处于宜居带中的行星。这些行星与恒星的距离，可以允许液态水的存在，为与我们类似的生命的存在提供了基本条件。

▲ 水洞的频段

▲ “先驱者号”上面的人类信息板

2011年12月5日，天文学家利用开普勒空间望远镜，首次发现了一颗距离地球约600光年的宜居带系外行星开普勒-22b。这颗行星的表面温度约为21-22摄氏度，公转一周的周期大概290天，与地球相似度极高。

近年来，我们时常会在新闻中看到“超级地球”发现的消息。实际上，这些消息报道的仅仅是科学家发现了又一颗某些方面与地球类似的系外行星，并不意味着那里的情况和地球全面相似。实际上，有液态水存在仅仅是孕育生命所必须的诸多条件中的一个，我们尚未能完全证认某颗系外行星完完全全适合生命存在。

▲ 在各类科幻作品中，人们幻想了许多地外智慧生物的模样。不过对于他们真正的形态，人类目前仍然一无所知

主动发射探测器

寻找地外文明的另一个途径，是主动发射探测器，带去关于地球的讯息。

在上世纪70年代，美国相继发射了“先驱者10号”“先驱者11号”“旅行者1号”“旅行者2号”4个探测器。这4个探测器在完成各自对于太阳系外行星的探索之后，都继续飞向了太阳系以外。虽然在茫茫太空中与地外文明相会的机会十分微小，但设计它们的天文学家和工程师们还是为这种接触做了准备。在“先驱者10号”和“先驱者11号”上，一个铝合金板被附加到探测器上，以提示捕获这艘探测器的地外文明，这艘探测器来自何处。

在宇宙中，存在着一种被命名为脉冲星的天体。这种天体最大的特征是能够向外发射周期十分稳定的信号。在“先驱者10号”和11号所携带的铝合金板上，标识了14颗脉冲星，以及太阳与他们的相对位置。这些脉冲星的辐射频率都是独特的。如果捕获这个探测器的文明与我们具备同样的科技水平，他们就能从已经观测到的脉冲星中数据中确定这些脉冲星到底是哪几颗，进而确定太阳系的位置。铝合金板底部的示意图进一步说明了这个探测器来自于太阳附近的第三颗行星，也就是我们的地球。“旅行者1号”和“旅行者2号”的金唱盘内存入了更加丰富的信息，但标示地球位置用的是同一种方式。

▲ 浩翰无垠的星空

目前，地球上通用时间单位“秒”和长度单位“米”，都是通过全世界共同制定并遵守的标准来确定的。显然，不能用人类自己规定的单位来向外星人描述，科学家们再次想到了用自然现象来传递单位信息。他们在圆盘上用简图标识了氢原子内自旋跃迁的图像。按照我们目前对宇宙的认识，氢是宇宙中存在最广泛的物质，其原子结构也最简单。在图像下方，有一条短的直线，用以表示二进制里的“1”。这个跃迁的周期为0.704纳秒，发出的电磁波波长为21.106厘米。在标示脉冲星的周期和与地球的距离时，氢原子自旋跃迁的这两个特征量被用作了时间和长度的单位。以我们目前对物质世界的认识，外星人所观察到的氢原子自旋跃迁现象应该有着一样的特征，而二进制又是一种容易理解的数学表达。他们的科技水平如果与我们相当，应该能够明白我们所要传递的信息。★