SETI搜寻智能外星人背后的真正科学

1993年，一组科学家在科学杂志“自然”上发表了一篇论文，宣布发现了一颗蕴藏生命的行星。使用伽利略号飞船上的仪器，他们拍摄了地球表面的图像，并看到了颜色“与矿物土壤和农业相容”的大陆，具有“壮观反射”的大片海洋，以及两极的冰冻水。一项对该行星化学成分的分析显示，大气层中含有如此丰富的氧气和甲烷，它们肯定来自生物来源。作者写道：“伽利略发现了与平衡如此严重的背离，以至于生命的存在似乎是最有可能的原因。”

但最能说明生命迹象的是伽利略的频谱图：来自行星表面的无线电传输。作者写道：“在所有伽利略科学测量中，这些信号提供了智能、科技生命的唯一指示。”

这篇论文的第一作者是天文学家、作家和科学传播者卡尔·萨根(Carl Sagan)。他和他的合著者描述的行星是地球。

20年后，据我们所知，地球仍然是宇宙中唯一有生命的行星，无论是智能的还是非智能的。但伽利略飞越地球是未来工作的一个案例研究。它证实了现代仪器可以给我们提供其他星球上存在生命的线索-包括智能生命。从那时起，我们投入了数十年的资金和热情来寻找宇宙中其他地方的生命。

但这一探索的一个组成部分，在很大程度上被忽视了：寻找外星智能(SETI)。这是天文研究领域，通过搜索被称为“技术签名”的技术指标来寻找外星文明。尽管得到了萨根本人的大力支持(他甚至将SETI作为他1985年科幻小说《接触》(Contact)的焦点，这部小说在1997年被拍成了一部由朱迪·福斯特(Jodie Foster)和马修·麦康纳(Matthew McConaugh)主演的热门电影)，但与一般的外星生命搜索相比，对SETI的资助和支持微不足道。

纵观SETI 60年的历史，一群坚定的天文学家成功地保持了搜索的活力。今天，这一群体比以往任何时候都更强大，尽管他们大多被研究界忽视，很大程度上没有得到NASA的资助，一些天文学家认为这是一种矫揉造作的边缘追求。在几十年来致力于寻找生物生命的兴趣和资金投入之后，有初步迹象表明SETI正在卷土重来。

当我们正在建造硬件的过程中，应该能够在其他行星的大气层中找到生命的特征(智能或其他)，SETI天文学家只是想在谈判桌上占有一席之地。利害关系不亚于我们在宇宙中的位置问题。

你可能听说过通过寻找“生物签名”来寻找其他行星上的生命--只有在存在生命的情况下才会发生或持续存在的分子或现象。这些微生物可能是通过直接从地球上取样材料(称为“就地取样”)或使用光谱生物特征发现的，比如大气中的化学不平衡以及水和农业的图像，就像1990年伽利略探测器探测到的那些。

生物签名搜索现在正在进行，但它也有局限性。就地采样需要向另一个星球发送航天器；例如，我们已经用火星漫游车和卡西尼号航天器做到了这一点，卡西尼号航天器对土星卫星土卫二喷发的水柱进行了采样。虽然原位采样是太阳系行星的理想选择，但以我们目前的技术，需要数千年的时间才能将飞行器送到绕着另一颗恒星运行的行星上--而这些系外行星的数量要多得多。

为了探测光谱生物特征，我们将需要像詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)或陆基极大望远镜这样的望远镜，这两个望远镜目前都在建造中。要直接为系外行星成像并获得更明确的光谱，将需要未来的任务，如LUVOIR(大型紫外光红外探测器)或可居住的系外行星成像任务。但所有这些都是几年后的事。

然而，SETI的研究人员对“技术签名”--表明智能生命的生物签名--感兴趣。它们是只能来自技术的信号，包括电视和无线电发射器-就像伽利略航天器探测到的无线电传输-行星雷达系统，或高功率激光。

寻找技术签名的第一次诚挚呼吁--也是SETI的正式开始--出现在1959年。就在那一年，康奈尔大学物理学家朱塞佩·科科尼和菲利普·莫里森在“自然”杂志上发表了一篇里程碑式的论文，概述了外星人交流最可能的特征。他们推测，对于外星人来说，使用电磁波跨越星际距离进行交流是最有意义的，因为电磁波是已知的唯一一种传播速度足够快的媒介，可以想象到可以穿越浩瀚的太空到达我们身边。在电磁频谱内，科科尼和莫里森认为寻找无线电波是最有希望的，因为无线电波不太可能被行星大气吸收，传输所需的能量也更少。具体地说，他们提出了一个围绕氢原子发射辐射频率的窄带信号-这个频率应该是任何拥有先进无线电技术的文明都熟悉的。

这些信号的特别之处在于，它们表现出高度的相干性，这意味着只在一个频率或非常小的时间实例中就有大量的电磁能量-这不是自然界通常会做的事情。

加州大学伯克利分校的天文学教授安德鲁·西米恩说：“据我们所知，这些(无线)信号无疑是技术的指示器。”“我们不知道生产它们的任何自然来源。”

1977年8月18日，被称为“大耳朵”的俄亥俄州立大学无线电天文台探测到了这样的信号。天文学教授杰里·埃曼(Jerry Ehman)正在以打印输出的形式分析大耳朵数据，在外行看来，这些数据看起来就像是有人简单地砸碎了一台打字机的数字行，偏爱较低的数字。大耳数据中的数字和字母本质上表明了望远镜接收到的电磁信号的强度，从1开始，向上移动到两位数的字母(A是10，B是11，依此类推)。这一页的大部分内容都是用1和2写成的，还撒上了零星的6或7。

但那一天，Ehman发现了一个异常情况：6EQUJ5。这个信号以6的强度开始--已经是页面上的一个异常值--攀升到E，然后是Q，在U达到峰值--这是大耳朵所见过的最高功率信号--然后再次下降。伊曼用红色钢笔圈出了这个序列，并写道：“哇！”在它旁边。

唉，SETI的研究人员从来没能探测到所谓的“哇！尽管世界各地的射电望远镜进行了多次尝试，但还是再次使用了“信号”。直到今天，没有人知道“哇”的来源！信号，它仍然是迄今检测到的最有可能进行外星传播的候选者之一。

NASA前首席历史学家史蒂芬·J·迪克(Steven J.Dick)表示，NASA于1975年开始资助SETI研究，当时外星生命的想法仍然是不可想象的。毕竟，当时没有人知道太阳系之外是否还有其他行星，更不用说生命了。

1992年，美国国家航空航天局(NASA)对SETI做出了有史以来最坚定的承诺，承诺在10年内提供1亿美元，用于资助高分辨率微波探测(HRMS)，这是一个由天体物理学家吉尔·塔特(Jill Tarter)领导的大规模SETI项目。作为当今最杰出的SETI研究人员之一，塔特是萨根接触的主角埃莉诺·阿罗韦(Eleanor Arroway)的灵感来源。

但在HRMS启动不到一年后，国会突然取消了该项目。“火星大追逐可能最终会结束，”内华达州参议员理查德·布莱恩(Richard Bryan)说，他是最直言不讳的批评者之一。“到今天为止，已经花费了数百万美元，但我们还没有抓到一个绿色小家伙。”没有一个火星人说带我去见你们的领导人，也没有一个飞碟申请联邦航空局的批准。“。

塔特说，整个磨难是“令人难以置信的创伤”。“(撤走资金)报复性很强，事实上，我们成了几十年来在NASA总部都不能说的四个字母的S字。”

自从国会的那次羞辱的公开谴责以来，NASA的天体生物学部门主要专注于寻找生物签名。它已经确保将其目前的工作与SETI区分开来，甚至在2015年的一份报告中说，“传统的对外星智能…的搜索。不是天体生物学的一部分。“。

尽管如此，或正因为如此，SETI社区迅速重组，并向私营部门寻求资金。从这些努力中产生了凤凰计划，从HRMS的灰烬中重振旗鼓。从1995年2月到2004年3月，凤凰号与澳大利亚新南威尔士州的帕克斯天文台、西弗吉尼亚州绿岸的国家射电天文台和波多黎各的阿雷西博天文台在三个不同的活动中扫描了大约800颗附近的候选恒星进行微波传输。该项目没有发现任何外星人的迹象，但它被认为是有史以来进行的最全面和最敏感的SETI计划。

与此同时，行星协会和加州大学伯克利分校运行的其他项目(包括一个名为SERENDIP的项目，该项目仍在进行中)进行了SETI实验，发现了少数异常无线电信号，但没有一个第二次出现。