什么是可能的技术痕迹和地外文明侯选信号
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发布时间：2023-07-10 20:50
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时间：2024-03-09 10:03
（神秘的地球uux.cn报道）据中国新闻周刊：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。
人类尚未发现地外文明信号的原因可能有两个
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”
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？
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
