近日，北京師范大學天文系教授、中國地外文明搜尋首席科學家張同杰對媒體透露，其團隊使用“中國天眼”發現了幾例“來自地球之外可能的技術痕跡和地外文明候選信號”。張同杰指出，這是幾個不同于以往的窄帶電磁信號，目前團隊正在抓緊進一步甄別和排查。
被譽為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）2020年9月正式啟動地外文明搜索工作，這是FAST的五大科學目標之一。2020年，對FAST 2019年觀測數據處理時，張同杰團隊發現了兩組地外文明可疑信號。2022年，團隊又從太陽系外行星目標觀測數據中發現了一個可疑信號。
“FAST最新發現的這些可疑信號很可能來自地球，而不是外星人。”加州大學伯克利分校地外文明研究中心首席科學家丹·維爾海默對《中國新聞周刊》說。維爾海默1979年就開始從事“地外文明搜尋”（SETI）工作，是國際上最權威的SETI研究人員之一，也是張同杰團隊的美國合作者。張同杰團隊也稱，可疑信號是某種射電干擾的可能性非常大。
維爾海默指出，迄今為止，人類探測到的所有“疑似信號”都是由“我們自己的文明”發出的，而不是“另一個文明”。那么，人類離發現外星人還有多遠？
2020年1月8日，檢修期間的“中國天眼”。圖/新華
為什么會混淆人類信號和外星人信號？
可疑的信號都來自哪里？
維爾海默解釋，這些信號可能來自手機、電視、雷達、衛星，以及天文臺附近的電子設備和計算機，以無線電波的形式被FAST接受到，由于人類難以區分它們和外星信號之間的差別，因此對觀測帶來干擾。“雖然在FAST上的實驗剛剛開始，還在學習如何處理干擾信號，分析數據，但在此之前，我有20多年的經驗，比如利用波多黎各的美國阿雷西博射電望遠鏡觀測時，曾收到過很多與這次非常接近的信號，它們最終總被證明是一種無線電干擾。”
為什么我們總是會混淆人類信號和外星人信號？在各種地外文明搜尋計劃中，通過射電望遠鏡捕捉特定頻率的無線電信號，一直是SETI研究人員的首選。這是因為宇宙中各種形式的電磁輻射中，無線電波的“穿越”能力最強，幾乎可以不受阻礙通過廣袤宇宙，盡可能減少信息損耗，這是人類接收的理想的“信號”。
1960年，SETI的先驅者弗蘭克·德雷克在美國格林班克國家射電天文臺進行了人類首次對地外文明的無線電信號搜索，德雷克將其稱為“奧茲瑪計劃”。1960年4月到7月間，每天當中有6小時，德雷克會把天文臺的無線接收器調到1420 MHz（兆赫）頻率，他認為，這可能會是外星人通用的“你好”頻率。
1420 MHz頻率，是所有SETI人員都會重點關注的搜索對象，因為這是氫原子的發射頻率，而當一個氫原子與一個羥基結合時，水就誕生了，這是人類所知道的生命原初構成的最重要元素。1720 MHz是羥基的發射頻率，因此，在氫和羥基之間，從 1420 到 1720 MHz 的頻率范圍被稱為宇宙“水洞”，這被美國國家航空航天局（NASA）認為可能是有生命聚集的地方。
目前，射電望遠鏡對外星信號的主要搜索范圍是從1000-10000 MHz的“微波窗口”。這一“窗口”的信號最易被識別且穿透力強。SETI研究人員進一步聚焦，主要尋找頻帶寬度在幾百赫茲以下的“窄帶信號”。維爾海默解釋，地外文明發出的信號不一定是窄帶，人類尋找窄帶信號，只是因為這樣更容易將“非自然”的信號識別出來。恒星、脈沖星、類星體，以及銀河系中湍急而稀薄的星際氣體發出的都是寬帶信號，如果選擇寬帶信號去搜尋，我們就很難確認它究竟是來自地外文明，還是宇宙中某一種自然現象。
已知天體自然源能發出的最小頻率大約是500 Hz，研究人員認為任何帶寬小于300Hz的信號應該都是“非自然”制造的。“但不幸的是，人類自己也會制造大量窄帶信號，這使得SETI搜尋也變得更加困難。這就是一直困擾我們多年的射頻干擾問題。”維爾海默說。
對于FAST而言，解決這個問題更加困難。維爾海默指出，FAST的優勢是靈敏度比任何現有的射電望遠鏡都高，更容易捕捉到遠方非常微弱的信號，但硬幣的另一面則是，這也會帶來更大的干擾。
FAST投用之前，世界上最靈敏的地外文明觀測設備，是2020年12月因結構失控而垮塌的美國阿雷西博望遠鏡。根據FAST首席科學家、中國科學院國家天文臺研究員李菂團隊的研究，FAST的綜合靈敏度比阿雷西博高10倍，擁有目前世界上唯一的300米級天線，瞬時靈敏度超過其他天線一個數量級以上，而且FAST還擁有更高的測量精度和更大的天區覆蓋面。
張同杰等人在2020年4月發表的論文《基于FAST望遠鏡的地外文明共時觀測》中指出，對來自外星的可疑候選信號，FAST篩選的標準是“信號帶寬小于500Hz，持續時間小于100秒”。篩選之前，FAST會先使用“星云”算法程序對“窄帶”干擾信號去除，主要方式是調查信號是否持續在多個天區出現，真正來自地外文明的窄帶信號應該只在天空的固定區域出現。同時在很多天區出現的信號，大概率就是來自地球的干擾信號，會被程序去除。不過，結果顯示，算法篩選后，仍會殘留小部分干擾信號。“到目前為止，沒有一種算法可以將噪聲干擾完全去除”。
維爾海默認為，一種更根本的解決辦法是將射電望遠鏡從地球移到月球背面，這里將免受地球上的無線電污染。另外一個辦法是使用兩個射電望遠鏡同時檢驗，比如，一個在貴州，一個在上海，兩個望遠鏡相距千里以上，這樣就可以更準確地知道，信號源離我們到底有多遠，是在地球附近，還是在更遙遠的地方，“就像三角定位一樣”。
地外文明搜尋中，主要有兩種策略，一種是更廣泛的天空調查，即巡天觀測，用望遠鏡掃過大片天空，尋找可能來自任何方向的地外強信號，另一種更具針對性，將望遠鏡指向有可能存在生命的指定恒星區域，長時間停留在這里，捕捉較弱的信號。張同杰在論文中指出，FAST未來的目標之一是通過1~2年巡天觀測，獲得一些好的候選目標信號，并對候選目標進行后續觀測，進一步檢驗候選目標的可信度與可重復性。
在維爾海默看來，FAST非常靈敏，而且可以覆蓋更大范圍內天空。未來5~10年，人類將利用這個充滿美感的望遠鏡進行大規模天空調查，這需要巨大的計算能力，現在每秒可以分析大約200億個信號，但還遠遠不夠。“數以萬億計的星星讓我們仰望，我們才剛剛開始。”維爾海默說。
“我們在宇宙中是孤獨的嗎？”
1959年9月19日，第一個人造衛星發射兩年后，物理學家菲利普·莫里森和朱塞佩·科科尼在《自然》上發表論文《尋找星際通信》，首次分析了宇宙中各種頻率的射線，提出無線電波可用于星際通信。1961年，德雷克在格林班克舉辦的第一次較嚴肅的SETI會議中，提出了著名的“德雷克方程”，希望通過公式計算出：銀河系中究竟存在多少能夠被人類檢測到的外星文明（N）。德雷克本人對N的估算是10000，但很多科學家對此存疑。
歷史上曾出現過很多疑似“N=1”的情況，大多被證明是烏龍，另一些至今沒有答案。其中最著名的是1977年8月15日收到的“Wow！”信號。這一天，美國俄亥俄州立大學的“大耳朵”望遠鏡探測到了一組“非常像地外文明”的信號，來自人馬座M55球狀星團西北方向，窄帶，強度大，最重要的是，信號頻率正是氫原子的發射頻率1420 MHz。當天的觀測者杰里·埃曼在數據記錄紙上標出該信號的強度數值，并情不自禁地寫下“Wow!”。遺憾的是，天文學家后來在不同望遠鏡上嘗試了多次，始終沒有在同一方向搜索到重復信號。直到現在，“Wow！”仍是已發現的所有“可疑信號”中的最強候選者。
1984年11月，非營利科學機構SETI研究所成立，1995年至2004年間，研究所開展了當時世界上最全面的地外文明搜尋項目——“鳳凰計劃”，利用澳大利亞帕克斯射電望遠鏡、格林班克的國家天文臺望遠鏡和美國阿雷西博望遠鏡，一共觀測距離地球200光年以內的800個恒星系統。從2007年開始，SETI研究所有了一個更強的“聆聽”設備——艾倫望遠鏡陣列。這是第一臺專門為地外文明搜尋設計的射電望遠鏡，靜靜地坐落在舊金山以北的喀斯喀特山脈深處，由42 個無線電天線在地面上排列而成。陣列式設計允許同時搜索多個恒星，使搜尋速度提高了至少100倍。SETI研究所預計，艾倫望遠鏡讓人類未來二十年內可以將搜索范圍擴大到100萬顆恒星。
目前，研究所與NASA合作，開普勒望遠鏡發現的數千顆候選“宜居”行星，都成為艾倫望遠鏡陣列的重點觀測對象。2015年7月，NASA在太陽系外發現了一顆目前為止“最接近地球”的類地行星“開普勒-4525b”。但SETI研究所用艾倫望遠鏡對這顆地球的“表親”觀測，沒有任何結果。目前，艾倫望遠鏡接收器的系統更新后，可以將信號覆蓋至1000 MHz 至 15000 MHz。
讓人類不解的是，為什么這么多年來，還沒有發現地外文明？1950年，意大利裔美國物理學家恩里科·費米問出了幾千年來人類文明最想回答的問題：“我們在宇宙中是孤獨的嗎？”1973年，麻省理工學院天文學家約翰·鮑爾提出了一種解釋：就像人類在動物園里觀察動物，外星人可能也正在默默地觀察人類。他們故意避免和人類接觸，把人類文明圈隔出來，就像宇宙中的“自然保護區”，或者只是為了“監視”人類，這就是著名的“動物園假說”。
2016年，英國圣安德魯斯大學天體物理學家鄧肯·福根對這一假說提出質疑，他認為，假說實現前提是多種外星文明必須通過簽訂協議，建立一個統一的“銀河俱樂部”，否則只需要一個“不同政見者”，不接觸原則就會被打破。這聽起來完全是人類社會的思維方式。事實上，對于外星文明可能會發出什么樣的信號，所有猜測都建立于人類對自身社會的認知。
在維爾海默看來，最佳的SETI策略是多重搜索，檢測盡可能豐富的波長和信號類型，比如激光和紅外線，而不僅僅是無線電。他表示，迄今為止人類進行的SETI研究只檢測了無線電頻譜的“一小部分”，還有少量研究關注紅外波長。因此，地球人仍在“最淺層的地方”摸索，甚至在已檢測到的信號中，可能就隱藏著地外文明的訊息。
2017年，SETI研究所啟動了一項新計劃“激光SETI”，重點捕捉以前可能被忽視的“快速閃爍的激光信號”。與無線電相比，激光通信優勢可以“包裹”更多能量，原則上激光每秒傳輸的信息是無線電的50倍。首批兩臺望遠鏡已經建成，分別位于加利福尼亞的索諾馬縣和夏威夷毛伊島。觀測時，兩臺望遠鏡以不同角度同時對準天空同一個區域，每秒掃描150度的夜空弧度超過一千次。等全部望遠鏡開始運行，該計劃將能夠監測西半球大約一半的夜空，并且實現真正的連續觀測。“全天全時”一直是SETI研究者所追求的目標。
SETI研究所高級天文學家賽斯·肖斯塔克對《中國新聞周刊》指出，人類尚未發現地外文明信號原因可能有兩個：一是監測還沒有覆蓋足夠廣闊的天空；二是設備靈敏度還不足以探測到外星“廣播”。
我們該向外星人主動“打招呼”嗎？
2022年5月，美國國會舉行了半個多世紀以來的第一次UFO聽證會，五角大樓官員在會上展示了幾個難以解釋的影像：從FA-18 戰斗機窗戶拍攝到的球形物體；一個發光的綠色三角形正在空中移動。NASA隨后宣布要組建一個專門的UFO研究小組，這是它第一次介入不明飛行物調查，此前這類研究被多數科學家斥為“不是真正的科學”。
對于“動物園假說”，很多天文學家對其背后的“監視”意味不寒而栗。從人類開始“聆聽”宇宙時，是否要主動向外星人發送信號，一直是科學家們激辯的中心，目前，主流觀點持否定態度。美國天體生物學家道格拉斯·瓦科赫則不同，他認為要想讓“銀河動物園”的管理員現身，人類可以通過向附近恒星發送強大的、信息豐富的無線電信號向外星人介紹自己，“他們可能就會回應我們”。“他們在外面，并且已經知道我們在這里，為了進入銀河俱樂部，我們必須提交申請，也許甚至支付一點會費。”
瓦科赫2015年創辦了一個名為METI International的組織，旨在研究如何給外星人發送更“合適”的信息。在此之前，瓦科赫在SETI研究所工作了16年，擔任星際信息撰寫主任。
與“主動搜索派”相對，大多數科學家認為主動“打招呼”會讓地球面臨“暴露的風險”。2015年9月，在一個搜尋外星人的“突破聆聽”項目啟動會上，發起人之一、劍橋大學宇宙學家斯蒂芬·霍金明確警告，不要對宇宙“大喊大叫”，因為地球之外閱讀人類信息的文明可能“比我們早了數十億年”，它們會更加強大。他認為，這些先進的外星文明可能具有與人類同樣的暴力、侵略和種族滅絕特征。這正是《三體》所描寫的故事。
早在1974年，阿雷西博望遠鏡就對太空發送出人類的第一條無線電信息，目的地是25000光年以外的球狀星團 M13，發送時間不超過三分鐘，信息通過一種二進制編碼被傳遞出去。此后，“主動搜索派”科學家一直在研究如何用最少信息傳遞關于人類社會和物種的最多內容。
2017年，METI連續三天向12光年之外的魯坦星發射了重復信號，這是距離地球最近的恒星系統，包含一顆潛在的“宜居行星”。與“阿雷西博圖像”相比，這條信息更加復雜，包含了很多基礎數學、物理學概念和一些科學知識，包括告訴外星人為什么1+1=2，解釋無線電信息如何讀取以及人類的時間概念是什么。瓦科赫樂觀估計，如果一切順利，人類在2042年前就可以收到外星人的回復。METI第二條信息將于2022年10月4日發送。這一次目標是距離地球39光年的恒星TRAppIST-1，TRAPPIST-1將收到一個更豐富的“包裹”：元素周期表的細節、原子的組成，以及英國爵士搖滾樂隊The Comet Is Coming演唱的歌曲和俄羅斯音樂家愛德華·阿爾捷米耶夫創作的《對上帝使者的頌歌：地球之美》。
1977年的一次“對外傳播”中，兩艘宇宙飛船搭載的“黃金唱片”更是匯集了人類文明的精華：包括115幅圖像，圖像中有太陽光譜、水星、火星、人體解剖圖、胎兒、男女關系圖、地球內部結構、大陸漂移等，搜集的聲音中有海浪、風、雷的聲響，座頭鯨的歌聲，55種人類古代、現代語言連續說出的“你好”，中國的吳語，巴赫、貝多芬、莫扎特的音樂精選等。
與科學家想象的不同，越來越多的研究顯示，普通公眾其實對外星人并沒有那么大的敵意，而且相信“外星文明確實存在”的人數在逐年增加。蓋洛普民調結果顯示，1966年至1987年，相信外星文明存在的人數占比從34％上升至50％。1997年，在馬里斯特民意研究所的一項調查則顯示，86％的受訪者認為銀河系鄰居是友好的，而不是敵人。到了2021年7月，皮尤民調機構發布的一項最新調查顯示，51％的美國人認為“不明飛行物（UFO）”可能來自外星智慧生命，約87％的受訪者表示UFO根本不會對美國構成安全威脅。
美國對于UFO的研究將于今年秋天開始，歷時9個月，預計花費10萬美元。小組負責人是美國天體物理學家大衛·斯佩格爾，他指出，必須以“謙遜的態度”來處理這類問題，“我職業生涯的大部分時間都是作為宇宙學家度過的，我們不知道宇宙的95％是由什么組成的。”他說。
維爾海默指出，UFO研究和SETI研究是不同的，目前還沒有證據表明UFO來自外星文明，也很少有科學家相信地球已經被外星人造訪，有些人認為UFO可能是某種新的軍事飛機或是大氣現象，“但繼續研究總是有益處的，我們可能會發現一些有趣的東西。”
美國加州大學戴維斯分校心理學教授阿爾伯特·哈里森在《恐懼、混亂、平靜和喜悅：人類對外星文明的反應》一文中指出，目前為止，人類對外星人的反應是科學、想象和媒體炒作的混合體。千禧年前后，人類相信外星文明是明智、善良和友好的，外星文明是“烏托邦社會”，那里沒有戰爭、死亡和疾病，能夠幫助人類停止核試驗。人工智能時代，又有人認為外星生命存在于計算機電路中，可以“生活”在0和1存在的任何地方。
如果有一天，人類真的發現了外星文明的信號，我們應該回答嗎？
1989年國際宇航科學院批準了一份《SETI檢測后協議》，根據協議，發現外星信號后，任何國家、機構和個人禁止在未就消息內容達成全球共識的情況下向外星文明“回復”。但該協議不具有法律效力。維爾海默指出，這個協議只是第一步，聯合國最好能讓所有國家在發現信號之前就通過這樣的議定書，因為檢測到信號后就更難達成一致。“是否要回答的決定，應該由所有國家和地球上每一個人共同決定，這是全人類的問題。”維爾海默說。
發于2022.7.4總第1050期《中國新聞周刊》雜志
雜志標題： 我們離發現外星人還有多遠？
記者：霍思伊
