主题：【原创】关于地外文明的胡思乱想 -- Songhua

　　我们的论证能不能使我们作出更精确的选择，以确定星际接触或通讯的最佳方式？特别是在许多电磁波频率中，是否有一些是普遍受到偏爱的？答案是确有其事。某些电磁波频率用于星际通讯要比用其他频率经济得多。这方面，宇宙显然帮了我们的忙。特别是有两种效应导致了这一点。第一种效应是电磁辐射的量子性质。辐射可看成一份份的光子，每一份光子的能量直接正比于辐射频率。例如，一个可见光光子的能量大约要比一个典型的无线电光子能量大一百万倍。而每个光子所能携带的信息量则大致相同，也就是说，一个无线电频率光子携带的信息量大约就等于一个可见光光子携带的信息，可是前者付出的能量却只有后者的百万分之一左右。

　　如果全部情况仅在于此，那么人们就会强烈主张用最低的无线电频率来进行星际通讯。然而，还有另一种现象使得事情复杂化了，那就是来自银河系本身的无线电噪声。这种噪声会进入所有的射电望远镜（不论它们是如何建造的），而且按照物理学定律，它们是无法消除的。这种特殊的噪声在低频处较强。它进入望远镜干扰我们的无线电接收机，因而影响了可能接收到的任何信号光子的可靠性。其结果是为了可靠地进行通讯，就得使用更多的光子。但所需的光子多了，每单位信息的费用与所需的能量都得上涨。银河系射电噪声在最低的无线电频率上会变得相当大，使得发送每单位信息的代价增加。另外，还有第二个噪声——无线电噪声。这种无线电噪声乃是当初形成这个宇宙的原始火球的辐射在今天的表现形式：它仿佛是一种布满整个天空的阴沉暗淡的闪光。我们，以及任何其他文明，可以利用关于上述三种现象的知识，来决定用哪种频率在银河系内进行通讯的花费最小。对所有的文明而言，这个答案都一样：应该使用3，000兆赫的

　　I无线电频率，而这正是地球上雷达系统使用的标准频率。事实上存在着一个相当宽的频带，在其中发射无线电波的开销大致是一个常数：这个频带大约从1，000兆赫延伸到40，000兆赫。在此带内有一些十分重要的特殊频率，如1，420兆赫（氢原子在此频率上发出辐射），1，667兆赫（羟基分子的辐射频率），以及22，000兆赫（水分子辐射频率）。氢是宇宙间最丰富的元素，氢和羟基结合形成水，而就我们所知，水似乎是生命最根本的物质。鉴于这些理由，我们不只是应该期望在上述这一频带内接收到其他文明世界的信息或进行星际接触；而且应该特别注意三个特殊频率，因为它们跟对地球生命生死攸关的那几种物质有关。由于这种一致性，人们便将无线电波谱中的这一区域称作“水坑”，并将它视为用来搜索地外智慧生命的主要波长范围。人们普遍得出结论，象我们这样的智慧生物将在太空中相会于这个“水坑”；而这个“水坑”并不在我们这颗行星上或宇宙间其他的任何地方，只是无线电波谱中的一个特定频段。

　　非常幸运，我们已经拥有在这一波段范围内探测信号的极其精良的射电望远镜。在英国、德国、苏联以及美国的许多地方都有大型的射电望远镜，它们都装备着适用于这几个最佳频率的极好的无线电接收设备。现有的最灵敏的射电望远镜位于波多黎各阿雷西博城附近的阿雷西博天文台，其直径达1，000英尺（305米），收集能量的总面积约为二十英亩（这比世界上其他一切望远镜收集能量的面积之和还大）。它有一架功率极强的无线电发射机，其发射频率接近于星际通讯的最佳频率。事实上，如果在银河系中的任何地方另有一架与阿雷西博那一架完全相同的射电望远镜，而且它恰恰指着正确的方向的话，那就能探测到由阿雷西博望远镜的发射机产生的无线电波束。要不是这架望远镜将无线电波聚焦起来的话，那么要想产生同样的辐射水平所必需的有效功率就是20万亿瓦，相当于目前全世界发电总功率的20倍。在发射此波束的频率上、在它行进的方向上，源自地球的这一信号实际要比太阳的射电发射亮好几百万倍，这表明智慧生物的无线电信号能够在宇宙的尺度上名副其实地达到真正明亮的程度，这与我们智慧活动的多数其他表现形式形成了鲜明的对照。1978年，阿雷西博望远镜被用来搜索二百颗邻近恒星的智慧无线电讯号。即便这种智慧信号抵达地球表面时的总功率仅仅是一万亿分之一瓦，仍能被这架望远镜检测到。可见它有多么地灵敏。

　　现在大约有十台射电望远镜能够探测来自一千光年以外的无线电讯号。其中有不少已被用于搜索地外智慧信号，它们多数都在氢原子的发射频率上工作，而加拿大国家研究院的阿尔贡圹射电天文台在水分子谱线附近的频率上作了很灵敏的搜索。在大多数情况下，望远镜瞄准的都是一些与太阳相似的邻近恒星。

　　1960年，（美国）国立射电天文台对地外无线电信号作了首次搜索。当时，用于搜索信号的是一架85英尺的射电望远镜，它有一台单通道的射电接收机，所用的频率接近于氢原子的发射频率（每秒1，420兆赫）。这项计划称为“奥兹玛计划”，它搜索的目标是来自两颗最近的太阳型恒星（即鲸鱼座τ星和波江座ε星）的信号，搜索的总时间大约为200小时。今天，用一架象阿雷西博那样的望远镜，只要几分之一秒钟的时间就可以重复当初的整个搜索计划。

　　在近来的搜索中，电子仪器被用于监测尽可能多的不同频道。例如，在阿雷西博，一次典型的搜索同时启用3024个监测频道。1978年，阿雷西博进行的搜索使用了计算机设备，于是同时监察的频道多达65，536个。

　　如果我们想要在某个合理的观测时间内考察延伸甚宽的“水坑”，那么我们就必须同时监测为数极其众多的通道。现在有人建议造一架能够同时监测一百万个通道的专用无线电接收机。专门用来搜索地外智慧生物的无线电信号。最终的目标则是一次就能监测十亿个通道的无线电接收机系统。这样一个接收机系统尽管将会耗资钜万，但仍在今天的力所能及范围之内。

　　在近年来的搜索中，用于检测智慧生物无线电信号的方向数目和无线电频率的数目加起来已经接近一百万个。

　　对我们银河系作了一百万次检测是否就大功告成了呢？不。我们只能说是刚刚起步。总的说来，有六种不同的因素影响着这种搜索：地方、频率、带宽、信号调制时间、偏振、以及发射周期。如果我们使用很大的射电望远镜，那么我们把它指向天空时，大约就可以对准4000万个不同的地方，而不会使同一个地方被重复地观测两次。如果我们用最狭的带宽进行搜索，而仅仅考虑“水坑”内的无线电频率，那么就得搜索大约1, 000亿个频率。我们估计，有必要搜索五个不同的频带宽度，以使以良好的灵敏度检测所有合理和可能的带宽。为此还必须在每个带宽使用五种不同的调制时间。此外，要搜索两个偏振。最后如果对方最强大的（也就是我们最有可能进行探测的那一些）发射机与我们自己的那些相似，那么情况很可能就是这样：这样一台发射机只有一百万分之一的时间很好地瞄准着我们的方向：从而使我们可以检测到它的信号。如果把所有这些数字相乘，以确定必须搜索的方向、频率、带宽，调制时间、偏振、以及发射周期的组合总数，那么所得的结果便是一个大得惊人的数：1026，这便是我们面临的这个宇宙之海的规模！在审慎考虑搜索地外智慧生命、并设计执行这种搜索的技术时，我们的主要障碍便是这个巨大无比的数字：1026。

　　搜索地外智慧属于我们所知晓的正规科学的领域，但这并没有使这种搜索变得容易些，它肯定是人们所曾担负过的最为艰辛的科学任务。我们要不是估量出因成功而获得的报偿与所付的代价相比是何其有利，那就决不会去奋力承担如此艰巨的任务。对于搜索地外生命，人们最关注的并不是地外生命的性质或存在之类的问题，而是地球上的技术问题。我们怎样才能以某种能够支付的代价相当彻底地搜索那浩瀚无际的宇宙之海呢？

　　我已经提到，现在正在采取一些步骤建造能力极强的多通道无线电接收机。还有另一步很重要的棋，其代价则要昂贵得多，那就是建造非常巨大的射电望远镜，其目的首先就是为了搜索地外信号。目前，我们只能希望利用各个大望远镜的很少一部分观测时间进行搜索。而拟议中专门用于搜索的望远镜则会大大地增加我们的搜索时间，同时使搜索变得比今天有效得多，这是因为这样的望远镜可以配上专门用于搜索的有关设施和计算机设备。

　　最后，该使用什么语言呢？我们能不能和那些与我们大相径庭的异星生物通讯呢？完全有可能我们接收到用异星语言表达的信息却因为线索太少而无法解释。另一方面，我们过去已经破译过地球上诸古代文明那些非常古怪的密码系统。更重要的是，我们已经建立了一些密码系统，或者说“语言”，可供向外星生物传送比较复杂的概念，而无须事先进行接触。这些密码系统中，大多数都由携带着信息的图案构成，其信息由许多（约为一千个量级）印刷符号组成。有可能做到用它们发送一些图稿，以说明有关我们自己这个文明的非常基本而又十分重要的信息。例如，图20所示是由阿雷西博望远镜发出的一份信息及其译解。它是用“水坑”中的一个频率(2,380兆赫）发出的，发送速度是每秒钟十个字符。这份信息中字符的总数是1，679，所以发送时间仅约3分钟。该信息由在一个或两个频率上的一系列发射组成，一个频率代表图中呈白色的印刷符号，另一个频率则指示图中呈黑色的特号。于是，即使只用这么少量的符号，也已经能够用某种数字系统来描述某些相当复杂的化学物质（包括地球生命的最重要的分子结构）。该系统有可能表明这种分子是多么复杂，从而隐喻着我们的进化水平，甚至对我们的智慧水平也能有所暗示。最后，有些图形信息提供了有关人类解剖学、太阳系排列以及有关我们的技术水平的信息。

　　图21 1974年11月阿雷西博望远镜朝武仙座球状团团M13方向发送的信息解码。该信息大约将于25,000年后抵达此星团的300，000颗恒星

　　迄今为止，业已从地球发出的最长的信息是“旅行者1号”和“旅行者2号”宇宙飞船携带的唱片记录的一系列形象。每份记录包括很多种地球上的音乐（代表性的声音用各种语言说的问候话，最后还有116幅详细说明地球、太阳系、特别是人类文化的种种重要特征的图画。这一系列图象中的字符总数约达一亿个。这么多的字符可以非常详细地描绘地球上的文化。然而，饶有趣味的是，在普通的电视频道上大约十秒钟以内就可以发送出一亿个字符。因此下述想法是可以接受的：我们有可能接收到来自其他文明的信息，它们很容易译解，而且这种星际无线电联络的发射时间极短。在银河系文明之间进行复杂的信息交换时，语言看来并不会成为什么障碍。

　　搜索地外智慧生命完全属于正统科学的范畴。因为我们对于为了取得成功需要作出多大的努力，以及需要付出多大的代价都能作出充分的预言，所以就某些方面而言，这反倒使我们的任务更艰巨了。我们不去乞灵于什么神秘的炼金术或水晶球占卜术，或者指望哪位来自外星球的宇航员向我们提供什么最新消息——从而无需作出多大的努力便能取得丰硕的成果。与此相反，我们信奉正统科学的实在性，它告诉我们前头有着一项极端困难、同时又极端激动人心的任务。在这种情况下，我们知道自己能够取得成功，但是究竟何时方能成功则并非取决于奇迹或幻术，而是取决于我们自己的能动性。

　　作者简介

　　弗兰克·D·德雷克于1930年生于芝加哥，1952年在康奈尔大学以优等成绩获理学士学位。他曾在海军中服役三年，当一名电子技术军官，然后又进了哈佛大学研究生院。1958年，他取得天文学博士学位，并进入（美国）国立射电天文台，成为望远镜运转和科学服务部门的负责人。1984年他回到康奈尔大学就职，并于1971年成为国立天文学和电离层中心的第一任主持人。位于波多黎各阿雷西博的世界上最大的射电望远镜，即由该中心经营管理。1976年德雪克博士成为康奈尔大学的戈尔德温·史密斯天文学教授，他在国内和国际上一些天文学组织中十分活跃，且为（美国）国家科学院的成员。他对行星射电天文学作出了重要贡献。但是，他最为著称的则是在搜索地外智慧生命方面作了开创性的工作——以1960年的奥兹玛计划肇始。

　　（卞毓麟 译　 蔡伟蓉　校）