外星人怎样发现我们

计划并不打算只将目光投放到寻找其它恒星系里的类地行星上，同时也要探测这些行星的大气成分。在地球上，由于生命对环境的影响，地球大气里的氧含量远远地高于金星或是火星，而二氧化碳含量则大大低于后两者。事实上，氧是很活跃的化学元素。如果地球上的生命突然都消失了，那么大气中的大部分氧气会在300年内，通过各种反应过程消耗殆尽。所以，如果我们附近的类地行星拥有含氧气的大气，这将会是一个值得重视的迹象，它预示着这是一个有生命存在的世界。

探测太阳系外行星大气层中的化学元素含量并不如想象中那么遥不可及。依靠现有望远镜，在巨行星穿过它们的寄主星前方时，天文学家们已经开始探测它们的大气层了。现在，我们先进的望远镜设计对于附近宜居带内地球大小的行星也将能做同样的探测，即使它们没有从寄主星前穿过。

光学传递

如果其它的文明已经测量了地球大气中的化学成份，他们还是无法确定地球上的生命是以什么样的方式存在：植物、恐龙、罗马帝国，抑或是在天上飞来飞去的密集的飞机航班？外星生命怎样才能找到我们呢？

每一个看过地球夜晚照片的人都会产生这样的疑问：外星人是否可以通过检测到地球上的光污染，以此来确定我们的存在？人造的散射光让业余天文爱好者和野生动物们深恶痛绝，但这与地球反射的太阳光相比，还是太暗淡了。简而言之，我们的寄主星实在是太亮了，很容易就能看到，我们的文明制造的辐射必须要比太阳还亮，才能被外星人发现。一个拥有庞大而且先进的光学望远镜的外星文明很可能会发现我们的城市灯光，但这需要我们的街道灯光亮得非比寻常，不过我们可以想个办法和强烈的太阳光竞争，以使别人能够很明显地知道一个有智慧的文明世界正在发出信号。

如果我们通过一架普通的业余望远镜观测附近的类太阳恒星，那么在每10秒的时间里，我们会接收到10亿个光子。如果观测时间更短，例如十亿分之一秒，那么很可能从这颗恒星上，我们一个光子也接收不到。所以，如果平均来说，在很短的时间间隔里，我们能产生比太阳更多的光子，那么就可以向遥远的外星文明送去我们存在的信号。

我们发明了激光，例如美国国家点火装置的千兆兆瓦激光器（位于加利福尼亚的劳伦斯·利福摩尔国家实验室）和得克萨斯大学奥斯汀分校的得克萨斯千兆兆瓦激光器，主要用于在极短的时间中产生极高能的光脉冲。如果我们使用位于夏威夷的两台10米凯克望远镜中的一台，不去接收星光，而是发射千兆兆瓦激光器产生的光，那么在星际空间的距离尺度上，在极短的时间里，这道闪光会比太阳光强得多。

到目前为止，没有一台大型望远镜上连接了这样的千兆兆瓦激光器。但是有了这种方案，我们就可以建造相应的系统，目前职业和业余的天文学工作者们已经对类似的可能来自于外星文明的信号进行了小规模的搜索，比如著名的光学地外文明探索系统（光学SETI，Optical Search for Extraterrestrial InteIliaence）。这些系统通常使用装备有超快探测器的小型望远镜系统。

高能传递

在比可见光波长更短的波段，太阳辐射迅速地减弱了。它产生的大量紫外线，能导致严重的晒伤，同时它磁场的相互作用会产生x射线和伽马射线，但是大多数的太阳能量是在可见光波段辐射出的。在高能波段，地球能比太阳更亮吗？或者我们能否人为地做到？

雷暴能产生少量的x射线和伽马射线，但在星际空间这个距离尺度上，这样少量的x射线和伽马射线很难被探测到。幸运的是，人类活动也不会产生大量的x射线和伽马射线，因为这些高能光子会破坏我们的细胞。此外，地球大气层对于x射线和伽马射线来说是不透明的，这意味着试图发射或是接收这些信号的工作必须在太空中完成。有意思的是，伽马射线和射电波都有一个重要的属性：它们是仅有的两种能穿透我们银河系的电磁辐射。其它波段的光在银河系盘里巨大的气体和尘埃云中，会被不同程度地吸收。

产生x射线和伽马射线信号的一种简单方法就是在太空中引爆核装置。核爆炸的大部分能量最初都是以x射线和伽马射线的形式辐射出去的；只有当这两种射线与地球的大气、地表发生相互作用时，才会呈现出蘑菇云的标准形象。

但是人类的文明不再允许产生这样的信号了，因为1967年实施的《外层空间条约》（又名《外空条约》，全称为《关于各国探索和利用包括月球和其他天体的外层空间活动所应遵守原则的条约》，该条约于1966年12月19日在联合国大会通过，1967年1月27日供开放签署，1967年10月10日生效，无限期有效。该条约是国际空间法的基础，规定了从事航天活动所应遵守的10项基本原则。——译者注）禁止在太空中进行核装置爆炸。尽管如此，假设我们决定通过x射线和伽马射线向太空中宣示我们的存在，也许我们会在月球背面引爆核装置。目前NASA的费米伽马射线空间望远镜正在探测伽马射线暴（GRB），这些短时间的伽马射线闪光主要来源于远距离恒星的死亡。上个世纪60年代，美国国防部为了掌握前苏联秘密核试验的情况，使用了Vela系列卫星监测地球和近地空间环境，并第一次发现了伽马射线暴。如果我们附近的文明拥有与“费米”类似的望远镜，那我们可以使用核爆的方式向他们发射信号吗？

一个显而易见的策略就是产生与伽马暴类似，但又与其明显不同的爆炸。我们可以在同一地点触发多个爆炸装置（核莫尔斯电码），显然自然界的伽马暴不可能这样。在离我们最近恒星的距离尺度上，单个核爆产生的x射线和伽马射线信号非常弱，所以我们安装的核装置必须能产生巨大的爆炸，其爆炸能量必须要超过冷战时期库存的所有核武器。

非光子交流

在星际交流和信号发射方面，还有其它的方法吗？所有的光线都是通过光子传输的，而运输的媒介就是电磁力——四种基本力之一。其它的交流方法就必须依赖于非光子（非电磁力）来实现了。

我们很快就可以排除其它三种基本力中的一个。引力是通过引力波传输的，由于引力非常微弱，所以探测引力波极其困难。天文学家们可以通过由两颗中子星组成的二元系统来间接地发现引力波。激光干涉引力波观测台（LaserInterferometer Gravitational waveObservatory，LIGO）则将可以实现对引力波的直接探测，即通过中子星与黑洞的碰撞来直接探测引力波，这也会开启一个全新的观测宇宙的方法。尽管物理学定律并不阻止非常先进的文明之间用引力波相互交流，但我们至少还需要数十年时间才有望“听”到这种联系信号，更不用说参与联系了。

其它的可能性涉及到了强核力和弱核力。强力可以将原子核束缚在一起。我们可以想象通过传输原子来进行交流。在某种意义上讲，我们已经开始这样做了，NASA的“旅行者”1号、2号和“先驱者”10号、11号飞行器正在向太阳系外运行。但是由于这些飞行器的速度只有光速的0.005%，它们要花费数十万年的时间才能飞到最近的恒星附近。

作为一种选择，我们可以对准恒星，以接近光速的速度向其发射高能粒子束，如欧洲的大型强子对撞机（LHC）产生的那种高能粒子束。我们已经有许多仪器可以寻找宇宙空间中自然产生的高能粒子（宇宙射线）。以非随机脉冲模式发射的带电粒子束很可能会成为我们存在的信号。

但使用质子束或电子束进行交流有一个很重要的问题，那就是这些带电粒子会在磁场中发生偏转。在磁场作用下，质子偏离直线轨迹的角度有多大，依赖于磁场的强度和方向。但遗憾的是，我们对太阳附近的星际磁场知之甚少，所以我们无法将质子或是电子流精确地对准附近的某一颗恒星。就算我们能建造一台部署于太空中的大型强子对撞机（在太空中，地球大气不会对其造成干扰），我们也不知道哪颗恒星（即使有）正好位于粒子束的方向上。更何况，即便我们不需要知道“收信人”在哪里，在太空中建造这样一台大型强子对撞机也是很多年以后的事情了。

我们当然也可以发射中性粒子流。它们可以对准某颗恒星，而且它们的运动路径不会受磁场干扰。所以最合适的信号候选者非中子莫属。可是很奇怪的是，孤立存在的中子是一种不稳定的粒子，它的半衰期只有11分钟。这意味着，在发射后11分钟，有一半的中子会衰变成其它粒子；22分钟后，只有原来数量的1/4的中子会留下来；33分钟后，则剩下1/8；第四个11分钟后，依此类推。尽管按照爱因斯坦的相对论，随着中子束向外旅行的人所经历的11分钟，对于地球上的人们，则未必是同样长的时间。不管怎样，我们得让这些粒子束达到接近光速。

我们能产生出这样的中子束吗？在中子束的参考系中，它们只运动了11分钟，而在我们的参考系中，它们已经运动了4年，这样则可以让一半的中子到达最邻近的恒星。然而很不幸，答案是否定的。科学家们必须得把中子加速到和中子星表面的加速粒子相当的能量，这超出了大型强子对撞机的能力至少1000倍。

最后一种力是弱相互作用，它支配着放射性衰变。我们已经从宇宙中探测到弱相互作用的粒子，它们是来自太阳和超新星SN 1987A的中微子。用来进行中微子天体物理学研究的大型中微子探测器目前有的已建成，有的正在建设中，我们的粒子加速器能够生成中微子束。因此，和我们处于同一个发展水平的另外的文明也许也拥有中微子探测器。

中微子通讯有着特殊的优势和不足。由于弱相互作用确实很弱，所以中微子几乎不与其它形式的物质相互作用。中微子能够很轻易地穿越整个地球，而几乎完全不会被吸收或被偏转。但是这些虚无缥缈的粒子能够如此轻松穿越整个地球，也使得接收工作变得异常困难。目前，我们最大的中微子探测器体积非常庞大，接近1立方千米。

最近，一个欧洲研究团队报道称一些中微子的传播速度也许比光速还快。即使这件可能性不大的事情得到证实，它也不能对我们与其他文明交流有很大的帮助，因为从实验来看中微子的表观速度与光速的差别仅约为0.0025%左右。

要产生足够明亮的中微子束，已经远超出了我们目前的能力范围。从大麦哲伦云中的SN 1987A那里，我们探测到的中微子仅有20个左右。假设我们想要联系一个更近的，比如距离我们仅仅160光年的一个文明，而不是在160000光年外的大麦哲伦云里的智慧生命。把超新星1987A放到这个离我们更近的位置上，那么它辐射出的中微子会比之前亮100万倍，但是超新星本身需要将大约10%的恒星质量转化为能量。如果要产生足够的中微子，以保证在160光年处的高等生命也可以探测到来自地球的约20个中微子，那么我们就需要将体积和火星相当的物质转化为能量。很明显，要如此高效地向外传送中微子，在很长一段时间内我们只能望洋兴叹。

有限的能力

现在“他们”能看到我们吗？当然我们正在研究新的技术，以寻找围绕我们附近恒星运行的其它行星。如果附近恒星的周围真的有高技术文明存在，那他们可能已经看到了（并命名了）地球。根据他们技术水平的高低，他们甚至有可能已经粗略探明了地球大气的组成，并且推断出地球上有一些生命存在。

正如我们已经看到的，探测我们的文明并不容易；或者说，以我们的能力向其它文明发送信号也有诸多障碍。目前在一些领域内，我们已经拥有了技术，但是我们还没有用这些技术给其它文明发射信号或是与他们交流。目前的情况可能是，我们附近的智慧生物们也在努力地判断，在宇宙中他们是否孤独。

——译自《天空与望远镜》（2012年1月号）

（责任编辑：吴蕴豪）