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不要回答来自宇宙深处的神秘信号?想多了,没人等你回答

图片:Greg Rakozy / CC0

如何看待加拿大科学家发现 15 亿光年外的快速射电暴?

刘博洋,天体物理学博士生

跟某些营销号说的恰恰相反,本次发现让我们可以排除“外星人”这个选项。

这次的发现和随之而来的讨论很容易让人想起历史上另一起公案。

1967 年,还在读天体物理研究生的约瑟琳·贝尔在用射电望远镜进行观测时,发现一个周期性脉动的信号源。一开始这个信号也无法被解释,也是“不排除”是外星人发出的,因而被编号为“小绿人一号”。

后来争议怎么结束的呢?没过多久贝尔又发现了第二个类似的周期性脉动信号——如果发现一个说不排除是外星人还可以,发现两个的话,就肯定可以排除是外星人了,不然这外星人是不是也太好找了?

这种现象的普遍存在,让人们相信它具有天体物理来源。这被认为是一种新天体,也就是所谓的脉冲星——也就是大质量恒星死亡后遗留的残骸中子星。

这次也类似,快速射电暴一开始作为一种偶发现象,我们并没有期待它会重复。所以当几年前第一起重复出现的快速射电暴被发现时,我们也可以讲“不排除是外星人”。

但这次 Nature 发布的,是第二起重复出现的快速射电暴。应该说有了第二起,我们就可以非常有把握地排除掉“外星人”这个解释了——距离以亿光年计的两个互不认识的外星人,相隔若干亿年、用类似的方式发出两个信号,居然还正好就在在短短几年内(几乎同时)让地球人收到?脚后跟想都知道不可能。

如果这都是外星人干的,这外星人是不是也太好找了?

这才应该是解读这则新闻的正确脑回路。

ncc21382,信仰不应当建立在盲目无知上,不存在什么永远正确。
1967 年 10 月,剑桥大学卡文迪许实验室(Cavendish Laboratory)的安东尼·休伊什(Antony Hewish)教授的研究生——24 岁的乔丝琳·贝尔·伯奈尔(Jocelyn Bell Burnell)检测射电望远镜收到的信号时无意中发现了一些有规律的脉冲信号,它们的周期十分稳定,为 1.337 秒。起初她以为这是外星人“小绿人”(LGM)发来的信号,但在接下来不到半年的时间里,又陆陆续续发现了数个这样的脉冲信号。后来人们确认这是一类新的天体,并把它命名为“脉冲星”。

先引用一段维基上的内容。这次感觉有那么点似曾相识,当年脉冲星的信号第一次被检测到也被当成是来自“小绿人”的问候,所以这次很可能又是新的未被发现的自然现象

看下面第一颗脉冲星发现时的信号记录,显得重复、有规律,像是发电报一样。

另外先进文明还用发散大能量不集中、带宽底下的无线电来通信是非常低效的,如同低效的电报在今天一样。进入太空的文明就算没突破光速限制发展出超光速通信技术,也会使用高效、能量集中、带宽大、保密性好的激光通信来满足太空通信的需要。2.5 瓦的激光能点燃纸张,而贴着 2.5 瓦的灯泡摸上去照你恐怕都不会觉得多热,这就是信号强度的差别比手机、Wifi 信号一格跟满格的感觉还大

2013-14 年 NASA 已经成功在地球和月球之间测试太空激光通信,是月球大气和粉尘探测器的附带实验任务,实验表明地月间的通信带宽达到了 622 Mbps,8K 超高清视频直播都不是梦。

人类现有的激光通信的带宽大约是 Ku 波段卫星通信的 40 倍,未来在距离地球 4 千万千米的深空(主小行星带)都能达到 125M 的带宽,这非常的惊人激光通信会在未来会逐渐普及

注意了,无线电信号和激光一样快,是电磁波的不同频率。激光通信可以说管子更粗流量加大,但是水本身流速没加快。见下面波段频率图,对通信而言频率越高,传输带宽越高。这是因为激光可用频带宽,看下图就知道光学频率区间比无线电频率大多,注意图是对数坐标要看频率数值本身。感谢 @甜草莓 的指正提醒。

我认为激光通信取代无线电通信可能也是我们目前没真正接收到地外文明通信信号,产生费米悖论进而衍生出黑暗森林猜想的关键原因

注意外星通信激光束只有偶尔扫过地球位置才可能被人类截获,而人类的大型望远镜不是无死角全天监控,都忙于各种特定的观测任务,拍摄深空天体往往需要很长时间的曝光。对这种相比自然天体暗弱多的瞬发性现象很难发现。就是巡天观测也是陆续扫描拍摄天空,然后拼接,例如著名的斯隆数码巡天。巡天用的望远镜还为了广角视场而牺牲了观测能力。最终就算成功截获了外星激光通信,也得从各种干扰中分辨出是非自然现象,由于前面提到的偶然性,除非专门朝着太阳系发射否则很难在有生之年截获第二次。没有足够样本,解码破译等就更不可能了。注意了中国的 500 米“天眼”是射电望远镜,无法探测到光学信号。好比手机的天线、基带无法当摄像头用。

因此截获外星文明的通信比想象的困难多,不是你树立几个大锅就能听到的,这不是拍谍战片。

不过不要太灰心,人类未来新的广角巡天望远镜正在建设中,例如口径 8.4 米的大型综合巡天望远镜(Large Synoptic Survey Telescope,简称 LSST),其 CCD 传感器像素高达 32 亿,每张照片的视角则相当于 40 个满月!这能有效提高人类截获外星激光通信信号的概率(虽然依旧很低)。相信 LSST 只是新起点,而不是终点,会有更多更强的巡天望远镜出现,发现此类瞬态现象的概率也会加大。

有人觉得激光的角度不够广,以为现代的卫星通信和广播一样 360 度散播,实际上不是这样,下图就是典型的地球静止轨道通信卫星波束覆盖示意图,可见信号不是直接广角撒一大片,而是许多个狭窄波束组成网络。

记住很多天体都能产生强烈的无线电信号发射,例如脉冲星、类星体、活动星系核甚至巨行星、褐矮星的极光。注意下图里,木星极光的无线电发射功率大于 10 吉(一百亿)瓦,一座让很多人避之不及手机基站信号发射功率大约才 20 瓦

要知道木星的无线电信号发射功率对于脉冲星、类星体、活跃星系核等天体相比不及九牛一毛


对于寻找外星生命、文明,用巨型望远镜(注意是光学望远镜,不是射电望远镜)组成长基线干涉测量仪阵列效果比发信号喊破嗓子管用多,通过分析光谱甚至直接成像能主动而不暴露自身的去研究探测遥远未知世界,不用守株待兔监听等回答——距离稍远点例如几十光年,光速传播的信号一来一回,发信号的无法活着等到收到回应的那天,堪比在欧洲丢漂流瓶探索新大陆,也无需复杂的破译外星语言编码,还能获取更详细真实的信息,这个可以参见下面我另一个回答。

为什么现在的天文望远镜还不能验证外星文明呢?

大型光学望远镜的设计建造比更大的射电望远镜难制造多,对比一下同口径的抛物面卫星电视天线和天文望远镜的价格就知道了。

更强的是借助引力透镜效应,利用太阳引力对光的弯曲拿太阳充当口径和其一样巨大的终极望远镜,不过因为太阳引力透镜的焦点超过 550 天文单位(标准日地距离,冥王星才大约 40 天文单位)非常遥远,并且引力透镜的成像是扭曲的环形,需要经过复杂的处理修正等问题需要克服。然而在未来不是不可解决的。

下面附上一张太阳系外行星光谱分析示意图。

可见就算没直接成像,光通过光谱就能了解很多东西,例如地貌、化学成分。


有人说不同时间在多个位置发现类似信号,是不是外星飞船在超光速飞行?消息来源和真假我先不评论,这逻辑很好笑,相距极大位置发现多个类似信号恰恰证明这更是自然现象,脉冲星也就是这样。说明这种自然现象不是个例,而不是超光速飞船什么的

关于超光速航行问题,人类目前只有初步的超光速飞行理论假设,例如曲速引擎、虫洞航行之类的。跟实际距离非常的遥远,可能比牛顿时代跟卫星上天还远。就是理论无误也没人知道如何具体实现,下面三张图是 NASA 的曲速引擎研究。

突破光速比可控核聚变遥远多,至少可控核聚变还能说还有两三十年,然而没人知道实现曲速需要多久。

根据目前已知情况,我认为这个宇宙里生命可能是普遍的,因为很多天体都存在或者可能存在地下 / 冰下液态水海洋,然而绝大部分生命很可能是单细胞微生物,高级点的多细胞生物可能也以菌丝、海绵、水母、蠕虫为主,真正进化智慧生物、智慧生物又发展出文明并且成功进步到太空时代的不会很多。生命可能是普遍的,科技文明可能就相对罕见的多。注意这是根据已知情况的推测,所以比较保守谨慎。

所以不要动不动把科幻带入现实,把一切未知现象都归结于外星人这样和人类蒙昧时期把一切不理解的都当神迹显灵,产生宗教神话去迷信崇拜有什么差别?现代的邪教团伙也很喜欢耸人听闻的炒作外星人入侵、地球毁灭,人类灭绝、阴谋论等耸人听闻的东西,例如下面这个

在自媒体包括微信微博等上看到的自己也要判断,不要盲信然后传谣,最后被伪科学甚至邪教蛊惑利用。如果发现神魂颠倒,整天嚷嚷外星人、传销念经一样不停反复喊奇怪口号、散布耸人听闻传言的成年人要警惕是不是搞邪教性质的活动。不是邪教就是有精神疾病例如受迫害妄想症,请及时送医治疗,至少也得安排心理咨询,以免耽误病情导致恶化。

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