□作者: Ron Hipschman
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SETI︰射電搜索
Ron Hipschman
song3286譯自seti@home網站
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SETI（The Search for Extraterrestrial Intelligence，地外文明搜索）是一項龐大的任務。我們應該從哪里開始，又應該怎麼做呢？我們必須對有關方法取得一致意見。可以想到的方法有幾種︰
首先，我們的外星朋友可能乘宇宙飛船旅行並訪問地球。這是一種非常好的交流方式——面對面的。不幸得很，盡管有那些所謂的羅斯韋爾事件、外星人綁架事件、UFO目擊事件，卻沒有哪怕是一丁點兒科學證據表明外星人曾經訪問過地球。一個證據也沒有。星際旅行需要花費的能量和時間是如此巨大，因此必須找到一種比較“經濟”的辦法。簡單的計算表明，即使有人能造出發動機效率最高的飛船（《星際迷航》的愛好者們會很開心地想到，這一定涉及物質和反物質），到離我們最近的恆星——半人馬座
α 作一次往返時間共20年的旅行，耗費的能量可以供100萬個家庭使用3000萬年！而且飛船還只能搭乘很少的幾名乘客。以目前的價格計算，這麼多能量的花費遠超過3×1016（3億億）美元，因此這不是一種經濟的交流方式。你能想象哪個外星政府會耗費這麼多資源來派遣幾個他們的成員做一次友好訪問嗎？當然，他們可以發射數以千計或百萬計的輕型探測器，用以宣告他們的存在，探測器也可以報告它們的發現。但是這樣還是會花費大量的時間和能量。盡管我們願意相信那些空間彎曲、多維空間移動或其它科幻小說中的奇思妙想，但它們不過是幻想而已。
外星人似乎不可能花費目前價值3×1016（3億億）美元的能量來親自訪問地球。
通過射電信號接觸更加經濟。上圖是一張偽造的UFO照片。
如果你只是想和居住在遙遠國家的親戚朋友說聲“你好”，你會怎樣和他們聯系呢？你會到他們那里去嗎？恐怕不會。只需要簡單地拿起話筒打一個電話，或者發一封郵件，又或者如果你有合適的設備的話，甚至可以使用可視電話。所有的這些方法都要比乘飛機旅行更加經濟，也更及時。同樣的，任何發達的文明都可能會采用最經濟的方法進行溝通。
我們所知道的最好方法是利用射電波（無線電波）進行交流。用無線電波發送信息非常便宜，所使用的設備容易建造，無線電波也具有這項任務所需要的承載信息的能力。而且，（使用這種方法）信息是以宇宙中最快的速度——即光速——傳播。宇宙飛船不可能達到這個速度。而且，使用射電發射機，你可以將它指向許多方向，同時與許多不同的文明交流。用飛船是做不到這一點的！看看我們使用射電傳輸的途徑吧︰無線電廣播和電視、蜂窩移動電話、無線尋呼、所有的衛星通信、GPS導航，還有許多其它的。在地球上，我們已經決定了最經濟的方法。
如果我們打算搜索外星人試圖用以與我們接觸的射電信號，還有一個問題需要解決。打開收音機的時候，我們需要決定我們想要收听的頻率，或者說頻道。你可以調諧不同的無線電波段——調幅（AM）、調頻（FM）、短波（SW）、業余頻段（HAM）、警用頻段、氣象頻段等等——來收听我們想听的節目。同樣，我們也需要調諧我們“宇宙的”耳朵來發現我們的外星朋友。電磁波頻譜是非常非常龐大的，需要研究一些特殊的現象，使“調諧”決策變得容易些，至少可以幫助我們在寬大的電磁波譜中找到一個比較合理的、相對窄小的區域開始研究。
將射電望遠鏡指向天空，會收到各種各樣的信號。有些來自銀河系自身，有些來自地球大氣層。將這些不可避免噪音制成圖表，可以發現低頻部分的噪音很多，那是來自銀河系的。由于大氣層噪音，高頻部分也很嘈雜。在這兩個嘈雜的區域之間，有一塊相對平靜的地帶——從大約1GHz到大約10GHz。（1GHz是10億Hz或者說每秒10億次振動。這部分頻譜正好是你的尋呼機和許多無線電話所用的頻帶。）
自然界提供了更好的方法，使我們的頻率範圍變得更精確。宇宙中最簡單的元素，星際空間里的中性氫（H），在1.42GHz的頻率上發出射電信號。另一種空間分子羥基（OH），發射頻率是1.64GHz。注意，氫（H）和羥基（OH）結合在一起形成水（HOH，通常為H2O）。正如我們作知，生命需要水才能夠生存和發展。因此，這兩個頻率之間的頻帶，即從1.42到1.64GHz之間相對平靜的頻帶，被稱為“水坑（The
water hole）”。你希望與以水為基礎的智慧文明在哪里相遇呢？當然是在“水坑”里面！這是一個很好的、限制得比較精確的頻帶，可以從這里開始搜索。以後我們當然可以擴展搜索範圍。
干擾噪音（紅色部分）是由低頻的銀河噪音與高頻的大氣層噪音組成的。“水坑”（藍色部分）是指在氫（H）和羥基（OH）離子頻率之間的部分。在“水坑”附近幾乎沒有噪音。
在此必須指出一個重要的事實︰信號越窄（即頻率越準確），就越有利于我們的朋友發送。對我們來說，窄帶信號也比較容易從普通噪音中識別出來。不過，信號頻率範圍非常窄，也就意味著我們不得不搜索數以百萬計的狹窄頻帶，尋找正確的那一個。這個問題我們後面還會談到。
我們可能收到什麼樣的信號？我們應該尋找什麼樣的信號？這里有兩種可能。一種可能是，其他文明有意地發送一個信號用來引起我們的注意；另一種可能是，像我們一樣，他們只是在做他們自己的事情，有些第三者射電信號“漏了出來”。地球無意地發射著許多信號。我們的廣播和電視發射機功率很強，軍用雷達的功率更強。我們這樣發射信號已經50年了，也就是說，我們的信號已經到達50光年以外的地方。這不算太遠，但我們在科技上還幼稚得很。看起來，我們應該試著搜索那些泄漏出來的信號，並假設我們會收到特意發送給我們的信息。
我們用什麼來搜索？
當信號從信號源傳播出去以後，它會變得越來越弱。恆星之間的距離太遠了，以至于任何信號到達地球以後都將非常的弱（除非信號是定向發送給我們的）。為收集足夠多這樣的信號，需要一個巨大的“耳朵”。對我們這種情況，那意味著一個巨型射電望遠鏡。
世界上最大的射電望遠鏡、被用于伯克利（Berkeley）SETI搜索的是阿雷西博射電望遠鏡（Arecibo
Radio Telescope）。它位于波多黎各西北部，阿雷西博鎮附近。望遠鏡建造在喀斯特地貌（Karstterrain）的凹地里，是一個直徑為305米（1000英尺）的碟形天線。為了想象一下它有多大，可以這樣說︰大約需要100億只普通的碗所盛的谷子才能將它填滿。還是很難想象嗎？這個碟形天線的表面積超過20英畝，可用孔徑達18英畝，或者說26個足球場那麼大。碟形天線可以反射天空中微弱的信號，將它們集中在懸于正上方450英尺的接收天線上。由于碟形天線是固定的、無法轉動，所以接收天線被裝在一條弓形的軌道上，從而可以“注視”離頂點（正上方）20度範圍內的目標。這條弓形臂被安裝在另一個環形的軌道上，可以在目標因地球自轉而掠過天空時，使接收天線可以跟蹤目標。這兩種方式的移動使射電望遠鏡能掃描相當一部分天空。
“格利高里焦點（Gregorian Focus）”就在那個圓頂里面。圓頂左側那個像矛一樣的東西就是饋線。
射電望遠鏡有兩個主要的天線系統︰SETI@Home的饋線和巨大的半球形的“格利高里焦點（Gregorian
focus）”。“格利高里”是阿雷西博天文台新增的設備。在圓頂里面有個無線電反射器，它們能夠更準確地將無線信號集中在探測器上。圓頂在照片上看著很小，實際上其直徑有85英尺！
這是阿雷西博的控制室的照片。 |
從作者的小屋看過去，可以看到望遠鏡被雨林環繞著。 |
調諧你的“耳朵”
1420MHz附近的頻率非常值得觀察，因為這個頻率很接近“水坑”。而且，由于這個頻率在射電天文上是很重要的頻帶，根據國際協議，任何人不得在1420MHz到1427MHz的頻帶上發送任何射電波。正是由于這個禁令，這個頻段特別平靜。讓我們進一步看看這意味著什麼。
我們要搜索什麼呢？正如前面所講的，對外星生命來說，能最有效地引起別人注意的方式，是將所有射電信號的能量集中在一個非常窄的頻段內。如果你的無線接收機是“大路貨”，只能觀察很寬的頻帶，那麼即使窄帶信號很強，也會淹沒在周圍的無用信號里。
想象一下，一個大聲吹口哨的人站在一大群嘈雜的人中間。口哨聲有一個特定的頻率或音調，如果你用耳朵來听，人群發出的噪音會把口哨聲掩蓋住，因為耳朵識別的是比較寬範圍內的音調。那麼，如果你的耳朵可以調諧到只能听到口哨的音調，會怎麼樣呢？人群的大部分噪音你都會听不見，因為它們不在你所“調諧”的音調上，但你可以听到很響、很清楚的口哨聲。用同樣的方式，SETI@Home收听許多經過精確調諧的頻道（或頻率）上的信號，這些信號都明顯地“比噪音強”。通過你的幫助，SETI@Home所能進行的搜索將是迄今最詳細、調諧最精確的搜索之一。你的計算機將會“收听”頻寬只有0.07Hz的太空信號。
如果搜索成功了會怎麼樣？如果地外生命的信號被發現了會怎麼樣？SETI的團體通過了一個“關于搜索地外智慧生命活動的原則的聲明”，規定了在有所發現的情況下互相通知並向世界公布的程序。首先，發現者必須以所有可能的方式來核實所發現的信號確實來自地外。然後，發現者可以通知在這個領域里面的其他人，以獲得對這一發現的獨立驗證。如果通過了這樣的試驗，發現者可以廣泛地將這一信息發布給科學共同體、聯合國秘書長和公眾。所有收集到的數據都將對科學共同體公開，作進一步分析。正如你所看到的，盡管一些科學邊緣團體里充斥著“陰謀論”（譯注︰“邊緣”相對于“主流”而言，此類團體支持一些主流科學界不肯接受的理論，與新時代運動、超自然論、神創論比較親近。聲稱政府隱藏飛碟和外星人事件的真相，以此解釋為什麼缺少飛碟到過地球的確鑿證據），並不會有任何隱藏數據、不讓公眾知道的企圖。
如果運氣不壞，我們也許能夠在有生之年知道，在銀河系里面，我們是不是孤獨的。我充滿希望地認為，我們能夠發現很多地外的朋友。 |
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文章作者:Ron Hipschman
責任編輯:skylook
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