本文來自微信公眾號：返樸 （ID：fanpu2019），作者：瞿立建

茫茫太空總讓人忍不住思考一個深奧的問題：我們地球人是孤獨的嗎？點點星光處，是其他智慧文明之所嗎？

隨著科學的發(fā)展，人類不止于幻想和遐思，從 1900 年代初開始試圖接收可能的外星文明信號。這還是顯得被動，為什么不主動給外星文明發(fā)信息？

1958 年，美國開始實施先驅(qū)者計劃（Pioneer program），發(fā)射一系列行星探測航天器。其中在 1972 年和 1973 年相繼發(fā)射的先驅(qū)者 10 號和 11 號最初的目標是探索外太陽系，它們分別成為首個飛過木星和靠近土星的探測器，最終它們將飛出太陽系。美國人在先驅(qū)者 10 號和 11 號裝上了一塊鍍金鋁板（Pioneer plaque），上面刻著有關(guān)地球人的一些信息，如果探測器被外星文明捕獲，外星人可以通過這塊鋁板快速了解地球人。鋁板上刻畫的符號請見下圖。

是不是除了裸體男女，別的都不知所云？

除了含義模糊之外，這個鋁板能不能被外星人收到，誰也沒把握。這個鍍金鋁板就像漂流瓶，盡管以 5 萬公里的時速離開了太陽系，但相對浩瀚的太空，仍不值一提。

有沒有更高效的向外星人發(fā)送信號的方式？

有，發(fā)送無線電信號，這也是傳播速度最快的信號形式。

阿雷西博信息

1963 年，美國波多黎各阿雷西博射電望遠鏡建成，口徑為 305 米，落成后即成為世界上最大的單孔徑望遠鏡，該紀錄一直保持到 2016 年 7 月，被中國的 500 米口徑球面射電望遠鏡 FAST“中國天眼”所打破。

阿雷西博射電望遠鏡有一點特殊之處，它裝備有 3 臺雷達發(fā)射機，用途是向天體發(fā)射無線電信號，分析反射回來的信號。

美國天文學家弗蘭克?德雷克（Fank Drake）曾提出用阿雷西博望遠鏡的雷達向太空發(fā)射無線電信號，讓外星人的天文學家捕獲，破解其中的信息，了解到地球人的存在。

發(fā)送什么內(nèi)容呢？

應該發(fā)送地球人和外星人都能懂的內(nèi)容。

這樣的內(nèi)容有嗎？

有，科學。

科學適用于全宇宙，外星人如果能發(fā)明射電望遠鏡，一定懂科學。

德雷克在一些人的幫助下，很快設(shè)計出了內(nèi)容，于 1974 年 11 月 16 日，向武仙座球狀星團 M13 發(fā)射了一段無線電信號，持續(xù)時長 169 秒，功率 450 千瓦，信號波長 126 毫米。

如果 M13 里真的有外星智慧文明，我們多久能收到回信？

很快，也就 5 萬年吧，因為 M13 距離地球 2.5 萬光年。

在我們靜靜等待外星人的回復的時候，不妨欣賞一下，美國天文學家發(fā)送了什么信息。

這段音頻有兩個音高。我們可以把音高系列記錄下來，高音記為 0，低音記為 1，我們將得到：

000000101010100000000000010100000101000000010010001000100010010110010……

共 1679 個 0 或 1，就是 1679 比特的信息量。

德雷克希望外星人將這個字符串排列成矩形。將 1679 做質(zhì)因子分解，1679=23X73，因此，1679 個 0 或 1 排列成矩形，只有兩種排列方式，23 行 73 列，或 73 行 23 列。不過，如果按前者排列，得到的圖案是白噪聲；如果按后一種方式排列，一個有意義的像素位圖便會浮現(xiàn)出來。

那我們看看信息的內(nèi)容是什么。

為了便于觀察，我們做成彩色的。

先看第一部分，即下圖中的白色方塊，你能看出表示什么嗎？

這是用二進制表示的數(shù)字 1-10。下面解釋一下。

第四行白點是定位符，標記二進制數(shù)字的起始點。定位符上面三行，從下往上依次為二進制數(shù)的三位：2⁰、2¹、2²；然后跳到下一列，從下往上依次為 2³、2⁴、2⁵。下圖標出二進制與十進制數(shù)字的對應：

下一部分，下圖中紫色方塊部分。

同樣，最下一行是占位符。容易看出，這是 5 個二進制數(shù)，即 1、6、7、8、15，這五個數(shù)代表 DNA 所包含的 5 種化學元素的原子序數(shù)，由左至右分別為氫（1）、碳（6）、氮（7）、氧（8）和磷（15）。

再下一部分是 12 組綠色方塊，有了前面的經(jīng)驗，我們可以很快寫出每組方塊所表示的數(shù)字，見下圖。

這些數(shù)字是什么意思？

12 組綠色方塊代表 12 個分子，對應的 5 位數(shù)字代表分子的組成，即上一段信息中氫、碳、氮、氧和磷五種原子的個數(shù)。把分子式寫出來，它們是 DNA 的組成部分：1、3 行是脫氧核糖和四種堿基；2、4 行是磷酸鹽?？偨Y(jié)如下：

第 1 行: 脫氧核糖（C₅OH₇）、腺嘌呤（C₅H₄N₅）、胸腺嘧啶（C₅H₅N₂O₂）、脫氧核糖（C₅OH₇）；

第 2 行: 磷酸鹽（PO₄）、磷酸鹽（PO₄）；

第 3 行: 脫氧核糖（C₅OH₇）、胞嘧啶（C₄H₄N₃O）、鳥嘌呤（ C₅H₄N₅O）、脫氧核糖（C₅OH₇）；

第 4 行: 磷酸鹽（PO₄）、磷酸鹽（PO₄）。

再下一部分，如下圖：

藍色代表的是 DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)。

中間的白色方塊是二進制數(shù)，11111111 11110111 11111011 01011110（二進制）=4,294,441,822（十進制），這個巨大的數(shù)字什么意思？

它表示人類基因組中堿基的數(shù)目。不過，這是 1974 年的科學認識，現(xiàn)在的科學結(jié)果約為 30.55 億。

再下一部分，圖案如下圖：

紅色部分是地球人的形象。左側(cè)水平方向四個白點代表二進制數(shù)字 1110（十進制為 14）。這里橫著寫是暗示，要用 14 乘以信號的波長 126mm，14 × 126mm = 1,764mm，代表當時美國男人的平均身高。

右邊的白色圖案為二進制數(shù)字，從右下起，000011 111111 110111 111011 111111 110110= 4,292,853,750（十進制），左上角的白點表示最低有效位。這一數(shù)字代表 1974 年地球上的人口總數(shù)。

繼續(xù)往下，即黃色方塊部分。

這部分展示的是太陽系，最左邊最大的圖案代表太陽，右邊依次是九大行星（在 1974 年，冥王星還被歸為行星）；其中第三位的地球被升高了一格，代表該信息是從地球發(fā)出，同時靠近人類形態(tài)圖案，表示人類生存于地球上。

終于到了最后一部分。

紫色圖案圓弧部分代表發(fā)送此信息的阿雷西博望遠鏡，M 形部分為信號反射示意圖。水平白色方塊為二進制數(shù)字，100101 111110= 2,430（十進制），2430 × 126mm =306,180mm，表示望遠鏡的口鏡。

阿雷西博信息釋義完畢，大家什么感覺，是恍然大悟還是更加迷糊？

如果你感覺參不透，不用難為情。當年它被設(shè)計出來，征詢意見的時候，連多位諾貝爾獎得主都看不懂。我們地球人里最聰明的頭腦都猜不透的關(guān)于自己的信息，外星人得聰明成什么樣才能破解得出？

1999 年和 2003 年，天文學家利用葉夫帕托里亞 RT-70 射電望遠鏡向太陽系多個鄰近恒星發(fā)射了無線電信息，稱之為宇宙來電（Cosmic Call）。

宇宙來電也是用二進制編碼的，與阿雷西博信息一脈相承。它的信息內(nèi)容比阿雷西博信息更豐富：有數(shù)學、物理學、天文學、地理學、生物化學、人體形態(tài)、等各領(lǐng)域的知識，并力求做到內(nèi)容自洽，便于外星人解讀；最后還給外星人出了幾道題，等待外星人發(fā)來答案。內(nèi)容太多了，這里就不一一解讀了，感興趣的讀者，可以參考文后鏈接 [1]。

銀河信標

目前為止，地球人已經(jīng)向外星人發(fā)送了 12 次信息。

最近，來自美國、英國、荷蘭、中國（來自北京師范大學和武漢大學）的科學家，推出了升級版外星信息編碼 —— 銀河信標（Beacon in the Galaxy，BITG）。銀河信標詳細內(nèi)容于 3 月 25 日發(fā)表在學術(shù)期刊 Galaxies 上 [2]。

銀河信標呈現(xiàn)信息的方式和阿雷西博信息一樣，是二進制位圖，內(nèi)容也是局限于自然科學。

銀河信標共有十三部分內(nèi)容，見下圖：

數(shù)學

第一部分內(nèi)容是向外星人介紹地球人的數(shù)學。

我們地球人通常使用十進制數(shù)字，但不能指望外星人也使用十進制數(shù)字，但可以大膽推定外星人懂二進制數(shù)字。銀河信標中按如下方式，用二進制計數(shù)法表示出我們地球人使用的十進制計數(shù)法。

上圖中第一部分，是用三種方式表示數(shù)字。

第一種方式是點的個數(shù)（如上圖是 7 個點表示 7），第二種方式是四位二進制數(shù)，第三種方式是人類的數(shù)字。三種方式用符號隔開，這個符號就是等于號“=”。

阿拉伯數(shù)字 0-9 在銀河信標里表示方法如下：

圖中還給出了兩位十進制數(shù)字的表示方法，比如數(shù)字 14，表示方法如下：

熟悉了十進制數(shù)字的寫法，圖 14 下半部分的質(zhì)數(shù)，也就比較容易看懂了。最下面一行是目前已知最大質(zhì)數(shù)，要用到銀河信標第二部分內(nèi)容 —— 一些基本的數(shù)學運算符號。

圖上涉及的符號如下：

從圖上挑出幾例，考考你：

上面四式分別表示：4×3=12，1?2=?1，3÷2=1.5，1÷9=0.1111。

現(xiàn)在，對這些符號是不是有感覺了？那么，你看下圖，是不是一下能看懂？

對，這是指數(shù)運算。

再下一步分是方程與函數(shù)。

圖中定義了三個變量，設(shè)分別對應 a，b，c：

最后，還畫了的函數(shù) b=a³ 圖像。

物理

向外星人介紹完數(shù)學，然后開始介紹物理學。

首先介紹物理量的單位。外星人會用我們地球人的國際單位制 SI 嗎？

不太可能，連我們地球人都還沒能統(tǒng)一單位制。

我們必須要用宇宙普適常量定義單位。銀河信標選擇了氫原子光譜。

氫元素是宇宙中最多的元素，外星智慧文明一定能將氫原子研究得很清楚，不僅懂氫原子由一個質(zhì)子和一個環(huán)繞質(zhì)子的電子組成，還懂氫原子的超精細譜線。

氫原子處于基態(tài)時，質(zhì)子和電子的自旋有兩種狀態(tài)，平行或反平行。這兩種狀態(tài)能量略有差別，前者略高于后者，氫原子從前者躍遷到后者時，會有輻射，這就是氫原子的超精細譜線，波長約為 21cm，頻率約為 1420MHz。

質(zhì)子和電子的自旋從平行變成反平行，這一躍遷發(fā)生的概率極低，因此，氫原子超精細譜線在地球上的實驗室里無法看到，但星際介質(zhì)中的天然氫原子含量相當大，可以發(fā)出超精細輻射，并被射電望遠鏡觀測到。外星天文學家也應當能熟知這條譜線。

銀河信標通過以下信息，向外星文明約定了長度和時間單位，分別是氫原子超精細譜線的波長和周期。

圖 23 中右下角，該圖案表示的是，質(zhì)子和電子的自旋由平行狀態(tài)躍遷到反平行狀態(tài)，并釋放輻射。

大家應該有經(jīng)驗看懂這種圖了吧？對照著右邊的英文提示，應該不難猜出后面各符號的含義。

圖 23 中最后一條信息值得說一下，這是時間戳，即信息發(fā)送時間。地球人和外星人紀元不同，如何說明時間？好在，地球人和外星人可以找到一個共同的時間起點 —— 大爆炸。圖中最后一條信息說的就是，大爆炸之后 4.355X1017 秒的時候，地球發(fā)送此信息。

化學與生命科學

銀河信標下一部分開始談化學元素。下圖中的信息為氫原子光譜和幾種化學元素的原子序數(shù)。

有了以上數(shù)學、物理、化學知識，就可以呈現(xiàn)關(guān)于地球生命遺傳物質(zhì)的基本單元 ——DNA 的四種堿基。根據(jù)上圖中的化學元素符號，結(jié)合圖 26 地球人正常的 DNA 結(jié)構(gòu)式，不難看懂銀河信標里四種堿基的表示方式。

DNA 的雙螺旋結(jié)構(gòu)對于其遺傳功能至關(guān)重要。下圖呈現(xiàn)的是地球人男女的體型和 DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)。

地球特征

銀河信標然后直觀地呈現(xiàn)了太陽系、地球地圖。

銀河信標第十一部分展示了地球特征，如圖 30 所示，地球有陸地、海洋、大氣，人生活在陸地上，陸地上有山，最高高于海平面 8848 米，海洋最深處 11000 米。圖上還標出了陸地、海洋、大氣中一些物質(zhì)組成。

最后，邀請外星人與地球人聯(lián)系，聯(lián)系頻率 2380MHz。最后還給出了地球的位置坐標。

發(fā)還是不發(fā)？

銀河信標只是設(shè)計出來了，尚未發(fā)送。

從哪里發(fā)送？

第一個向外星發(fā)送無線電信息的阿雷西博望遠鏡，于 2020 年 12 月 1 日在退役前夕徹底損毀。

好在地球上還有兩臺設(shè)備，可以承擔聯(lián)系外星人的重任，一個是 “中國天眼”；另一個是美國的艾倫望遠鏡陣列（Allen Telescope Array，ATA），占地 1 公頃，也曾稱為公頃望遠鏡。

不過，中國天眼和艾倫望遠鏡陣列都只能接收信號，而不能發(fā)送信號。將望遠鏡施加改造，裝備上發(fā)射信息的雷達，難度不大。改造之后，這兩個天文裝置都能向銀河系中最可能存在智慧生命的天域發(fā)射信號。

另一個關(guān)鍵問題是，發(fā)還是不發(fā)？

盡管天文學家已經(jīng)多次向可能存在的外星文明發(fā)送信息，但一直有聲音反對這種活動。

向可能存在的外星人主動發(fā)送信息，有可能純屬白費人力、物力、財力。這還算不了什么，更嚴重的是，可能招致危險。

這種危險體現(xiàn)在中國著名科幻作家劉慈欣在小說中提出的“黑暗森林法則”：

宇宙就像是一座黑暗森林，每個文明都是帶槍的獵人，像幽靈般潛行于林間，輕輕撥開樹枝探索外界，同時竭力不發(fā)出腳步聲隱藏行蹤，因為林中到處都有與他一樣潛行的獵人。如果他發(fā)現(xiàn)了別的生命不管是不是獵人，不管是天使還是魔鬼，能做的只有一件事：開槍消滅之，在這片森林中，他人就是地獄，永恒的威脅來源、任何暴露自己存在的生命都將很快被消滅。

小說家言，不足為憑。但也有聲望卓著的科學家表示，主動聯(lián)系外星人很危險。

史蒂芬?霍金曾在一個電視節(jié)目中說，不要聯(lián)系外星人，外星人找到地球，就像哥倫布找到新大陸，我們地球人將重演印第安人的悲劇。

美國科學家和科幻小說作家大衛(wèi)?布林（David Brin）在 2006 年發(fā)表一篇文章 [3] 稱，主動向外星人發(fā)送無線電波，有可能將地球人置于危險之中，主動搜尋外星人的狂熱分子應該停下來，充分聽取和討論各領(lǐng)域 —— 不僅包括天文學，還包括且不限于歷史學、宇宙生物學、倫理學、動物行為學的專家的意見。

2006 年 10 月 11 日，Nature 發(fā)表社論 [4]，稱外星文明未必和善，即便真聯(lián)系到了和善的外星文明，也可能在我們地球人內(nèi)部帶來嚴重的混亂，搜尋外星文明界應該公開透明地向外界闡述清楚本領(lǐng)域人士的討論，不要有面大望遠鏡，就自封為地球大使。

有科學家回應了這些擔憂。

2008 年，俄羅斯雷達天文學家、搜尋外星文明專家扎伊采夫發(fā)表文章 [5] 稱，只要地球人搞雷達天文學，就不要擔心向外星文明發(fā)信息。地球人的雷達天文學研究發(fā)出的信號早就照亮了整個天空，向外星文明發(fā)出的信息僅相當于滄海一粟不值一提。要想根除后患，除非我們連雷達天文學研究也禁止了，但是，如果那樣的話，我們將無法監(jiān)視和預防小行星撞擊地球，最后還是走向毀滅。

2016 年，Nature Physics 發(fā)表文章稱 [6]，人類泄露出去的無線電信號很弱，只能到達距離我們最近的 7000 顆恒星；即便是這 7000 顆恒星附近的外星文明，如果不用口徑超過 300 米的射電望遠鏡，也不大可能監(jiān)測到人類泄露的無線電信號。追蹤小行星的雷達信號，胡亂分布于太空中，不能與直接通向具體恒星系統(tǒng)的雷達束相提并論。

有些人認為，科技更高級的外星文明，在道德上也更高級，會和平對待地球人。

Nature Physics 的文章說，耐心應該是一個先進文明應具備的素質(zhì)，我們應該鍛煉耐心，等條件成熟的時候，再聯(lián)系外星人，在這之前，不要讓沒有耐心的地球人搞事情。

這篇文章很快招來了反駁文章 [7]。文章首先說，地球人泄露出去的電磁波足以讓外星文明知道地球人的存在，現(xiàn)在擔心外星人入侵，已經(jīng)晚了。另一方面，損失厭惡心理讓人們更關(guān)注聯(lián)系外星人的風險，而更少注意聯(lián)系外星人的好處。

文章還討論了一個問題，要不要聯(lián)系外星人，究竟誰說了算？地球人取得共識，按共識來做嗎？這不現(xiàn)實，不可能取得共識的。更可行的方式是科學家說了算，按科學界慣例來做，同行評議。

先不談這些爭議，還是說銀河信標。

地球人已經(jīng)確認了 5000 多顆系外行星，也許在不久的未來就會發(fā)現(xiàn)宜居行星，甚至外星智慧文明，現(xiàn)在應做些準備。

銀河信標這套信息，形式簡潔，內(nèi)容豐富，能發(fā)送到最可能有外星人的天域，所以也能極大提高在久遠的未來收到外星人回復的概率。

外星人如果收到并破解了銀河信標，會回復什么呢？

我們希望至少回復銀河信標里已有的內(nèi)容，比如他們的數(shù)字系統(tǒng)、回信時間、在太空的位置坐標、遺傳物質(zhì)（外星人有可能不是碳基生命）、外形等，還有可能提供其他信息，比如外星人的文化、星際交流語言等。

與外星人通信，是宇宙科學探索中一個令人神往的領(lǐng)域，現(xiàn)在在技術(shù)上也變得可行，我們?nèi)祟愑屑尤诵牡墓适屡c外星人分享，也渴望了解外星人的故事，現(xiàn)在，我們有手段做到了。

聯(lián)系外星人，干還是不干？這是值得每個人思考的問題。

參考資料

• [1] https://blog.plover.com/aliens/dd/intro.html

• [2] https://www.mdpi.com/2075-4434/10/2/55

• [3] http://www.davidbrin.com/nonfiction/shouldsetitransmit.html

• [4] Nature, 2006, 443, 606，https://www.nature.com/articles/443606a

• [5] http://jre.cplire.ru/jre/may08/2/text_e.html

• [6] Nature Physics, 2016, 12, 720, https://www.nature.com/articles/nphys3852

• [7] Nature Physics, 2016, 12, 890, https://www.nature.com/articles/nphys3897

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