FAST發現的“射電暴”是星際飛船“光帆”的能量泄露嗎？| 造就Talk·張同傑_風聞

張同傑

北京師範大學天體物理學教授、博導

一談到地外文明，大家普遍認為，這是天文愛好者或者科幻小説家的工作。但作為一個天文學家來説，我想真正用科學手段來研究地外文明。實際上，它應該是天文學家的任務。

“中國天眼”FAST

今年1月11日，我們貴州的FAST望遠鏡通過國家驗收，開始正式上崗、進行觀測。地外文明的觀測，就是FAST望遠鏡的五大科學目標之一。

關於外星人的三個問題

20世紀50年代的時候，著名物理學家費米曾經提出一個假設：如果説生命在整個宇宙中的演化歷程是普適的，那麼在我們的銀河系之中，就應該形成一個銀河文明網絡，一代一代的文明應該延續下去，直到今天。為什麼我們沒有觀測到其他文明？他們都在哪兒呢？這就是著名的費米悖論。

有的科學家認為，或許宇宙中的生命是普適的，但是高級生命或者是智慧生命或者外星人不是普適的。

科學家德雷克在60年代的時候寫了一個公式來計算我們銀河系之中能夠與外界進行交流的高級文明的數量。

德雷克公式

左邊文明數量，用N來表示，右邊描述的是能夠產生文明的因素，比如説銀河系內恆星形成的速率、恆星周圍的行星形成的概率多大等條件。

基於這個公式，把所有可能的條件考慮進去，我們可以估算一下銀河系之中到底有多少個地外文明。我們現在用望遠鏡在銀河系看了大概四千多個系外行星，估算下來在銀河系裏可能有數億個文明存在。

宇宙觀-哥白尼原理

我們對宇宙的認識，歷經了地心説、日心説、銀河系中心説。天外有天，人外有人，地球在銀河系的位置沒有什麼特殊性。這是理論，科學家需要去證明理論的正確性。

既然如此，我們需要不需要去尋找？

大家很熟悉《三體》裏面的“黑暗森林理論”：宇宙是一個黑暗森林，宇宙中的每一個文明就是一個獵人拿着獵槍，他在黑暗森林裏面走的時候，如果發現另外一個文明，首先做的第一個反應就是把這個文明給幹掉。

張同傑在造就演講

物理學家霍金也曾警告過人類，不要盲目地去主動和外星人接觸。

但是，他們這些觀點實際上是基於我們地球資源有限，文明和文明之間必須因為資源而相互殺戮的前提條件下推導出來的。現在是在整個宇宙中來尋找地外文明——整個宇宙足夠大，不存在爭奪資源的事情。

所以我的觀點和他們完全相反——想象一下，如果在一個狂風暴雨的漆黑大海上，你駕駛一艘船，在遠處發現一點星光，是來自另一艘帆船的，這時候你是拿出槍來把他幹掉，還是説找到他，互相幫助、互相依存？

尋找外星人的意義

所以我提出我的黑暗大海理論，這是我們尋找外星文明的現實意義，地球有一天很可能無法生存，我們需要外星文明的幫助。

現在來到到第三個問題，我們怎麼來找外星人？

兩個方向：我們發出信號給他們，他們發出信號給我們。

基於這兩個方向，我們有三個辦法：

第一，尋找宜居的系外行星。（賙濟林：地球只是驛站，人類的下一個落腳點在哪裏？）

第二，我們從地球上向外太空發射無人飛船或者發射電磁波信號來尋找他們。上世紀70年代美國發出了五位信使：2個先驅者號、2個旅行者號、 1個新視野，攜帶了我們地球上的很多文明信息。這些飛船目前正在飛離太陽系，但是我們不會抱什麼希望，而且這種方式成本非常貴。

 

對外發射無人宇宙飛船

第三種就是接收信號或者接收外星人過來的飛船。飛船是很多科幻小説的想象，至少我們現在沒有證據。我們今天主要談談接收信號。

**電磁波是最適合進行星際通訊的載體或者信使。**光就是電磁波，它的速度是每秒三十萬公里，光到達離我們最近的一顆恆星比鄰星，僅需要四年時間。

而且發射電磁波的成本很小，我們打一個電話，發一個微信就是一個電磁波出去了。我們做這個探測的前提是，**假定外星人的科技水平大於或等於我們地球人的水平。**如果他的水平比我們還低，那麼我們發的電磁波他也不懂，他們也發不出電磁波來。

射電波段

這張圖的橫軸就是電磁波的波長，最右邊是射電波，最左邊是伽馬射線X射線。縱軸，就是這些電磁波穿透地球大氣的能力。

我們可以看到，最左邊這種波長很短的很難穿透大氣，我們需要把望遠鏡放到天空上去觀測才行，**但你看右邊這個射電波段，它可以全天候地不管颳風下雨，全天候地穿透地球大氣到達我們的望遠鏡，**也就是説，射電望遠鏡可以放在地面上觀測。

張同傑在造就演講

我們需要找的這個波段，**它必須不容易被星際氣體吸收，外星文明發過來的時候，它能穿越中間的那些星際氣體和塵埃。再就是它能夠穿透我們的大氣層。**其實設備製造非常容易簡單，就像我們電視機，衞星接收天線，手機等等。

所以説射電是我們最佳選擇，但是射電波段裏面什麼信號是外星文明的信號呢？

現在我們對宇宙的認識已經非常深入了，**宇宙中的天體本身發出的信號寬度最窄是500赫茲，**所以我們需要尋找那些小於500赫茲寬度的這種窄帶信號，它才有可能是非自然的人為信號。

其實地外文明的觀測從20世紀60年代已經開始了，當時德雷克就開啓了全世界第一個搜尋地外文明的計劃——奧慈瑪計劃。

SETI之父德雷克

90年代，加州大學伯克利分校建立了SETI研究小組。他們其中一個叫SERENDIP，也就是搜尋鄰近地球的地外文明發出的射電信號，這個計劃是世界上運行最長的一個SETI項目，至今還在運行之中。這個項目也和我們FAST進行了緊密的合作。

加州大學伯克利分校SETI研究

天文學家在做地外文明觀測的時候，發展了一套觀測模式。對於地外文明的觀測，很多望遠鏡都不想給它時間，知道大部分都是找不到信號的無用工作，所以發展了一套模式，叫共時觀測。

其他科學家在觀測其他的科學目標的時候，比如觀測恆星、系外行星共同使用這批數據，這樣就互不干擾。我們的FAST望遠鏡，將來的觀測模式也是這種模式，這種模式也稱為共時天文巡天觀測。

SETI屏保程序

觀測的數據量很大，要甄別排除射電干擾、人類造成的干擾等，光憑這幾個小組成員也很難做到，所以伯克利SETI研究小組發展了一種方式，開發了一個處理數據的屏保。任何一個人的計算機閒着的時候，屏幕保護就可以用來處理這些數據，處理完了數據自動發回伯克利。

就全世界用屏幕保護的用户分佈情況來看，歐洲、美國是最多的，亞洲很少，中國幾乎沒有。

中國天眼FAST之父南仁東先生在最早的一篇綜述文章裏，有一段專門提到了地外文明研究，論述了FAST望遠鏡觀測地外文明的優勢——FAST望遠鏡是全世界靈敏度最高的射電望遠鏡。

天眼之父南仁東先生與他的論文

這是中國最早論述觀測地外文明的一篇文章。基於文章，基於我們和伯克利的觀測合作協議，2018年，伯克利地外文明研究小組和我們共同在FAST望遠鏡上裝了一個後端設備，我們就開始了觀測。

人工模擬信號示意圖

上面是一些人工模擬的信號示意圖，左邊這個很尖的就是一個很窄的信號，右邊是寬帶信號。

小於五百赫茲的窄帶信號，我們人類很容易製造出來，所以我們在進行觀測的時候，要區分、去除我們地球上人類製造的這種窄帶信號，需要很複雜的程序甄別。

FAST望遠鏡觀測到的信號數據

我從2014年開始努力推動中國的地外文明研究。我們在系統裝了後端設備，利用FAST望遠鏡進行了真正的觀測。

上面兩張圖就是在FAST望遠鏡上對地外文明觀測的實際數據。這兩張圖左邊是個寬帶信號，大部分都是地球上的干擾，比如説雷達的干擾、飛機的干擾，手機的干擾，左邊這些窄帶信號是我們篩選出來的，有可能是地外文明發出的信號。

當然了，我們現在不敢下結論，不過這篇文章已經在美國《天體物理》上發表。這篇文章是在説，我們已經用FAST做了這樣一個研究，我們得到了很多的候選者，但是窄帶信號裏面哪個是地外文明的信號，需要去甄別，也可能最終得到的結果都不是，這是最有可能的。

張同傑及其團隊在美國《天體物理》雜誌發表的文章

最近幾年關於快速射電暴是否是外星人信號的新聞也非常多，快速射電暴能在幾毫秒內釋放出相當於太陽釋放一整天的高能量。科學家也給它了很多的解釋模型，比如説兩個中子星碰撞、兩個黑洞碰撞，但是大家都沒有完全定論。

快速射電暴

這就給一些科學家想象的空間。哈佛大學天文系的主任Abraham Leob認為，快速射電暴就是地外文明外星人制造的光帆，也就是外星人的動力系統在推動光帆進行星際旅行的時候泄露的能量。

這種能量要非常高才行，如果這個能量不高的話，沒法推動光帆，因為光帆也非常大，可能要像地球這麼大的光帆才行。而要想推動這麼大的光帆，你需要高功率的能量機制。他認為，快速射電暴可能是這種能量機制泄露出來的。

Abraham Leob論文截圖

他進行了非常詳細的計算，這篇文章就發表在美國著名的《天體物理》雜誌，在全世界媒體圈引起了一場軒然大波。當然這是一種觀點假説，科學家也不是都不會犯錯誤。

50年代時，美國康奈爾大學的兩個天文學家G.Cocconi和P.Morrison發表在Nature 的一篇文章談到了對地外文明的展望：

「我們觀測地外文明成功的可能性非常小，但是如果我們不去尋找，不去觀測，那麼成功的可能性就是零。」

張同傑在造就演講 

去年，在美國伯克利地外文明研究小組討論的時候，我曾經問過他們：你們認為再過多少年，能夠發現地外文明？一個科學家説20年，另一個科學家説明年就能看到。但是我個人認為，用不了20年，可能10年到15年，我們的FAST將會有定論。

定論的意思是——第一種可能性，我們找到了地外文明的信號了，如果找到，那是非常重要的事情。

第二個可能性是確實沒找到，FAST是全世界最靈敏的射電望遠鏡，它找不到可能意味着，我們現在的技術暫時還是找不到，可能要有更先進的技術才能做到。

SETI的希望

我們期待着FAST能在未來給出一個定論。