楊利偉太空遇到外星人了？地外文明搜尋歷程

對於「是否有外星人」存在這個問題，宇航員們似乎因為曾經進入太空，比我們普通人更有機會與外星人「 親密接觸」, 因此他們多了一些發言權。

宇航員們相信「外星人」存在嗎？

最近，中國第一位航天員楊利偉親述曾在太空遇到神秘的敲擊聲：「這個聲音也是突然出現的，並不一直響，而是一陣一陣的，不管白天還是黑夜，毫無規律，不知什麼時候就響幾聲。不是外面傳進來的聲音，也不是飛船裡面的聲音，而彷彿是誰在外面敲飛船的船體。無法描述它，不是叮叮的，也不是噹噹的，而是更像拿一個木頭鎚子敲鐵桶，咚 咚 咚 咚」。

這是否是外星人造訪我們的飛船?

2014年，筆者曾組織舉辦第27屆太空探索者協會年會的社會活動日(北師大分會場)，航天員劉旺和部分美國、俄羅斯和日本的宇航員都應邀參加了這個活動。

會議交流期間，劉旺曾經告訴我，他相信有外星人的存在，但是沒有說為什麼。而最近航天員楊利偉的爆料，讓我明白了背後可能的原因。此外,一些美國航天員也相信外星人的存在。

圖注: 第27屆太空探索者協會年會(北師大分會場)

本文將首先介紹國際和國內搜尋地外文明的歷史及現狀，再從天體物理角度對楊利偉爆料的神秘敲擊聲給出可能的解釋。

漫長的地外文明搜尋之路

在如此深邃的宇宙里，

人類是唯一的智慧生命嗎？

地球是宇宙中最特殊的星球嗎？

在宇宙中是否還有其他的生命？

這些生命會以怎樣的形式進行演化？

人類是如此渴望知道這些問題的答案，以至於從未停止過對地外文明的搜尋。

從最早試圖在地球上建造巨大的結構來引起外星人的注意，被動得等待外星人發現人類，到一百多年前，尼古拉·特斯拉認為他的無線電傳輸系統可以用來聯繫火星上的生物（參考文獻【1】），人們搜尋外星人的方法隨著科技的進步經歷著一系列深刻重大的變化。

1931年，美國的無線電工程師卡爾·央斯基接收到了來自銀河系中的射電輻射，打開了射電天文學這一新窗口，為人們探索宇宙增加了一條重要途徑。

1959年，物理學家莫里森和科可尼在《自然》雜誌上發表了一篇論文（參考文獻【2】） ，他們認為如果宇宙中存在其他智慧生命，並且他們的科技發展水平與人類相當，或許人類能夠從眾多的射電信號中，找到外星人發出的信號。他們認為這個信號的波長很可能是525px（1.42GHz），這一波長正是宇宙中最常見的中性氫發出的輻射。

圖注: 中性氫原子的21 厘米譜線產生機制示意圖

這篇文章的發表一時間激起千層浪，從此人們對於外星人的搜尋不再是盲目的，可謂是為現代搜尋地外智慧生命奠定了科學基礎。

筆者的師大物理宇宙學團隊也基於2014年發表在PRL上的文章，計劃使用我國FAST望遠鏡，觀測宇宙深處中性氫的21 厘米射電譜線測量宇宙膨脹的加速度。

1. 搜尋地外智慧生命（SETI）實驗

1960年，康奈爾大學的射電天文學家、被稱為「SETI之父」的弗蘭克·德雷克（Frank Drake）開啟了第一個現代搜尋地外智慧生命（Search for Extra-terrestrial Intelligence，以下簡稱SETI）的實驗，該實驗被稱為「奧慈瑪計劃（Project Ozma）」。基於莫里森和科可尼的文章，他利用綠岸射電望遠鏡(Green Bank Telescope)的85英尺射電望遠鏡，觀測天倉五和天苑四這兩顆恆星在1.42GHz這一頻率的射電信號。當然，現在我們都知道在這次實驗中，德雷克並沒有找到他想找到的信號。然而德雷克並沒有放棄，第二年，他發表了著名的德雷克公式，從統計上揭示了銀河系中能夠與外界交流的文明的數量。

圖注: 筆者與德雷克的合影

1971年，NASA支持了德雷克等人進行SETI研究，他們設計了由多達1500個小型射電望遠鏡組成的地基射電望遠鏡陣列。然而由於造價過高，並沒有實際建成，但是他們所做的研究工作為之後大量的SETI工作奠定了基礎（參考文獻【3】）。

1972年，美國先驅者10號探測器發射時攜帶了德雷克與康奈爾大學的天體物理學家卡爾·薩根共同設計的人類發往太空中的第一條物理信息（參考文獻【4】）。這塊鍍金鋁板上標記出了地球在太陽系中的位置，如果先驅者10號探測器能夠遇到地外生命，那麼他們就有望通過這條信息與我們取得聯繫。

然而地外生命也許並不是友好的，我們是否應該主動發送地球以及人類的信息給可能的地外生命，也一直是一個備受爭議的話題。

德雷克目前是SETI研究所（參考文獻【5】）的成員之一。

SETI研究所是一個非盈利性組織，它成立於1984年，所需資金大部分來自於私人捐贈，他們所用的艾倫射電望遠鏡陣列以微軟的共同創始人保羅·艾倫的名字命名，保羅·艾倫為這個望遠鏡陣列提供了一半的經費支持。

圖注: 筆者訪問SETI研究所

然而，耗費了大量人力物力的艾倫射電望遠鏡陣列並沒有搜尋到外星人的蛛絲馬跡，隨著2011年美國政府資金支持的停止，艾倫射電望遠鏡陣列陷入了停工的局面。

圖註：艾倫射電望遠鏡陣列(圖片來源於網路http://www.shao.ac.cn/kpyd/mtsm/201105/t20110505_3128141.html)

與SETI研究所隔著舊金山灣相望的加州大學伯克利分校SETI研究中心（參考文獻【6】），他們負責的SERENDIP(Search for Extraterrestrial Radio Emissions from Nearby Developed Intelligent Populations：搜尋臨近地球的地外智慧生命發出的射電信號)項目是世界上運行時間最長的SETI項目。

得益於互聯網技術突飛猛進的發展，伯克利SETI研究中心也展開了SETI@home的項目（參考文獻【7】），利用全球900萬志願者聯網的計算機共同搜尋地外文明。SERENDIP最初是依附於其他觀測項目之上的，從阿雷西博射電望遠鏡拿到觀測數據之後，他們將這些數據分段，分別發給SETI@home的各個志願者，利用每個志願者電腦待機休息的時間對數據進行處理，找出非自然產生的射電信號以及潛在的目標信號，再反饋給SETI研究中心的科學家們。這種模式的優勢是進行SETI研究的科學家們不需要單獨申請望遠鏡的觀測時間，能與其他項目實現雙贏。

圖註： SETI@home分布式計算項目

2. 突破創新計劃 (Breakthrough initiatives)

突破創新計劃（參考文獻【8】）是俄羅斯富翁尤里·米爾納於2015年創立的探索宇宙、搜尋地外智慧生命，鼓勵公眾從行星的角度進行辯論的項目。其董事會成員包括著名的科學家史蒂芬·霍金以及Facebook的CEO馬克·扎克伯格。尤里·米爾納在英國倫敦皇家學會舉行的新聞發布會上宣布了突破創新計劃的成立, 當時物理學家史蒂芬·霍金、英國皇家天文學家馬丁.瑞斯(Martin Rees)[據說他非常相信地外文明的存在]、「SETI之父」的弗蘭克·德雷克、美國加州大學伯克利分校(U.C.Berkeley)天文系席教授高爾夫·摩西(Geoff Marcy)[他曾經發現了上千顆系外行星，是諾貝爾獎的熱門候選者；但是不相信地外文明的存在，曾經和突破聆聽計劃的PI，同時也是伯克利SETI@home的首席科學家Dan Werthimer教授進行過關於是否有地外文明的辯論；目前他已經從U.C.Berkeley天文繫辭職]、 突破聆聽的主要負責人Andrew Siemion以及基金會主席Peter Worden參加了成立儀式。

圖注: 突破創新計劃新聞發布會

突破創新計劃由突破聆聽(Breakthrough Lisen)、突破攝星(Breakthrough Strashot)以及突破信息(Breakthrough Message)三個項目組成。

（1）突破聆聽

突破聆聽計劃是歷史上最大規模的搜尋地外智慧生命的項目。

史蒂芬·霍金與尤里·米爾納於2015年7月共同啟動了突破聆聽項目。儘管霍金本人認為向太空主動暴露人類的信息並不是明智之舉，但是他對於人類主動搜尋地外智慧生命的項目仍然持積極態度。

突破聆聽計劃將在十年內投入1億美元的資金，支持SETI研究。其中一部分經費用於購買望遠鏡的觀測時間，另一大筆經費將會用來升級望遠鏡的後端設備。有了更多的望遠鏡觀測時間以及更好的設備，突破聆聽計劃將會得到優於以往近百倍的觀測結果。鑒於NASA已經決定今後不再給SETI研究任何的經費支持，對於SETI研究的科學家們來說，突破聆聽項目的啟動是一個重大利好消息。

2015年，伯克利SETI研究中心幸運的得到了俄羅斯富翁尤里·米爾納10年內共計1億美元的資金支持，繼續搜尋地外文明。突破聆聽計劃的PI，同時也是伯克利SETI@home的首席科學家丹·沃斯莫(Dan Werthimer)教授，將與突破聆聽的主要負責人安德魯·西蒙(Andrew Siemion)一起[曾經是Dan Werthimer的博士後]，帶領伯克利的SETI研究團隊一同聆聽天外來音。

Dan Werthimer教授與中國也有一段不解之緣，早在上個世紀八十年代，他就在北京師範大學天文系進行了為期一年的訪問交流，與北師大的師生建立了深厚的情誼。2014年筆者訪問美國加州大學伯克利分校(U.C.Berkeley)天文系和勞倫茲國家實驗室(LBNL)時，與Dan建立了更加密切的合作關係。2015年，在筆者邀請下，Werthimer教授對北師大進行了學術訪問，並做了風趣幽默、通俗易懂的報告，報告介紹了SETI研究的歷史與發展。在此良機下，筆者帶領的北師大SETI研究團隊也積極得加入到了SETI的研究中,並且已經開始處理綠岸射電望遠鏡(Green Bank Telescope)的數據。

圖注: 筆者與DAN的合影以及DAN在北師大的海報

突破聆聽計劃主要利用位於美國西弗吉尼亞州的100米口徑的綠岸射電望遠鏡(Green Bank Telescope)和位於澳大利亞的64米口徑的Parkes射電望遠鏡，監聽來自外星文明傳來的信號。綠岸射電望遠鏡是世界上最大的全方位可移動望遠鏡，Parkes射電望遠鏡是南半球第二大的射電望遠鏡。

在突破聆聽項目開啟之前，做SETI研究的科學家們通常一年之內只能得到一兩天的觀測時間，而現在，他們得到瞭望遠鏡每年20%-25%的觀測時間。

圖註：國台和SETI簽訂協議

2016年10月，中國科學院國家天文台也與突破基金會簽訂戰略性合作協議，國家天文台台長嚴俊和突破獎基金會主席及「突破計劃」執行主任Pete Worden代表雙方分別簽字。根據合作意向，國家天文台500米口徑球面射電望遠鏡FAST將加入「突破聆聽」（Breakthrough Listen）項目，與位於美國的綠岸望遠鏡及位於澳大利亞的Parkes天文台共同合作，尋找地球以外智慧生命的線索。雙方將有可能交換觀測計劃、探測方法和數據，並快速進行跟蹤觀測及數據分析。

未來，位於三個國家的三個世界一流的望遠鏡將一起交換觀測計劃，共享觀測數據。

圖註： 筆者參觀綠岸射電望遠鏡

圖註：Parkes射電望遠鏡

除了射電波段的研究，突破聆聽還有一部分資金用於美國加利福尼亞州利克天文台的2.4米光學望遠鏡，進行光學波段的研究，旨在探測地外文明發出指向地球的激光信號。

圖註：筆者訪問美國加利福尼亞州利克天文台

突破聆聽計劃主要觀測的頻率範圍是1-10GHz，在這個範圍內的射電信號不受宇宙源或地球大氣的影響，可以用地面望遠鏡進行觀測。大型望遠鏡的觀測時間是十分寶貴的，因此科學家們總是期望從一批觀測數據中可以得到多項科研成果。SETI研究得到的觀測數據，還可以用於研究脈衝星、恆星日冕物質拋射等研究領域。這些數據將會公開發表，可能是歷史上公開發表的數量最多的數據。

（2）突破攝星計劃

突破攝星項目計劃建成一個依靠光壓驅動的納米級宇宙飛船，其速度高達到光速的15%，這樣的飛船能夠在發射後20年到達距離太陽系最近的恆星——半人馬座α星，又稱為比鄰星——為我們傳來最近發現的比鄰星的行星 Proxima b的圖像。據此，可以幫助我們探測該恆星系統是否還有其他行星，我們還可以分析它們的磁場等一系列的性質。

（3）突破信息計劃

如果說突破聆聽計劃是被動的接收外星人的信號，那麼突破信息計劃則是人類主動、有意識地給地外文明發送信息的項目。

突破信息計劃的研究還包括將信息發送到宇宙深空的倫理學。同時，它還發起了高達一百萬美元獎金的競賽，競賽的內容是設計一個可能會發送到地外文明手中的來自地球的數字化信息。這條信息應該是代表整個人類的文明程度和我們地球的特徵。在是否應該主動向外界發送關於地球和人類信息的高水平深層次辯論結果出來之前，該項目暫時不會向外界發送任何信息。

突破計劃的三個項目相輔相成，期待它能為我們帶來振奮人心的發現。在未來的十到二十年之間，人們或許有望找到外星人發出的蛛絲馬跡。另一方面，不論是否真的有外星人存在，突破創新計劃都將在天文特別是射電天文學方面，極大的推動科學技術的發展。

3.突破聆聽計劃研討會

會議由突破聆聽計劃項目主辦，綠岸天文台承辦。突破聆聽基金的負責人Jamie Drew、突破聆聽項目的PI Dan Werthimer教授、該項目的主要負責人Andrew Siemion以及現代SETI項目的奠基人Frank Drake教授均出席了本次研討會。

研討會上探討了突破聆聽計劃的研究目標、策略，並且廣泛探討了現代搜尋地外智慧生命的方法。從SETI實驗所需的射電望遠鏡後端接收機以及數據儲存、傳輸等硬體設備，到數據處理的方法，特別是對與其他研究項目一起進行聯合觀測研究的可能性進行了討論。

此外，還有部分利用開普勒衛星進行光學波段研究的學者到場做了精彩的報告，主要是有關係外行星的搜尋工作。隨著系外行星樣本的不斷增加，將會增加我們對於系外行星的認識，對於宜居行星分布情況也將會有進一步的了解。

對於宇宙中是否存在其他智慧生物，雖然短時間內可能不會有結果，但是學者們大多抱有積極樂觀的態度。

即使最終不是專門研究SETI的科學家發現了地外智慧生命的，就像歷史上許多重大天文觀測發現一樣（有心栽花花不開，無心插柳柳成蔭），那仍將是令人激動的結果。

與會者還參觀了綠岸望遠鏡的觀測室以及後端設備室（非美國公民需要登記批准後才能進入）。在這裡，觀測人員可以同時控制天文台中的多架望遠鏡進行觀測，後端設備室有兩排插滿了5TB硬碟的架子，存儲了突破聆聽計劃的觀測數據並對其進行了預處理。當找到了研究人員所感興趣的信號之後，會把這部分數據發往加州大學伯克利分校的空間科學實驗室進行進一步的處理。由於每天觀測都會產生大量數據，剩下的沒有發現感興趣信號的數據就會被刪除掉。德雷克教授感慨道，他在二十世紀六十年代最早做SETI實驗的時候，是不敢想像今天的海量數據的。

楊利偉在太空是遇到外星人了嗎?

最後，讓我們再回到這個問題，楊利偉在太空是遇到外星人了嗎？

筆者的看法是，楊利偉遇到外星人的可能性很小。

到目前為止，還沒有接收到來自外星人的信號，並且也沒有外星人造訪地球的確切事實。

以目前我們所知的科學技術水平，銀河系內的外星人即使乘坐以光速飛行的飛船在短時間內都無法到達我們地球。從理論上講，一種可能可以使我們從一個區域在短時間內到達另一個區域，那就是《星際穿越》電影裡面描述的蟲洞，這也是我的博士導師沈有根先生研究了一輩子的天體物理領域。

圖註：蟲洞示意圖

如上圖所示，外星人可以通過蟲洞在短時間內從宇宙一個遙遠的區域到達我們這裡，而不需要經過漫長的路程。2015年初，來自義大利和美國的一個國際研究小組聲稱，基於對銀河系的最新研究和理論，在我們的銀河系可能存在可以通往遙遠時空的巨大門戶-蟲洞，像熱映電影《星際穿越》中所展現的那樣，其大小足以讓一艘宇宙飛船經過。相關論文發表在《物理學報》雜誌上。這項研究表明人類將有可能通過蟲洞穿越時空到達及其遙遠的地方。因此，如果楊利偉遇到的確實是外星人，那麼這些外星人所行走的路線只有一條：蟲洞。這條蟲洞連接我們地球附近區域和銀河系內某個遙遠的地方或者河外星系的某處區域，而且這個蟲洞的入口或許在馬航MH370飛機失事區域。

一個美好的願望是馬航MH370飛機仍然在這條蟲洞中穿越。雖然我們感覺兩年過去了，而MH370飛機由於在蟲洞中穿行，其時間變慢，機上的乘客一直活著，他們感覺只是過去了幾個小時，不久的將來他們或許通過其他的蟲洞返回到我們的地球。

參考文獻

[2] Cocconi, Giuseppe & Philip Morrison (1959). "Searching for interstellar communications"Nature.184(4690):844~846.Bibcode:1959Natur.184..844C.doi:10.1038/184844a0.

[3] "Project Cyclops: A Design Study of a System for Detecting Extraterrestrial Intelligent Life" NASA. 1971.

[4] Carl Sagan; Linda Salzman Sagan & Frank Drake (1972-02-25). 「A Message from Earth」. Science. 175 (4024) : 881-884

[6] https://seti.berkeley.edu/

出品：科普中國

製作：北京師範大學天文系 宇宙之美科普團隊 張同傑 李時雨

監製：中國科學院計算機網路信息中心

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