通过广播寻找外星文明，或许没有那么容易......

总有一天，如果大自然善待我们，我们将做出最伟大的发现：我们在宇宙中并不孤单。虽然各种天文台和太空任务可能很快在其他星球上找到生命，但我们最终的雄心壮志更加宏伟：在那里找到另一个智能的、技术先进的文明，接收和倾听他们的信号，以他们的方式发送我们自己的人类产生的信号，并建立双向通信。如果在合理的距离内有其他人可以联系，那么在我们的搜索得到回报之前，这只是时间、技术、投资和运气的问题。

聪明的外星人，如果他们存在于银河系或宇宙中，可能会从各种信号中被探测到：电磁，行星改造，或者因为他们正在太空飞行。但到目前为止，我们还没有找到任何有人居住的外星球的证据。我们可能真的在宇宙中是孤独的，但诚实的答案是我们对相关概率的了解还不够多。

(图片来源：Ryan Somma/flickr）

我们必须意识到的第一件事是，我们目前寻找智能外星人的主要方法是在无线电波中调查天空和特别感兴趣的天文系统。出于许多独立的原因，无线电波作为探测宇宙的一种方式是有意义的。首先，在很长的波长下，无线电波可以穿过宇宙中的大部分遮光物质：尘埃、气体以及所有物种的中性和电离原子。虽然许多其他波长的光被这些形式的物质吸收（或者天文学家称之为灭绝），但无线电波认为它们实际上是透明的。

其次，无线电波由于其波长较长，可以将更大的信息集编码到传输中，而与其他电波相比，总能量成本相同。例如，以 90 兆赫兹广播的 FM 广播电台的典型广播波长为 3.3 米，或大约 10.8 英尺。与人眼可见的典型光波长（在400到700纳米之间）相比，您可以在无线电波中编码约500万到800万倍的信息，而能量成本与可见光相同。对于远程通信，没有比这更好的光形式了。

对应于电磁频谱各个部分的大小、波长和温度/能量尺度，以及同等大小的物理对象。测量物体大小的方法之一是将适当波长的光照射在其上;较长的波长对这些物体是透明的，而较短的波长将被它吸收。

但这还只是考虑到光在太空中传播的物理学。实际上，还有其他形式的光会混淆我们挑选传输信号的能力。虽然天文学家可能对它们感兴趣：

• 电磁辐射的银河背景，
• 热大爆炸遗留下来的辐射的宇宙背景，
• 以及地球大气中各种分子发出的辐射，如氧气和水蒸气，

在探测外星信号时，所有这些都是噪声源。

当我们考虑这个问题时，也值得记住一些限制。我们不是在太空中寻找这些无线电信号;我们在地球表面，使用固定的无线电天线和无线电天线阵列。我们没有持续监测整个天空，而是在相对较短的时间内专注于选定的感兴趣目标。虽然我们默认在无线电中搜索，但其他特征 - 微波发射，中微子特征，引力波，甚至是我们还没有想到的东西 - 可能是智能外星人交流的首选方式。

MeerKAT阵列是平方公里阵列建设的第一步，已经产生了一组前所未有的科学图像和数据，使我们离了解我们的银河系中心更近了一步。SETI科学与天文学和天体物理学科学有许多重叠之处。

(图片来源：南非射电天文台）

我们还需要记住，在地球上，我们传输这种可检测信号的时间并不长，而且这些广播信号的大小随着时间的推移发生了巨大变化。虽然我们在20世纪初尝试了无线电传输，但这些都是本地和低功率传输。直到1930年代才开始，这些信号才变得足够强大，可以超越我们太阳系的噪音水平，并延伸到我们自己的太空小角落之外的宇宙。

從1960年代和1970年代開始，我們甚至開始向太空中選擇的目標傳送我們自己的定向、高能信息：例如個別的恆星和恆星的集合，它們在各自的相互引力下結合在一起。随着功率的提高和窄带传输，这些信号的强度可以更容易地上升到银河系、地球和宇宙背景之上，否则这些背景会阻止这些信号被探测到。

在2020年坍塌之前，阿雷西博望远镜是第一个看到来自同一来源的多次快速射电爆发的望远镜。虽然它们不是智能外星起源的信号，但望远镜已被用于对传输外星文明的存在设置许多最严格的限制，以及用于将人类的信息传输到宇宙中。利用射电望远镜也许仍然是寻找外星智慧的最有力工具。

然而，自那个时代以来，我们的世界也发生了变化。我们的无线电传输很久以前就达到了顶峰，回到广播电视和广播时代。现在，随着有线、卫星电视和广播以及互联网的出现，收听广播电视和广播的人越来越少，因此在这些波长下的高功率传输越来越少。很可能需要齐心协力地进行交流和倾听——远远超出了我们作为人类文明副产品产生的电磁波——如果来自宇宙中的两个物种希望接触的话。

更显着的可能性之一是“捎带”自然发生的跃迁，其中大气发射，银河背景和宇宙辐射背景的综合影响都很低：在氢的自旋-翻转跃迁（频率为1420 MHz，波长为21厘米）或最强大的自然发生激射之一的频率下， 发生羟基线（频率为1662 MHz，波长为~18 cm）。在更高的频率（较短的波长）下，宇宙辐射变得更加重要，而在较低的频率（较长的波长）下，银河背景占主导地位。

在月球背面建造一个非常大的射电盘，也许在月球陨石坑中，或者建造一个射电望远镜阵列，可以实现无与伦比的宇宙无线电观测，包括在最重要的21厘米范围内，无论是在附近还是整个宇宙时间。

我们可以梦想，当下一代超大阵列（ngVLA）建成并上线时，我们将获得什么功能，该阵列刚刚被Astro2020十年指定为最高优先级的努力。我们可以梦想在月球上安装射电望远镜甚至射电望远镜阵列：这是一个具有巨大好处的严肃提议。但是，就像地球大小的系外行星的直接成像一样，使用凌日光谱来测量潜在类似地球的世界的大气层，或者努力在我们的太阳系内从事行星际古生物学以挖掘古代（甚至现存）生物 - 这些努力都是展望未来。

现在呢？我们正在发射和/或已经发射的信号呢，我们已经使用或正在使用的检测技术呢？

这需要根据具体情况进行处理，因为我们设想的每个特定场景都有不同的物理原理在起作用，并且会导致检测既合理又合理的不同范围。话虽如此，让我们来看看各种可能性，看看以我们目前在地球上的技术水平，我们离我们自己的副本有多远，还有地球水平的技术，并且仍然能检测到我们的存在。

这张美国西南部超大阵列的图像突出了无线电天线阵列在测量我们宇宙的许多不同特性方面的重要性，包括寻找由智能物种产生的潜在外星信号。

地球产生的超越各种宇宙和银河系背景的信号会到达多远？

尽管电影《接触》设想了一个外星文明从1936年奥运会接收地球广播传输并将其发回给我们的场景，但事实证明，这些早期的排放将被穿过大气层和我们的无线电响亮的太阳的综合效应所淹没。这些信号，以及20世纪上半叶的所有商业无线电广播，都太弱了，无法超过本底噪声，即使是当前的地面技术也无法检测到它们。

但是，已经有一些军事传输确实具有在数百光年内检测到的正确功率和频率特性：冷战期间建立的雷达传输，用于检测任何来袭的弹道导弹。鉴于这些系统最早是在 1950 年代末和 1960 年代初开发的，因此可以合理地在地球周围绘制一个半径约为 60-65 光年的假想球体，并声明，“如果一个类似地球的文明在我们这个距离内，他们将能够从我们已经发送到宇宙的传输中探测到地球的存在。原则上，随着时间的推移，使用当前技术，这将增加约十倍，并且没有任何返回信号可以用来，在一些假设下，说明在大约一半的距离（~30光年）没有文明收到我们的信号立即有兴趣将返回信号发送给我们。

即使解码不正确，如图所示，这种格式的阿雷西博信息信号似乎也有足够的组织，使该消息的智能外星接收器能够得出结论，它不是一个随机信号。

(图片来源：维基百科项目中的jarmokivekas）

那么阿雷西博信息，或者其他故意向外星文明发送信息的企图呢？

原则上，这样的信号可以走得更远。综合因素包括：

• 恒定的强度，
• 一个简单的，重复的信息，
• 单一的窄频率，
• 和定向准直广播波束，

我们谈论的不再是几百光年的范围，而是数万光年的范围。阿雷西博的信息不是针对一颗恒星，而是针对一个球状星团，这并非巧合：数十万颗恒星的集合，它们彼此相距几十光年。

然而，位于这个“铅笔束”视线的文明必须幸运地找到我们：他们必须在正确的时间看向正确的方向，并记录足够详细的信号，以解码它确实包含某种智能创建的信号。我们没有以重复的方式发送这个信号;我们没有在几个月、几年或几十年的时间内继续发送它;我们没有将其发送到往返通信距离内的各种目标。有可能有一天有人会收到它，解码它，并发送返回信息，但如果是这样，我们将无法再过~5万年左右知道它。

“哇！”信号，用杰里·埃曼的原始标识注释，显示了从潜在的非自然天体物理源看到的最明亮，最强烈的瞬态无线电源。虽然没有对这个信号进行有意义的确认，但它可能与收到我们的阿雷西博消息的人可能注意到的惊人相似。

(图片来源：大耳朵无线电天文台）

我们检测到的最引人注目的信号呢？难道是来自聪明的外星人？

我们曾经收到过一个，也是唯一一个信号，它看起来像我们可能期望由外星人传输的东西：哇！信号。1977年8月15日——整整45年前——大耳朵射电望远镜在天空的一个特定区域探测到异常大的无线电信号：强度大，持续时间长，与以前或之后从未见过的任何其他信号不同。虽然它没有可检测到的调制，这是信息通常通过无线电波传输的方式，但它的峰值强度是任何其他来源的四倍多，持续时间是任何其他来源的~6倍。

特别有趣的是，它几乎（但不完全）发生在上述 21 厘米氢线的频率上。难道是另一个类似地球的文明试图发出类似阿雷西博的信息，而我们恰好在关键时刻就在它的视线范围内？

或。但一个更平凡的解释是，一组氢原子相对于我们以大约10公里/秒（银河系内物质的典型速度）移动，发出这个信号，然后停止。我们不知道为什么它会停止，但所有的后续尝试都未能在同一空间区域看到任何值得注意的来源或信号。

这一系列相对靠近地球的明亮恒星仅在2011年是最新的;我们现在知道在25秒差距（82光年）内大约有3000颗恒星分布在大约2100个独立的恒星系统中。这代表比我们可探测的信号到达的距离更远，但包含的恒星不到银河系的0.001%。

(学分：安德鲁·科尔文）

当然，我们现在可以与之通信的恒星，或者可以通过我们创造的电磁信号探测到我们存在的恒星，只代表银河系中所有恒星的一小部分。RECONS合作成立于1994年，旨在对离我们最近的恒星进行普查，已将其搜索扩展到25秒差距（约82光年），并在我们这个距离内发现了大约3000颗恒星。相比之下，银河系内大约有4000亿（400，000，000）颗恒星，这提醒我们，银河系中超过99.999%的潜在文明仍然无法检测到我们的存在。

所有这些都是说，是的，这是真的：我们还没有发现任何智能外星人的迹象。但这不应该阻止我们去看，因为我们只用了很短的时间，用的是相对原始的技术和技术。我们可能已经了解到，目前几乎任何恒星都不太可能拥有智能的、技术先进的文明，但这只是意味着最低垂的树枝上没有果实。如果我们想知道还有谁在那里，我们必须继续寻找，直到我们真正找到一些东西。在生命的大宇宙彩票中，我们不知道赢得任何奖项的几率是多少 - 或者人类是否是抽奖中的大奖 - 直到我们检查了足够的乐透彩票来发现我们最深刻问题的答案。