利用射电望远镜,通过电磁波来寻找外星人是一种靠谱的科学方法,SETI计划正是人类试图通过“监听”的方式来发现外星人存在的证据,但这是一种被动的方式。另外一种更加主动的方式就是给外星人发射信息,他们如果收到,就应该给我们回电。这种主动发射信息的方法被称为“Message to the Extra-Terrestrial Intelligence”,简称“METI”,也可以称为“主动SETI”。
人类的第一次METI行为发生在1974年。这一年,阿雷西博射电天文望远镜改造完成,综合性能大幅度提升。为了庆祝,美国人决定给外星人发一条信息出去,这就是著名的“阿雷西博信息”,人类第一次向宇宙宣布我们人类文明的存在。发射阿雷西博信息这件重任落在了我们的老熟人德雷克先生身上,德雷克是相当得激动,立即摩拳擦掌开始了行动。
要向宇宙中发射电磁波信号,想起来似乎很容易,但实际操作起来,必须要确定三个最基本的问题:第一,用什么频率发射?第二,往哪里发射?第三,发射什么样的信号?
第一个问题比较容易解决,那就是用氢波段附近的频率发射信号,之前已经解释过,这是从逻辑上来说最有可能被外星人监听的波段。阿雷西博信息最后决定用的是氢波段频率的三分之二作为发射频率,波长为12.6厘米。
第二个问题稍微难一点。向宇宙中发射无线电信号,以我们现有的技术是做不到全宇宙广播的,因为电磁波的能量会随着距离增大而衰减。为了尽可能发射得远,就必须把能量集中在一个方向上,就像激光,一下把电磁波定向地发射出去。但宇宙实在是太大了,电磁波总是要随着距离的增大而慢慢扩散,能量也随之衰减。银河系中至少有1000多亿颗恒星分布在一个直径10万光年的铁饼形区域中,我们在银河系中随机选择一颗恒星恰好有外星文明的概率比中千万彩票大奖的概率还低。因此,德雷克觉得好不容易有了这么一次发射信号的机会,不应该只选择一颗银河系的恒星来发射,那样中奖的概率太低了。经过一番思考和论证,德雷克决定朝一个叫做“M13”的球状星团(武仙座球状星团)发射信号,这是银河系以外的一个星系,这个球状星团在165光年直径的一个球形区域中分布了大约100多万颗恒星,密度远远超过了银河系的密度,这样就大大增加了中奖概率。M13离地球十分遥远,有25000光年之遥,也就意味着即使有外星人收到了我们的信息,也是25000年以后的事情了。如果他们收到信号之后,再给我们回一个电报,我们还要再等上25000年。也就是说,5万年后的地球人有可能可以和武仙座人建立联系。
第三个问题是最有挑战的问题。我们要发射什么样的信息外星人才能看得懂呢?我们显然不能指望外星人懂任何我们地球上的语言。所以最保险的方式是让外星人能够非常容易地把信号转换成一幅图画。电磁波信号只能由强弱不一的脉冲组成,你可以想象成发电报的滴和答,一个强脉冲表示滴,短脉冲表示嗒。好了,现在如果你是当年的德雷克,你会如何利用这个滴答声来完成一幅图画的创作呢?
让我们来看看德雷克是如何做到的。
首先,他把脉冲的总数量设计为1679个,这个数字只能分解为23和73两个质数的乘积。因此,外星人只能把这段脉冲拆成23行73列,或者反过来73行23列才能刚好断成一个完整的矩形,一个脉冲也不少,一个脉冲也不多。他想外星人连收取电磁波信号的技术都有了,肯定不至于笨到不会试着把这一连串的脉冲断行处理。这里面比较巧妙的是如果外星人断成了23行,那么整个信号就会变成一种白噪声(这是一个术语,简单理解为杂乱无章无规律可循的噪音即可)。如果外星人把他断成73行23列,则会发生一些奇妙的变化,这些看似毫无规律的脉冲信号,只要把滴声(长脉冲)在纸上涂成黑色,嗒声(短脉冲)涂成白色,当然反过来涂色也是一样,只要颜色不同即可,一幅明显有规律的图画就会展现在外星人的面前。我们可以展开我们丰富的想象力,以某个科幻电影为蓝本,想象一下当某个外星人译电员第一次看到这幅图画的情景。
如果你是那个外星人译电员,你会如何解读这幅图像呢?我估计你除了看懂了那个小人以外,其他的啥也没看出来。但是你要想,作为外星人,对人类的外形是完全没有概念的,那个小人的形状在他们眼里跟这幅图画上的任何形状是没有什么区别的。但是很多玄机就藏在这幅神奇的图像当中,让我来逐个解释,你来判断外星人能否成功破译。
图1-15 阿雷西博信息
第一部分:数字
这相当于是整个阿雷西博信息的一个破译指南,人类首先申明了在这幅图画中,我们怎么表达数字。我们认为,不论任何形式的文明,数字的概念是一定存在的,而用数字来沟通是最理想的宇宙语言。从左到右,依次用二进制来表示数字1到10,注意第四行是表示起始位置,后面凡是表达数字的地方都会把第一位打成实心的表示起始位,如果没有这样一根“基线”,就可能产生歧义。把1到10用二进制表示出来,也表示我们人类用的是10进制作为普遍采用的数学基础。
第二部分:五种化学元素
这是宇宙中五种化学元素的原子序数,他们从左到右分别是:氢(1)、碳(6)、氮(7)、氧(8)、磷(15)。我们假定能接收阿雷西博信息的外星人也应该掌握人类在100多年前就掌握的基本化学元素的知识。宇宙中的生命形式再怎么变化,构成这个宇宙的基本化学元素是不会变的,这是宇宙的普适规律。这一部分我们申明了五种人类认为最重要的化学元素。
第三部分:五种元素构成的生命物质——核苷酸
这部分比较复杂,总共有12“堆”小图形,每一堆代表着一个化学分子式,这些化学分子式就是由第二部分的五种基本元素组成的。
第1行:去氧核糖(Deoxyribose,C5OH7)、腺嘌呤(Adenine,C5H4N5)、胸腺嘧啶(Thymine,C5H5N2O2)、去氧核糖(Deoxyribose,C5OH7)
第2行:磷酸盐(Phosphate,PO4)、磷酸盐(Phosphate,PO4)
第3行:去氧核糖(Deoxyribose,C5OH7)、胞嘧啶(Cytosine,C4H4N3O)、鸟嘌呤(Guanine,C5H4N5O)、去氧核糖(Deoxyribose,C5OH7)
第4行:磷酸盐(Phosphate,PO4)、磷酸盐(Phosphate,PO4)
这12种有机分子是人类发现的构成一切生命物质的基础,正是因为在自然界中五种元素奇妙地组合,才形成了地球上千变万化的生命形式。
第四部分:DNA的双螺旋结构
到了第四部分,德雷克描述了DNA的双螺旋结构。正是上面的12种最基本的生命分子,神奇地组合成了双螺旋结构,才诞生了真正的生命。中间的白色部分是一个很大的数字,代表着一个DNA中核苷酸的总数量,也就是4294441823。
第五部分:DNA构成了人类
在这部分中,人类登场了。中间的部分就是一个人的基本形象。左边的那根条形和人等高,中间的浅色部分是一个数字,用来表示人的身高的具体值。这个数字是14。你可能会奇怪,为什么人的身高要写个14?这恰恰是德雷克高明的地方,你想啊,一个物体的长度离不开单位,我们只能给出数字,但是我们无法准确地跟外星人表达单位。所以,为了让外星人对我们表达的身高的这个数字产生实际的意义,就必须以一个我们双方都理解的长度作为参照物。而在这个电磁波中,有一个天然的长度参照物,那就是波长。这是宇宙普适的规律,在地球上我们把这个波长记作12.6厘米,那么外星人不管用什么单位来表示,这个波长都是最好的参照物,我们只要指明人类的身高相对于这个波长的倍数就能让外星人准确地理解我们的身高了。因此,这个数字14表示的是人类的身高是波长12.6厘米的14倍,也就是176.4厘米,这是人类的平均身高。在小人的右边也是一个很大很大的数字,那个数字是4292853750,这是1974年的全球人口数量。
第六部分:太阳系
这部分代表了我们生活在一个有9颗行星的恒星系中,最左边的是太阳,后面依次代表从水星到冥王星的九大行星。其中第三颗行星抬高了一格,一看就比较特殊,那表示我们人类就生活在第三颗行星(地球)上。
第七部分:阿雷西博
这部分就是射电望远镜阿雷西博的简笔画外形。当然,外星人不会知道我们给它取名叫阿雷西博,我们只要告诉外星人我们使用什么样的设备发送了上面的那些信息。下面的部分就如同表示人的身高一样表示了阿雷西博的口径,这个数字是2430,表示阿雷西博的口径是波长的2430倍,也就是306.18米。
以上就是阿雷西博信息的全部内容。想想人类能在毫无线索的情况下破译几千年前的古文字和符号,作为一个能懂得电磁波的文明来说,要破译这个信息应该不是太难的事情。
整个阿雷西博信息是一个逻辑非常严密的表达体系,用到的全是宇宙中普适的规律,我希望各位读者能将各部分综合起来再完整地看一遍这幅图。
首先从最基本的数字概念开始,有了数字我们就能表达宇宙中的元素,有了元素我们就能表达由元素构成的分子,有了分子就能表达生命,有了生命就能表达人类,有了人类就能表达我们生存的星球。最下面是一台射电望远镜,我们就是用它把以上信息向宇宙中的文明传递。这是一组多么的简洁和优美的信息啊!
阿雷西博信息发送之后,人类在1999年、2001年和2003年还有三次大规模的METI行动,这三次行动分别叫做“宇宙呼唤1(Cosmic Call 1)”(俄罗斯)、“青少年信息(Teen Age Message)”(俄罗斯)、“宇宙呼唤2(Cosmic Call 2)”(美国、俄罗斯、加拿大联合发起)。这三次发射的目标离地球都要近得多,都分布在32光年和69光年之内的一些人类认为最有可能有外星人存在的恒星系。最先抵达目标的是“宇宙呼唤2”中的一个发往仙后座Hip 4872恒星的信息,抵达时间是2036年4月份。如果那个恒星系真的有文明存在,且文明程度到达了能接收电磁波信号的程度,那么最快在2068年我们能收到回复。笔者掐指一算,还有希望活到那天(90岁),为了迎接那天的到来,笔者一定要努力活下去的。