近日,美国国会就不明飞行物(UFO)现象举行了公开听证会,这是53年来首次。美国国防部称这类现象是不明空中现象(UAP),消息发公布,网友难免将其与外星人联系起来。事实上,大多数现象都可以被合理解释,而剩下的部分则给了人们想象的空间。我们总会发出疑问:人类是浩瀚宇宙中唯一的智慧生命吗?进入20世纪后,人类尝试向宇宙发出信息寻找地外文明,其中最著名的是阿雷西博信息,天文学家将地球的基本信息编成“二维码”广播到宇宙中。最近又有天文学家提出了升级版本——银河信标。不过,是否应主动联系外星人仍是个有争议的问题。 茫茫太空总让人忍不住思考一个深奥的问题:我们地球人是孤独的吗?点点星光处,是其他智慧文明之所吗? 随着科学的发展,人类不止于幻想和遐思,从1900年代初开始试图接收可能的外星文明信号。这还是显得被动,为什么不主动给外星文明发信息? 1958年,美国开始实施先驱者计划(Pioneer program),发射一系列行星探测航天器。其中在1972年和1973年相继发射的先驱者10号和11号最初的目标是探索外太阳系,它们分别成为首个飞过木星和靠近土星的探测器,最终它们将飞出太阳系。美国人在先驱者10号和11号装上了一块镀金铝板(Pioneer plaque),上面刻着有关地球人的一些信息,如果探测器被外星文明捕获,外星人可以通过这块铝板快速了解地球人。铝板上刻画的符号请见下图。
是不是除了裸体男女,别的都不知所云? 除了含义模糊之外,这个铝板能不能被外星人收到,谁也没把握。这个镀金铝板就像漂流瓶,尽管以5万公里的时速离开了太阳系,但相对浩瀚的太空,仍不值一提。 有没有更高效的向外星人发送信号的方式? 有,发送无线电信号,这也是传播速度最快的信号形式。 1963年,美国波多黎各阿雷西博射电望远镜建成,口径为305米,落成后即成为世界上最大的单孔径望远镜,该纪录一直保持到2016年7月,被中国的500米口径球面射电望远镜FAST“中国天眼”所打破。
阿雷西博射电望远镜有一点特殊之处,它装备有3台雷达发射机,用途是向天体发射无线电信号,分析反射回来的信号。 美国天文学家弗兰克·德雷克(Fank Drake)曾提出用阿雷西博望远镜的雷达向太空发射无线电信号,让外星人的天文学家捕获,破解其中的信息,了解到地球人的存在。 发送什么内容呢? 应该发送地球人和外星人都能懂的内容。 这样的内容有吗? 有,科学。 科学适用于全宇宙,外星人如果能发明射电望远镜,一定懂科学。 德雷克在一些人的帮助下,很快设计出了内容,于1974年11月16日,向武仙座球状星团M13发射了一段无线电信号,持续时长169秒,功率450千瓦,信号波长126毫米。 如果M13里真的有外星智慧文明,我们多久能收到回信? 很快,也就5万年吧,因为M13距离地球2.5万光年。 在我们静静等待外星人的回复的时候,不妨欣赏一下,美国天文学家发送了什么信息。 这段信号转化成音频,请你点击,听一听。 对声音比较敏感的读者也许能听出,这段音频有两个音高。我们可以把音高系列记录下来,高音记为0,低音记为1,我们将得到:
共1679个0或1,就是1679比特的信息量。 德雷克希望外星人将这个字符串排列成矩形。将1679做质因子分解,1679=23X73,因此,1679个0或1排列成矩形,只有两种排列方式,23行73列,或73行23列。不过,如果按前者排列,得到的图案是白噪声;如果按后一种方式排列,一个有意义的像素位图便会浮现出来。 那我们看看信息的内容是什么。 为了便于观察,我们做成彩色的。 图4 阿雷西博信息,颜色是用作分类,信息本身没有任何颜色。 先看第一部分,即下图中的白色方块,你能看出表示什么吗?
这是用二进制表示的数字1-10。下面解释一下。 第四行白点是定位符,标记二进制数字的起始点。定位符上面三行,从下往上依次为二进制数的三位:20、21、22;然后跳到下一列,从下往上依次为23、24、25。下图标出二进制与十进制数字的对应: 下一部分,下图中紫色方块部分。 图7 阿雷西博信息第二部分 同样,最下一行是占位符。容易看出,这是5个二进制数,即1、6、7、8、15,这五个数代表DNA所包含的5种化学元素的原子序数,由左至右分别为氢(1)、碳(6)、氮(7)、氧(8)和磷(15)。 再下一部分是12组绿色方块,有了前面的经验,我们可以很快写出每组方块所表示的数字,见下图。 图8 阿雷西博信息第三部分 这些数字是什么意思? 12组绿色方块代表12个分子,对应的5位数字代表分子的组成,即上一段信息中氢、碳、氮、氧和磷五种原子的个数。把分子式写出来,它们是DNA的组成部分:1、3行是脱氧核糖和四种碱基;2、4行是磷酸盐。总结如下: 第1行: 脱氧核糖(C5OH7)、腺嘌呤(C5H4N5)、胸腺嘧啶(C5H5N2O2)、脱氧核糖(C5OH7); 第2行: 磷酸盐(PO4)、磷酸盐(PO4); 第3行: 脱氧核糖(C5OH7)、胞嘧啶(C4H4N3O)、鸟嘌呤( C5H4N5O)、脱氧核糖(C5OH7); 第4行: 磷酸盐(PO4)、磷酸盐(PO4)。 再下一部分,如下图: 图9 阿雷西博信息第四部分 蓝色代表的是DNA双螺旋结构。 中间的白色方块是二进制数,11111111 11110111 11111011 01011110(二进制)=4,294,441,822(十进制),这个巨大的数字什么意思? 它表示人类基因组中碱基的数目。不过,这是1974年的科学认识,现在的科学结果约为30.55亿。 再下一部分,图案如下图: 图10 阿雷西博信息第五部分 红色部分是地球人的形象。左侧水平方向四个白点代表二进制数字1110(十进制为14)。这里横着写是暗示,要用14乘以信号的波长126mm,14 × 126mm = 1,764mm,代表当时美国男人的平均身高。 右边的白色图案为二进制数字,从右下起,000011 111111 110111 111011 111111 110110= 4,292,853,750(十进制),左上角的白点表示最低有效位。这一数字代表1974年地球上的人口总数。 继续往下,即黄色方块部分。
这部分展示的是太阳系,最左边最大的图案代表太阳,右边依次是九大行星(在1974年,冥王星还被归为行星);其中第三位的地球被升高了一格,代表该信息是从地球发出,同时靠近人类形态图案,表示人类生存于地球上。 终于到了最后一部分。 图12 阿雷西博信息第七部分 紫色图案圆弧部分代表发送此信息的阿雷西博望远镜,M形部分为信号反射示意图。水平白色方块为二进制数字,100101 111110= 2,430(十进制),2430 × 126mm =306,180mm,表示望远镜的口镜。 阿雷西博信息释义完毕,大家什么感觉,是恍然大悟还是更加迷糊? 如果你感觉参不透,不用难为情。当年它被设计出来,征询意见的时候,连多位诺贝尔奖得主都看不懂。我们地球人里最聪明的头脑都猜不透的关于自己的信息,外星人得聪明成什么样才能破解得出? 1999年和2003年,天文学家利用叶夫帕托里亚RT-70射电望远镜向太阳系多个邻近恒星发射了无线电信息,称之为宇宙来电(Cosmic Call)。 宇宙来电也是用二进制编码的,与阿雷西博信息一脉相承。它的信息内容比阿雷西博信息更丰富:有数学、物理学、天文学、地理学、生物化学、人体形态、等各领域的知识,并力求做到内容自洽,便于外星人解读;最后还给外星人出了几道题,等待外星人发来答案。内容太多了,这里就不一一解读了,感兴趣的读者,可以参考文后链接[1]。 目前为止,地球人已经向外星人发送了12次信息。 最近,来自美国、英国、荷兰、中国(来自北京师范大学和武汉大学)的科学家,推出了升级版外星信息编码——银河信标(Beacon in the Galaxy,BITG)。银河信标详细内容于3月25日发表在学术期刊Galaxies上[2]。 图13 银河信标项目领导者、加州理工学院蒋红涛教授回国做学术交流 银河信标呈现信息的方式和阿雷西博信息一样,是二进制位图,内容也是局限于自然科学。 银河信标共有十三部分内容,见下图: 图14 银河信标全部内容 数学 第一部分内容是向外星人介绍地球人的数学。 我们地球人通常使用十进制数字,但不能指望外星人也使用十进制数字,但可以大胆推定外星人懂二进制数字。银河信标中按如下方式,用二进制计数法表示出我们地球人使用的十进制计数法。 上图中第一部分,是用三种方式表示数字。 图16 三种方式表示数字, = 0111 = 7 第一种方式是点的个数(如上图是7个点表示7),第二种方式是四位二进制数,第三种方式是人类的数字。三种方式用符号隔开,这个符号就是等于号“=”。 阿拉伯数字0-9在银河信标里表示方法如下:
图中还给出了两位十进制数字的表示方法,比如数字14,表示方法如下: 熟悉了十进制数字的写法,图14下半部分的质数,也就比较容易看懂了。最下面一行是目前已知最大质数,要用到银河信标第二部分内容——一些基本的数学运算符号。
图上涉及的符号如下: 从图上挑出几例,考考你: 图22 银河信标第三部分内容,指数运算 图23 银河信标第四部分内容,方程与函数 图24 银河信标中三个变量 物理 图25 氢原子超精细辐射示意图
化学与生命科学 图28 银河信标第七部分,DNA四种碱基 图29 DNA中四种碱基的结构式 图30 银河信标第八部分,人体 地球特征 图31 银河信标第九部分,太阳系 图33 银河信标第十一部分,地球特征 图34 银河信标第十二部分,邀请外星人回信 图35 银河信标第十三部分(未完全展示),地球的位置坐标(技术细节太繁琐,本文不做介绍。) 图37 中国天眼 图38 美国的艾伦望远镜阵列(ATA)艺术图 图39 《三体II:黑暗森林》封面
图40 大卫·布林(David Brin,1950年10月6日—),美国天文学家、未来学家、NASA顾问、科幻作家。 图41 亚历山大·扎伊采夫(Alexander Zaitsev,1945年5月19日——2021年11月29日),俄罗斯和苏联天文学家和无线电工程师,主要研究雷达天文学设备、近地小行星、外星文明搜索等。 参考资料 [1] https://blog./aliens/dd/intro.html |
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