为何找不到外星人？新研究称恒星空间天气或扰乱其信号传输

IT之家 3 月 8 日消息，据 Space 报道，一项试图解释宇宙为何如此寂静的新研究认为，地外文明探索计划（SETI）至今未能成功找到外星生命，原因可能是其他恒星周围的空间天气，正在干扰外星文明向外发送无线电信息的尝试。

据IT之家了解，“空间天气”指的是恒星风辐射喷发或恒星日冕物质抛射（CME）所产生的电磁扰动。这些事件会将大量等离子体和电子喷射到恒星周围的行星际空间，而等离子体与电子对相干无线电信号来说，就如同克星一般具有破坏作用。

当无线电波与高密度带电粒子区域相互作用时，会产生多种有害影响。例如，从事地外文明探索的科学家们，早已将恒星之间星际介质中的电子色散效应纳入考量。当无线电波在星际空间中遇到电子时，较低频率的无线电波相互作用更强，导致低频信号延迟，比高频信号更晚抵达目的地。包含多种频率的宽带信号会受到这种色散效应的严重影响，这也是为何 SETI 科学家推测，外星文明会转而发送频率更少的窄带信号。

SETI 搜寻窄带信号（带宽仅几赫兹）的另一个原因是：自然界中已知现象不会产生如此高度集中的无线电信号。因此，一旦我们探测到此类信号，基本可以确定它是人造信号。

但在此之前，从未有人量化过恒星活动喷射出的等离子体和电子所带来的影响。如果遥远系外行星上存在科技文明，想要向深空发射信号，其所在恒星系统的空间天气，就可能对信号特征产生负面影响。

美国加州山景城 SETI 研究所的维沙尔 · 加杰尔在一份声明中表示：“SETI 的搜索通常针对极窄信号进行优化。如果信号被其母恒星环境拓宽，即便信号真实存在，也可能低于我们的探测阈值，这或许能解释我们在技术特征搜索中观测到的无线电静默现象。”

空间天气对窄带无线电信号最主要的影响，是一种被称为衍射闪烁的现象。当信号与恒星产生的等离子体相互作用时，会导致信号在更宽的频率范围内被“抹开”。原本仅在少数频率上具有强能量的窄带信号，被分散后能量分布到更多频率上，信号强度随之降低。

不过，发现问题只是第一步。加杰尔与其在 SETI 研究所的同事格雷丝 · 布朗希望更进一步，量化空间天气的影响，以便在 SETI 搜索中更好地消除干扰。

为此，两人首先以太阳系为样本进行量化分析，研究地球与太阳系探测航天器之间的无线电信号。他们校准了太阳风波动与日冕物质抛射对窄带信号的影响，并取时间平均值。随后，他们以太阳为基准，校准空间天气对两类主要恒星周围信号的拓宽效应：类太阳恒星，以及红矮星 —— 红矮星是体积最小、温度最低的恒星，占银河系恒星总数的四分之三。

质量远大于太阳的恒星未被纳入研究，因为它们寿命过短，环绕其运行的行星上没有足够时间演化出科技生命。

为验证观点，加杰尔和布朗模拟了对距离最近的 100 万颗类太阳恒星与红矮星的 SETI 搜索，并结合已知恒星活动数据，加入空间天气影响。

模拟针对 1 吉赫兹附近频段展开搜索，这也是最常用的搜索频段 —— 例如星际氢原子的无线电辐射就在 1.42 吉赫兹。

模拟结果显示：

• 70% 的恒星会使信号频率拓宽超过 1 赫兹
• 30% 的恒星会使信号拓宽超过 10 赫兹，尤以活动剧烈的红矮星最为显著

更严重的是，如果信号发射时恰逢日冕物质抛射，信号拓宽可能超过 1000 赫兹，会让专注于极窄带信号的探测器完全无法识别。

但如今我们已了解这一机制，就可以采取措施降低影响，就像我们能估算星际介质造成的色散程度，或是通过算法消除因发射源行星绕恒星运动产生的频率多普勒漂移一样。

布朗表示：“通过量化恒星活动如何重塑窄带信号，我们可以设计出更匹配实际抵达地球信号的搜索方案，而不只是针对理论上的发射信号。”

66 年来，SETI 持续在宇宙中搜寻科技文明存在的证据，却至今一无所获。例如 1999 年启动的公民科学项目 SETI@home，如今仅剩最后 100 个候选信号，而这些信号被证实为外星信号的希望渺茫。

一些研究者将这一困境称为“大寂静”。而加杰尔与布朗量化的空间天气效应，是否就是原因所在？

研究认为，这至少加剧了大寂静，具体程度取决于宇宙中发射信号的文明数量。不过，就像我们监测太阳与太阳系空间天气一样，技术足够先进、能向宇宙发送信息的外星文明，理应也了解自身恒星的空间天气，并选择在平静期发射信号。

但这一点无法保证，尤其是当发射机长期开启（能耗极高），或是自动发射设备时。加杰尔和布朗提出：宇宙中或许并非“大寂静”，反而充斥着大量信号，只是我们尚未调谐到正确方式去接收它们。

该研究于 3 月 5 日发表在《天体物理学杂志》。