外星信号找错方向？新研究：修正方法其实很简单

周一 · 知古通今| 周二 · 牧夫专栏

周三 · 视频天象 | 周四 · 观测指南

周五 · 深空探测 | 周六 · 茶余星话 | 周日 · 太空探索

原文作者：Sarah Wild

翻译：尹天任

校对：王婧彧 陈浩

审阅：李宜骅

美编：李鸣晨

后台：李子琦

这是一幅系外恒星系统内系外行星的示意图。新研究表明，外星智慧文明发出的无线电辐射会被其宿主恒星释放的等离子体改变形态，这意味着科学家很可能正在错失地外智慧生命存在的证据。(Image credit: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt, K. Miller (Caltech/IPAC))

几十年来，人类一直在搜寻宇宙，试图捕捉外星文明发出的无线电信号 —— 可到目前为止，外星来客始终没有发来联络。但一项新研究表明，这不代表宇宙中不存在智慧生命。真正阻碍我们收到外星科技信号的另有其因：研究认为，系外行星周边的空间天气，会让人类无法侦测到外星文明发出的技术辐射信号。

这项研究于 3 月 5 日发表在《The Astrophysical Journal》上，为费米悖论提供了一种合理解释。费米悖论的核心疑问是：宇宙如此广袤，存在大量适宜生命生存的行星，人类却从未探测到任何来自外星的人工技术信号。1950 年，物理学家恩里科・费米提出了那个著名的问题：“大家都在哪儿？”

在本次新研究中，科研人员发现，行星所属恒星产生的空间天气，会拓宽理论上存在的外星技术信号，把信号能量分散到更宽的频段，大幅增加探测难度。

搜寻地外文明研究所（SETI）的天文学家、论文第一作者Vishal Gajjar在一份声明中表示：“即便外星信号真实存在，一旦被母星系的空间环境展宽到更宽频段，信号强度就会低于地球上设备的探测下限。这或许能解释，为什么我们搜寻外星技术信号时始终一片寂静。”

天文学家寻找外星生命的主流思路之一，是捕捉极窄频段无线电信号。这类信号在无线辐射信号在图谱上会呈现尖锐峰值，通常仅覆盖几赫兹的频段。

都柏林圣三一学院天文学家Evan Keane并未参与本次研究，他向《Live Science》杂志解释：“自然界不会自发产生这种信号。只要观测到极窄带辐射，就说明信号来源可能就是我们感兴趣的人工技术信号。” 举个例子，人类能轻易捕捉火星漫游车发出的窄带人工信号，可至今没有发现任何明确来自非人类文明的同类信号。

被扭曲的外星信号

这项新研究提出，天文学家此前可能找错了信号形态。研究证实，外星信号会被其母星系周边的恒星空间天气扭曲，这也是人类迟迟探测不到它们的关键原因。

空间天气指恒星释放带电粒子、辐射、日冕物质抛射（巨型等离子团），从而引发的星际环境变化。不只是太阳，其他恒星周边同样会形成各自的空间天气。

Gajjar与 SETI 同事Grayce Brown梳理了历史上地球与各类航天器的通讯数据，包括上世纪 60 年代掠过火星的水手 4 号探测器、1977 年升空、穿越太阳系飞向深空的海盗号探测器。他们整理出规模空前的信号展宽案例数据库，以此推演其他类太阳恒星对系外行星周边环境的影响，进而计算出：如果某颗系外行星发出窄带人工信号，它抵达地球时会变成什么样。

示意图显示：行星发出的无线电信号原本是清晰尖锐的窄脉冲（图左白色波形），但恒星等离子风会将信号扩散、拉伸，最终变成更宽、更微弱的辐射（图右绿色波形）。该研究认为，如果射电天文学家只重点搜寻尖锐的窄脉冲，很容易错过被展宽后的外星信号。(Image credit: Vishal Gajjar)

随后研究团队把研究重点放在红矮星上，也是银河系中最常见的恒星类型，银河系四分之三的恒星都是红矮星，部分自宇宙早期便已诞生，拥有足够漫长的时间演化出高科技智慧文明。

人类目前还没有实测过这类恒星周边的空间天气，因此Gajjar和Brown建立模型，模拟系外行星发出的窄带人工信号穿越星际等离子体时会发生什么。结果发现，这类行星发出的窄带信号极易被空间天气扭曲分散，探测难度进一步上升。

论文作者还搭建了一套计算模型框架，只要输入信号频率、系外行星环绕的恒星类型，就能估算信号会被展宽到什么程度。

这套模型无法彻底解开费米悖论，但为宇宙 “无声” 现象提供了一种可行解释。研究人员在论文中写道：“费米悖论不能简单解释为不存在外星信号发射，同时也反映出人类探测手段存在局限 —— 我们预设的信号形态，和真实抵达地球的外星信号形态完全不符。”

地外文明搜寻领域的一大突破

英国曼彻斯特大学天体物理学家Michael Garrett没有参与本次研究，但他对这项成果给予高度肯定。

他告诉《Live Science》：“这份研究成果扎实可靠，值得所有地外文明搜寻团队、信号处理研究人员重视。论文一大亮点是依托真实观测数据，整合了数十年航天器传回的实测信息。”

不过他也指出，该研究仅聚焦窄带无线电信号，这只是探测外星文明的其中一种思路。Garrett本人的研究方向，则是探索高科技文明大量设备同时外泄、覆盖宽频段的综合无线电辐射。

牛津突破聆听项目 (Breakthrough Listen Oxford Hub) 负责人Andrew Siemion虽未参与本次研究，但长期和 SETI 研究所合作。他评价，这是首篇专门分析系外行星周边环境、以及该环境如何影响信号探测成功率的论文。

他表示：“这项研究给出一套完整、清晰的物理机制，未来若观测到疑似外星信号，能以此判断它是否来自遥远行星系统。”

论文作者建议，未来的地外文明搜寻工作，尤其是新一代的平方公里阵列低频射电望远镜（SKA-Low）这类高灵敏度设备开展观测时，必须将 “信号展宽效应” 纳入考量。

责任编辑：杨宜修

牧夫新媒体编辑部