“紅岸基地”不止是科幻：在電波中，我們尋找外星文明

電視劇《三體》中“亦真亦幻”的紅岸基地，并不完全是作者的虛構(gòu)?，F(xiàn)實(shí)中的天文學(xué)家，早在數(shù)十年前就試圖與外星文明取得聯(lián)系……

撰文/記者 段然 圖文編輯/丁林

采訪專家/李然（中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員）

“每當(dāng)夜深人靜的時(shí)候，我總是一個(gè)人待在空曠的監(jiān)聽(tīng)室。耳機(jī)中傳來(lái)來(lái)自宇宙沒(méi)有生命的噪音。那噪音，隱隱約約的，好像比星星還永恒。有時(shí)候又覺(jué)得那聲音像雷達(dá)峰上沒(méi)完沒(méi)了的寒風(fēng)，讓我感到很冷。那種孤獨(dú)，真是沒(méi)法形容?！?/p>

——葉文潔（《三體》人物）

近期，根據(jù)劉慈欣同名科幻小說(shuō)改編的電視劇《三體》播出，引起了科幻愛(ài)好者的熱烈討論。該劇基于原著中的基本脈絡(luò)，用具象化的影視語(yǔ)言將《三體》的世界比較完整地呈現(xiàn)在觀眾眼前，讓不少原著粉大呼過(guò)癮。其中，劇集對(duì)于“紅岸基地”場(chǎng)景的精準(zhǔn)刻畫尤其令人驚嘆——

風(fēng)雪中巍峨的雷達(dá)峰，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的巨大射電天線，基地內(nèi)來(lái)回穿梭的軍人……高能量電磁波對(duì)空發(fā)射時(shí)四周風(fēng)云突變，冰雪瞬間消融，飛鳥成群墜地，不禁讓觀眾產(chǎn)生“紅岸工程真的存在過(guò)”的錯(cuò)覺(jué)。

▲電視劇《三體》中出現(xiàn)的紅岸基地巨大的射電天線（圖片來(lái)源：電視劇《三體》）

在大劉構(gòu)建的三體世界里，“紅岸基地”是我國(guó)為探索外星文明開(kāi)展的絕密國(guó)防工程。該基地?fù)碛幸慌_(tái)巨大的射電天線，通過(guò)定期發(fā)射高功率電磁波向外太空傳遞地球的信息，同時(shí)也全天候監(jiān)聽(tīng)來(lái)自深空的電波信息。

雖然紅岸基地只是科幻文學(xué)中的虛構(gòu)，但在現(xiàn)實(shí)世界中，探索外星文明并非一個(gè)新話題——利用電磁波開(kāi)展外星文明的搜尋工作，已經(jīng)持續(xù)了幾十年。

人類真的孤獨(dú)嗎？在浩瀚的宇宙中，人類是獨(dú)一無(wú)二的智慧生命嗎？從人類探索宇宙的故事開(kāi)始之時(shí)，這個(gè)問(wèn)題就不斷刺激著先驅(qū)者們的想象力。當(dāng)人們還只能用簡(jiǎn)單的光學(xué)器材觀測(cè)太陽(yáng)系天體時(shí)，就曾有人大膽猜測(cè)：或許在火星、金星和一些更遙遠(yuǎn)的行星上，生活著與人類相近的智慧生物。但隨著人類科研能力的飛速增長(zhǎng)，“太陽(yáng)系其他星球存在生命”的可能性也逐步歸零——地球真的是太陽(yáng)系中絕無(wú)僅有的存在！既然如此，太陽(yáng)系之外的其他恒星系統(tǒng)中，是否能孕育生命，乃至發(fā)展出高度的文明呢？

如今我們知道，孕育生命與文明的太陽(yáng)系只是宇宙中“路人”般的存在。上世紀(jì)50年代，美國(guó)物理學(xué)家費(fèi)米就提出這樣的觀點(diǎn)：僅銀河系中就有大約2500億顆恒星，而整個(gè)宇宙中恒星的規(guī)模更大。即使產(chǎn)生智慧生命的概率極低，但考慮到恒星數(shù)量之巨，茫茫宇宙中也應(yīng)該存在數(shù)量龐大的外星文明。

▲位于佳木斯的66米深空探測(cè)站，被認(rèn)為是“紅岸基地”的原型之一，該探測(cè)站曾多次參與中國(guó)探月工程（圖片來(lái)源：中國(guó)軍網(wǎng)）

“探索外星生命可分為幾個(gè)層次、階段。首先是探索地外類地行星；其次是探索這些行星上是否存在生命；然后才是探索這些生命是否能發(fā)展出文明形態(tài)?！敝袊?guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員李然向記者解釋。

宇宙浩瀚，如何探索遙遠(yuǎn)的系外行星呢？《三體》中已經(jīng)給出了答案——除了恒星發(fā)出的可見(jiàn)光外，宇宙中還存在著由天體發(fā)出的無(wú)線電波，這些肉眼看不到的電波，蘊(yùn)含著宇宙中海量的信息。

聆聽(tīng)太空深處

人類在上世紀(jì)30年代開(kāi)始發(fā)展的射電望遠(yuǎn)鏡，突破了傳統(tǒng)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的局限。由于受光照與氣候的影響較小，射電望遠(yuǎn)鏡能夠全天候、不間斷地“仰望星空”，收集宇宙?zhèn)鱽?lái)的無(wú)線電信息。由此催生的射電天文學(xué)，極大拓展了人類對(duì)宇宙的認(rèn)知深度。
巨大的拋物面天線是射電望遠(yuǎn)鏡的典型特征。上世紀(jì)美國(guó)建造的阿雷西博望遠(yuǎn)鏡，我國(guó)在2016年建成的“中國(guó)天眼”FAST望遠(yuǎn)鏡，都是射電望遠(yuǎn)鏡中的翹楚。借助射電望遠(yuǎn)鏡，科學(xué)家得以接收到來(lái)自遙遠(yuǎn)恒星、脈沖星、類星體等天體以及宇宙背景輻射的電磁波。當(dāng)然，理論上它們也能接收到外星文明發(fā)出的信息。

“一開(kāi)始，天文學(xué)界是利用射電望遠(yuǎn)鏡去研究宇宙中的射電輻射。如果外星生命與地球人一樣發(fā)展出高度發(fā)達(dá)的文明形態(tài)，他們就有通信的需要，并有能力向宇宙發(fā)射無(wú)線電信號(hào)。理論上講，借助射電望遠(yuǎn)鏡，我們有可能被動(dòng)地接收到來(lái)自外星文明的信息?！崩钊唤榻B道。

因此，射電天文學(xué)在誕生20多年后，就開(kāi)始應(yīng)用于外星文明探索領(lǐng)域。1960年，美國(guó)天文學(xué)家弗蘭克·德雷克組織了雄心勃勃的“奧茲瑪”計(jì)劃，利用位于西弗吉尼亞州的一臺(tái)26米口徑射電望遠(yuǎn)鏡，搜索太陽(yáng)系附近的外星文明信號(hào)——這是人類有史以來(lái)第一次有組織地利用射電望遠(yuǎn)鏡探索地外星文明。

▲“奧茲瑪”計(jì)劃采用了美國(guó)綠堤天文臺(tái)的26米口徑射電望遠(yuǎn)鏡監(jiān)聽(tīng)外星文明訊息（圖片來(lái)源：美國(guó)國(guó)家射電天文臺(tái)）

電視劇《三體》中，紅岸基地的主體就是一臺(tái)典型的射電望遠(yuǎn)鏡，其巨大的拋物面天線可根據(jù)需要轉(zhuǎn)動(dòng)到不同觀測(cè)區(qū)域。在基地監(jiān)聽(tīng)室里，葉文潔不分晝夜地聆聽(tīng)宇宙中如蟬鳴般的無(wú)線電信息。

而在現(xiàn)實(shí)中，天文學(xué)家1972年開(kāi)展了“奧茲瑪”計(jì)劃的二期工程，他們擴(kuò)展了射電望遠(yuǎn)鏡的探測(cè)頻道和范圍，對(duì)距離地球80光年內(nèi)的600多顆恒星進(jìn)行了為期數(shù)年的監(jiān)聽(tīng)，結(jié)果卻是一無(wú)所獲。

“這種探索方式存在兩大困難：一個(gè)是射電望遠(yuǎn)鏡規(guī)模要足夠大，有足夠強(qiáng)的探測(cè)能力；另外是要從接收到的無(wú)線電信號(hào)中，分辨出哪些是天體發(fā)出的信號(hào)，哪些是地外文明發(fā)出的信號(hào)?！崩钊徽f(shuō)。“奧茲瑪”計(jì)劃的科學(xué)家們顯然高估了監(jiān)聽(tīng)到外星文明信號(hào)的概率，現(xiàn)實(shí)世界永遠(yuǎn)比紙面上的理論推動(dòng)復(fù)雜得多。“銀河系里有上千億顆恒星，這些恒星系統(tǒng)里有多少有可能存在智慧生命，很難判斷。對(duì)所有恒星系統(tǒng)開(kāi)展深度射電觀測(cè)，是極為困難的。這種工程量，目前沒(méi)有哪個(gè)國(guó)家能夠做到。”

向宇宙發(fā)出呼喚

除了“守株待兔”式被動(dòng)監(jiān)聽(tīng)，人類也嘗試過(guò)主動(dòng)向宇宙發(fā)送無(wú)線電信號(hào)?！度w》中的紅岸基地除了監(jiān)聽(tīng)部外，另一個(gè)重要的部分是發(fā)射部。電視劇中，紅岸基地會(huì)定時(shí)地向宇宙發(fā)送信號(hào)：高功率電磁波刺破山頂?shù)脑葡?，甚至?duì)大氣都產(chǎn)生了擾動(dòng)，附近的冰雪快速消融……在現(xiàn)實(shí)中，人類曾先后向太空中的不同方位發(fā)射了12次信息。其中，“最早吃螃蟹”的人，還是弗蘭克·德雷克。1974年，位于波多黎各的阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡剛剛完成改造。德雷克提出，用該望遠(yuǎn)鏡的三臺(tái)發(fā)射機(jī)，主動(dòng)向地外星系發(fā)射無(wú)線電信號(hào)，以期擁有高等文明的外星生物能夠接收到。當(dāng)年11月16日，德雷克團(tuán)隊(duì)向距離地球25000光年的武仙座球狀星團(tuán)M13發(fā)射了一段持續(xù)169秒的無(wú)線電信號(hào)。

▲2020年10月，阿雷西博望遠(yuǎn)鏡發(fā)生坍塌（圖片來(lái)源：《科學(xué)》）

人類向著深空發(fā)出的這一聲“呼喚”，功率為450千瓦。在銀河系的龐大尺度上，這實(shí)在是微不足道的存在。蘇聯(lián)天文學(xué)家尼古拉·卡達(dá)謝夫曾根據(jù)能夠用于通信的功率來(lái)劃分文明的等級(jí)，其中最低等的I型文明，能夠調(diào)度與整個(gè)地球輸出功率相當(dāng)?shù)哪芰坑糜谕ㄐ?，其?shù)量級(jí)大概在1016瓦。與之相比，靠著區(qū)區(qū)450千瓦的功率向外星文明傳遞地球的信息，這是天方夜譚嗎？“電磁波信號(hào)雖然隨著距離而衰減，但并不會(huì)完全消失。能否被接收到，并不完全取決于發(fā)射功率，還取決于外星文明的接收能力?！崩钊唤忉尩?。

在《三體》中，為了將“人類與外星人建立通信聯(lián)絡(luò)”的設(shè)定合理化，大劉開(kāi)了不少腦洞，例如讓葉文潔無(wú)意中發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)可以作為無(wú)線電波放大器，通過(guò)向太陽(yáng)發(fā)射電波，將更強(qiáng)的信號(hào)發(fā)送到其他恒星系統(tǒng)?！暗@是一個(gè)滿足劇情需要的科幻設(shè)定，在現(xiàn)實(shí)中是行不通的。向太陽(yáng)發(fā)送無(wú)線電波，無(wú)法產(chǎn)生小說(shuō)中那種效應(yīng)?！崩钊徽f(shuō)。

▲電視劇《三體》中在監(jiān)聽(tīng)室工作的葉文潔（圖片來(lái)源：電視劇《三體》）

又比如，為了讓地球人與外星人能夠順利溝通，葉文潔還受命創(chuàng)建了一套無(wú)線電信息自譯解系統(tǒng)——她利用“宇宙通用”的基本數(shù)學(xué)和物理原理,建立了一個(gè)基本的語(yǔ)言元碼系，那些能夠理解基本數(shù)學(xué)原理的文明，都能快速將接收到的信息進(jìn)行解譯并理解。

但在李然看來(lái)，要實(shí)現(xiàn)與另一種智慧生命的溝通與交流，目前來(lái)看，圖像是最好的辦法?！巴庑俏拿骺赡軓膱D像中找到可以直接理解的信息，比如一個(gè)天體的外貌，一個(gè)生命體的輪廓等?！?/p>

至今仍在宇宙中飛馳的阿雷西博信息，就是用1679個(gè)二進(jìn)制數(shù)字構(gòu)成的幾幅簡(jiǎn)單圖案，包括數(shù)字、DNA元素、人類外形、太陽(yáng)系構(gòu)成等關(guān)鍵信息。與人類目前的技術(shù)水平相比，《三體》中設(shè)想的自譯解系統(tǒng)還是有些過(guò)于天馬行空了。

▲1974年阿雷西博望遠(yuǎn)鏡向太空發(fā)射的無(wú)線電信號(hào)（圖片來(lái)源：www.fuseworks.it）

其實(shí)，從最初的“奧茲瑪”計(jì)劃、“獨(dú)眼神”計(jì)劃，到后來(lái)的“阿雷西博信息”、HRMS計(jì)劃、“宇宙呼喚”計(jì)劃、“鳳凰”計(jì)劃，人類利用射電望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行外星文明探索，迄今已有60多年的歷史，但到目前為止，我們還沒(méi)有找到外星文明的任何蛛絲馬跡。人類大張旗鼓地試圖與外星文明建立聯(lián)系，是否會(huì)如霍金生前所警告的，或者《三體》中“黑暗森林”理論所表述的那樣，反而對(duì)自身構(gòu)成巨大威脅？“不要回答”的劇情會(huì)不會(huì)走進(jìn)現(xiàn)實(shí)，我們還無(wú)法知道，但人類對(duì)宇宙的認(rèn)知疆界，未來(lái)必將不斷繼續(xù)拓展下去。

出品：科普中央廚房

監(jiān)制：北京科技報(bào) | 北科傳媒

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