第217章 给外星人发坐标（二）

如果你感兴趣的话，Wi-Fi  和微波炉常用的  2.45  吉赫频率对应的波长是  12.2  厘米（即  5  英寸），而微波炉的内部尺寸通常是该波长的整数倍，这样能形成驻波模式，让食物受热更均匀。

相比之下，我们收听的调频（FM）无线电频段的频率约为  “水洞”  区域的十分之一，波长则是其  10  倍  ——  波长大约与人类的身高相当；调幅（AM）无线电的频率约为  “水洞”  的千分之一，波长则是其  1000  倍  ——  相当于一个足球场的大小。

光学频率则走向了另一个极端：频率是  “水洞”  的数千倍，波长则缩小到分子尺度。而波长比原子还小的频段，试图用由原子构成的半导体来产生这类信号，显然是不现实的。

这些信号在真空中的传输特性并无差异，但太空并非完全真空。太空中最常见的物质是氢。中性氢（由一个质子和一个绕其运行的电子组成）的电子能处于多个高于基态的能级，其中两个较低能级之间的能量差仅为  5.9  微电子伏特，对应的光子波长为  21  厘米（频率  1.42  吉赫）。

这种能级跃迁很容易发生，因此在该能量、频率和波长下存在背景噪声。凡是有大量中性氢聚集的区域（银河系中几乎随处可见，尤其是星际介质中以中性原子氢为主的区域  ——  包括温度在  50  至  100  开尔文（与冥王星相当）的冷中性介质（CNM），以及温度在  6000  至  10000  开尔文（与太阳表面相当）的暖中性介质（WNM）），都能检测到这种背景噪声。

温度约  8000  开尔文的热电离介质（WIM）占比甚至超过冷中性介质和暖中性介质的总和，但其发射的并非射电波，而是可见光波段的深红色氢  α  谱线  ——  因此这一频段也不适合用于信号传输。不过也有人认为，在几十到几百光年的短距离内，该频段能避开部分干扰，让信号更易识别。

你可能经常听到关于  21  厘米谱线的讨论，因为我们通常会优先考虑射电波，但用于定向波束和通信激光的光波段，显然也需要考虑被星际介质吸收或作为背景噪声发射的问题。恒星本身会产生多种谱线，我们正是通过这些谱线计算恒星的光谱和红移；而观测恒星诞生的分子云时，也需考虑太空中各种分子的吸收谱线。

在我看来，这些因素并非指明了我们该监听哪些频率，而只是指出了我们（以及外星文明）应该避开的频率。但  “水洞”  和  21  厘米谱线在相关讨论中频繁出现，因此在进入信标主题之前，我觉得有必要先对此进行说明。

接下来谈谈无线电信号的最大可探测距离。我们此前也曾讨论过这一话题，有一种观点认为，人类自身的无线电信号最多只能传播到约  100  光年外，因此我们无法接收到更远距离的外星信号。

这一观点有时会与信号在传播过程中因衰减、扩散，以及穿过嘈杂且不均匀的太空而产生的失真相混淆。我们通常认为日常信号会被压缩（即去除重复模式，并标注  “已去除重复模式”），这使得高带宽、高压缩的信号即便通过我们之前提到的巨型望远镜，也几乎无法被接收。

但对于信标而言，这一点并不重要  ——  因为信标的首要目标是在遥远的距离上被理解，且通常无需进行高带宽、高压缩的详细通信。信标不会压缩数据，因为特意保留那些重复模式，才能让信号从噪声中凸显出来，更易被解码。

毕竟，你完全可以在未压缩的基础信号之后附加一个压缩的次级信号，并在基础信号中说明压缩方式。例如，未压缩信号中可能包含提示：“请切换至另一频率，接收采用如下压缩方式的高数据量压缩信号”。不过这并非适用于所有银河或星系际信标  ——  比如银河定位系统类信标，可能会假定使用者已了解其传输规则和密钥。

有人提出可以将中子星作为天然的定位系统，我们稍后会回到这一话题，但这也恰好能说明  “无线电信号传播距离有限”  的观点并不成立。我们能探测到数百万光年外的中子星，也能通过射电望远镜观测整个银河系乃至其他星系  ——  显然，射电波的传播距离并非受限于  “最大探测范围”。

你也可以通过低密度的传输方式发送信号，比如以莫尔斯电码或二进制的形式，以不会受时空干扰、能在目标传输距离内被解码的低速闪烁信号源。若有需要，还能在恒星周围建造太阳镜，让恒星按选定的频率闪烁，以此传递  0  和  1  的信息。即便恒星每秒仅闪烁一次，每天也能传输  86400  比特的数据  ——  对于简单的信息而言，这已经足够。

我们今天的主题是银河信标，而非星系际信标，但上述传输方式甚至能实现星系间的信号传输，且人类目前的技术已能探测到这类信号。显然，在银河系内传输信号所需的功率会低得多。

此外，信号的传播距离与传输功率的平方根成正比。因此，能探测到十亿光年外超巨星闪烁信号的文明，也能探测到一百万光年外红矮星的闪烁信号，或是一千光年外由小行星建造的、直径与行星相当的信号装置的信号。

所有这些方式，都不及定向发射器的技术复杂度  ——  定向发射器能像灯塔一样，围绕自身轴线旋转，向不同方向发射单一频率的辐射信号，从而极大地提升信号的传播距离。

因此，毫无疑问，人类凭借现有技术就能建造这类信标（尽管对我们而言难度极大）；由此我们也能推断，外星文明理应掌握相关技术，且会认为与我们技术水平相当的文明，也具备探测这类信标的能力。

现在我们来具体介绍信标的类型。第一种是教学类信标，这类信标的设计目的是帮助技术水平较低的文明发展。在  SETI  计划早期，这类信标曾是重点搜寻目标  ——  直到人们发现并未找到此类信号。

当时的思路是：如果外星文明有能力抵达地球，却显然选择不这么做，那么他们的意图不可能是恶意的，也不会是过度干预型的。他们要么是无法殖民整个宇宙，要么是有能力却选择不干涉人类，既没有早早将我们消灭，也没有将我们纳入他们的  “保护”  之下。

这一点对  SETI  计划至关重要，因为常有反对者以  “回应  SETI  信号可能引来敌对外星文明”  为由抨击该计划  ——  这与  “黑暗森林理论”  及相关观点一致，该理论认为银河系很可能是一个黑暗、充满敌意的地方，文明应保持沉默，而非向  “捕食者”  宣告自身存在。

我们此前也曾制作过视频分析黑暗森林理论为何站不住脚，其中一个核心论据是：任何能派遣舰队抵达地球的外星文明，必然也能派遣殖民舰队，甚至只需发射低成本探测器，就能观测到这颗绿意盎然的星球，以及过去几千年里出现的直线型运河和道路。他们无需等待我们发出信标  ——  早已知道这里有一颗存在生命的行星。这也是为何针对地球的信标可能会采用定向波束（以节省功率）。

如果他们通过波束以  365  像素的分辨率绘制出太阳系中的地球图像，结合地球  365  天的公转周期，我们很容易就能意识到这一信号是专门针对我们的。因此，我们无需花费时间纠结是否该回复，也不必担心回复会暴露自身存在。

这类信标可能会向我们传输海量的科学和哲学知识。我们接下来要讨论的其他类型的信标，本质上也属于特殊的教学类信标，但这正是  SETI  计划早期研究者们期望找到的信号类型  ——  直到一次次的搜寻落空。

尤其是在人类登月之前、核武器储备开始增加的那段时期，有一大批研究者认为，费米悖论的答案很简单：星际旅行和殖民是不切实际的；且更具侵略性或  “邪恶”  的文明往往会自我毁灭，因此最终留存下来的要么是天性仁慈的文明，要么是在核战争等残酷经历中学会变得仁慈的文明。

这一观点在那一时期的科幻作品中随处可见，也对  SETI  研究社群产生了深远影响  ——  人们设想银河系中遍布和平的外星文明，他们尊重生命、希望生命得以延续，因此会建造巨型信标，传输知识，帮助其他文明生存并变得成熟。

其他例子还包括：外星文明可能通过信标发送建造超波发生器的指令，让原始文明能够接收超光速传输的信号，接入  “银河互联网”。你当然可以坐等其他文明自行研发出这项技术，但考虑到你的目标是阻止他们核平自身、破坏行星环境，或是释放危险的人工智能，等到人类研发出目前毫无头绪的技术时再干预，时机显然太晚了。


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