為了讓外星人了解地球信息，他們拼命想出了這些“亂碼”

近日，美國國會就不明飛行物（UFO）現象舉行了公開聽證會，這是53年來首次。美國國防部稱這類現象是不明空中現象（UAP），消息發公布，網友難免將其與外星人聯系起來。事實上，大多數現象都可以被合理解釋，而剩下的部分則給了人們想象的空間。我們總會發出疑問：人類是浩瀚宇宙中唯一的智慧生命嗎？進入20世紀后，人類嘗試向宇宙發出信息尋找地外文明，其中最著名的是阿雷西博信息，天文學家將地球的基本信息編成“二維碼”廣播到宇宙中。最近又有天文學家提出了升級版本——銀河信標。不過，是否應主動聯系外星人仍是個有爭議的問題。

撰文 | 瞿立建

茫茫太空總讓人忍不住思考一個深奧的問題：我們地球人是孤獨的嗎？點點星光處，是其他智慧文明之所嗎？

隨著科學的發展，人類不止于幻想和遐思，從1900年代初開始試圖接收可能的外星文明信號。這還是顯得被動，為什么不主動給外星文明發信息？

1958年，美國開始實施先驅者計劃（Pioneer program），發射一系列行星探測航天器。其中在1972年和1973年相繼發射的先驅者10號和11號最初的目標是探索外太陽系，它們分別成為首個飛過木星和靠近土星的探測器，最終它們將飛出太陽系。美國人在先驅者10號和11號裝上了一塊鍍金鋁板（Pioneer plaque），上面刻著有關地球人的一些信息，如果探測器被外星文明捕獲，外星人可以通過這塊鋁板快速了解地球人。鋁板上刻畫的符號請見下圖。

圖1 先驅者鍍金鋁板

是不是除了裸體男女，別的都不知所云？

除了含義模糊之外，這個鋁板能不能被外星人收到，誰也沒把握。這個鍍金鋁板就像漂流瓶，盡管以5萬公里的時速離開了太陽系，但相對浩瀚的太空，仍不值一提。

有沒有更高效的向外星人發送信號的方式？

有，發送無線電信號，這也是傳播速度最快的信號形式。

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阿雷西博信息

1963年，美國波多黎各阿雷西博射電望遠鏡建成，口徑為305米，落成后即成為世界上最大的單孔徑望遠鏡，該紀錄一直保持到2016年7月，被中國的500米口徑球面射電望遠鏡FAST“中國天眼”所打破。

圖2 阿雷西博射電望遠鏡與中國天眼口徑對比

阿雷西博射電望遠鏡有一點特殊之處，它裝備有3臺雷達發射機，用途是向天體發射無線電信號，分析反射回來的信號。

美國天文學家弗蘭克·德雷克（Fank Drake）曾提出用阿雷西博望遠鏡的雷達向太空發射無線電信號，讓外星人的天文學家捕獲，破解其中的信息，了解到地球人的存在。

圖3 弗蘭克·德雷克（Frank Drake，1930年5月28日－），美國天文學家，積極推動搜尋地外文明計劃（SETI）。圖中黑板上為以他名字命名的德雷克方程，用于推測銀河系內可以和我們接觸的外星智慧文明數量。

發送什么內容呢？

應該發送地球人和外星人都能懂的內容。

這樣的內容有嗎？

有，科學。

科學適用于全宇宙，外星人如果能發明射電望遠鏡，一定懂科學。

德雷克在一些人的幫助下，很快設計出了內容，于1974年11月16日，向武仙座球狀星團M13發射了一段無線電信號，持續時長169秒，功率450千瓦，信號波長126毫米。

如果M13里真的有外星智慧文明，我們多久能收到回信？

很快，也就5萬年吧，因為M13距離地球2.5萬光年。

在我們靜靜等待外星人的回復的時候，不妨欣賞一下，美國天文學家發送了什么信息。

這段信號轉化成音頻，請你點擊，聽一聽。

Arecibo_message音頻：00:0002:47

對聲音比較敏感的讀者也許能聽出，這段音頻有兩個音高。我們可以把音高系列記錄下來，高音記為0，低音記為1，我們將得到：

000000101010100000000000010100000101000000010010001000100010010110010……

共1679個0或1，就是1679比特的信息量。

德雷克希望外星人將這個字符串排列成矩形。將1679做質因子分解，1679=23X73，因此，1679個0或1排列成矩形，只有兩種排列方式，23行73列，或73行23列。不過，如果按前者排列，得到的圖案是白噪聲；如果按后一種方式排列，一個有意義的像素位圖便會浮現出來。

那我們看看信息的內容是什么。

為了便于觀察，我們做成彩色的。

圖4 阿雷西博信息，顏色是用作分類，信息本身沒有任何顏色。

先看第一部分，即下圖中的白色方塊，你能看出表示什么嗎？

圖5 阿雷西博信息第一部分

這是用二進制表示的數字1-10。下面解釋一下。

第四行白點是定位符，標記二進制數字的起始點。定位符上面三行，從下往上依次為二進制數的三位：20、21、22；然后跳到下一列，從下往上依次為23、24、25。下圖標出二進制與十進制數字的對應：

圖6 阿雷西博信息中二進制數字表示的1-10這10個數字

下一部分，下圖中紫色方塊部分。

圖7 阿雷西博信息第二部分

同樣，最下一行是占位符。容易看出，這是5個二進制數，即1、6、7、8、15，這五個數代表DNA所包含的5種化學元素的原子序數，由左至右分別為氫（1）、碳（6）、氮（7）、氧（8）和磷（15）。

再下一部分是12組綠色方塊，有了前面的經驗，我們可以很快寫出每組方塊所表示的數字，見下圖。

圖8 阿雷西博信息第三部分

這些數字是什么意思？

12組綠色方塊代表12個分子，對應的5位數字代表分子的組成，即上一段信息中氫、碳、氮、氧和磷五種原子的個數。把分子式寫出來，它們是DNA的組成部分：1、3行是脫氧核糖和四種堿基；2、4行是磷酸鹽。總結如下：

再下一部分，如下圖：

圖9 阿雷西博信息第四部分

藍色代表的是DNA雙螺旋結構。

中間的白色方塊是二進制數，11111111 11110111 11111011 01011110（二進制）=4,294,441,822（十進制），這個巨大的數字什么意思？

它表示人類基因組中堿基的數目。不過，這是1974年的科學認識，現在的科學結果約為30.55億。

再下一部分，圖案如下圖：

圖10 阿雷西博信息第五部分

紅色部分是地球人的形象。左側水平方向四個白點代表二進制數字1110（十進制為14）。這里橫著寫是暗示，要用14乘以信號的波長126mm，14 × 126mm = 1,764mm，代表當時美國男人的平均身高。

右邊的白色圖案為二進制數字，從右下起，000011 111111 110111 111011 111111 110110= 4,292,853,750（十進制），左上角的白點表示最低有效位。這一數字代表1974年地球上的人口總數。

繼續往下，即黃色方塊部分。

圖11 阿雷西博信息第六部分

這部分展示的是太陽系，最左邊最大的圖案代表太陽，右邊依次是九大行星（在1974年，冥王星還被歸為行星）；其中第三位的地球被升高了一格，代表該信息是從地球發出，同時靠近人類形態圖案，表示人類生存于地球上。

終于到了最后一部分。

圖12 阿雷西博信息第七部分

紫色圖案圓弧部分代表發送此信息的阿雷西博望遠鏡，M形部分為信號反射示意圖。水平白色方塊為二進制數字，100101 111110= 2,430（十進制），2430 × 126mm =306,180mm，表示望遠鏡的口鏡。

阿雷西博信息釋義完畢，大家什么感覺，是恍然大悟還是更加迷糊？

如果你感覺參不透，不用難為情。當年它被設計出來，征詢意見的時候，連多位諾貝爾獎得主都看不懂。我們地球人里最聰明的頭腦都猜不透的關于自己的信息，外星人得聰明成什么樣才能破解得出？

1999年和2003年，天文學家利用葉夫帕托里亞RT-70射電望遠鏡向太陽系多個鄰近恒星發射了無線電信息，稱之為宇宙來電（Cosmic Call）。

宇宙來電也是用二進制編碼的，與阿雷西博信息一脈相承。它的信息內容比阿雷西博信息更豐富：有數學、物理學、天文學、地理學、生物化學、人體形態、等各領域的知識，并力求做到內容自洽，便于外星人解讀；最后還給外星人出了幾道題，等待外星人發來答案。內容太多了，這里就不一一解讀了，感興趣的讀者，可以參考文后鏈接[1]。

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銀河信標

目前為止，地球人已經向外星人發送了12次信息。

最近，來自美國、英國、荷蘭、中國（來自北京師范大學和武漢大學）的科學家，推出了升級版外星信息編碼——銀河信標（Beacon in the Galaxy，BITG）。銀河信標詳細內容于3月25日發表在學術期刊Galaxies上[2]。

圖13 銀河信標項目領導者、加州理工學院蔣紅濤教授回國做學術交流

銀河信標呈現信息的方式和阿雷西博信息一樣，是二進制位圖，內容也是局限于自然科學。

銀河信標共有十三部分內容，見下圖：

圖14 銀河信標全部內容

數學

第一部分內容是向外星人介紹地球人的數學。

我們地球人通常使用十進制數字，但不能指望外星人也使用十進制數字，但可以大膽推定外星人懂二進制數字。銀河信標中按如下方式，用二進制計數法表示出我們地球人使用的十進制計數法。

圖15 銀河信標第一部分內容，數字

上圖中第一部分，是用三種方式表示數字。

阿拉伯數字0-9在銀河信標里表示方法如下：

圖17 銀河信標里表示十進制數字0-9

圖中還給出了兩位十進制數字的表示方法，比如數字14，表示方法如下：

圖18 數字14，省略了二進制表示方法，以節省空間。

熟悉了十進制數字的寫法，圖14下半部分的質數，也就比較容易看懂了。最下面一行是目前已知最大質數，要用到銀河信標第二部分內容——一些基本的數學運算符號。

圖19 銀河信標第二部分內容，數學運算

圖上涉及的符號如下：

圖20 銀河信標中基本數學運算符號

從圖上挑出幾例，考考你：

圖21 銀河信標中數學運算舉例

上面四式分別表示：4×3=12，1?2=?1，3÷2=1.5，1÷9=0.1111。

現在，對這些符號是不是有感覺了？那么，你看下圖，是不是一下能看懂？

圖22 銀河信標第三部分內容，指數運算

對，這是指數運算。

再下一步分是方程與函數。

圖23 銀河信標第四部分內容，方程與函數

圖中定義了三個變量，設分別對應a，b，c：

圖24 銀河信標中三個變量

物理

向外星人介紹完數學，然后開始介紹物理學。

首先介紹物理量的單位。外星人會用我們地球人的國際單位制SI嗎？

不太可能，連我們地球人都還沒能統一單位制。

我們必須要用宇宙普適常量定義單位。銀河信標選擇了氫原子光譜。

氫元素是宇宙中最多的元素，外星智慧文明一定能將氫原子研究得很清楚，不僅懂氫原子由一個質子和一個環繞質子的電子組成，還懂氫原子的超精細譜線。

氫原子處于基態時，質子和電子的自旋有兩種狀態，平行或反平行。這兩種狀態能量略有差別，前者略高于后者，氫原子從前者躍遷到后者時，會有輻射，這就是氫原子的超精細譜線，波長約為21cm，頻率約為1420MHz。

質子和電子的自旋從平行變成反平行，這一躍遷發生的概率極低，因此，氫原子超精細譜線在地球上的實驗室里無法看到，但星際介質中的天然氫原子含量相當大，可以發出超精細輻射，并被射電望遠鏡觀測到。外星天文學家也應當能熟知這條譜線。

圖25 氫原子超精細輻射示意圖

銀河信標通過以下信息，向外星文明約定了長度和時間單位，分別是氫原子超精細譜線的波長和周期。

圖26 銀河信標第五部分，利用氫原子超精細輻射定義時間和長度單位

圖23中右下角，該圖案表示的是，質子和電子的自旋由平行狀態躍遷到反平行狀態，并釋放輻射。

大家應該有經驗看懂這種圖了吧？對照著右邊的英文提示，應該不難猜出后面各符號的含義。

圖23中最后一條信息值得說一下，這是時間戳，即信息發送時間。地球人和外星人紀元不同，如何說明時間？好在，地球人和外星人可以找到一個共同的時間起點——大爆炸。圖中最后一條信息說的就是，大爆炸之后4.355X1017秒的時候，地球發送此信息。

化學與生命科學

銀河信標下一部分開始談化學元素。下圖中的信息為氫原子光譜和幾種化學元素的原子序數。

圖27 銀河信標第六部分，氫原子光譜和化學元素

有了以上數學、物理、化學知識，就可以呈現關于地球生命遺傳物質的基本單元——DNA的四種堿基。根據上圖中的化學元素符號，結合圖26地球人正常的DNA結構式，不難看懂銀河信標里四種堿基的表示方式。

圖28 銀河信標第七部分，DNA四種堿基

圖29 DNA中四種堿基的結構式

DNA的雙螺旋結構對于其遺傳功能至關重要。下圖呈現的是地球人男女的體型和DNA雙螺旋結構。

圖30 銀河信標第八部分，人體

地球特征

銀河信標然后直觀地呈現了太陽系、地球地圖。

圖31 銀河信標第九部分，太陽系

圖32 銀河信標第十部分，地球地圖

圖33 銀河信標第十一部分，地球特征

銀河信標第十一部分展示了地球特征，如圖30所示，地球有陸地、海洋、大氣，人生活在陸地上，陸地上有山，最高高于海平面8848米，海洋最深處11000米。圖上還標出了陸地、海洋、大氣中一些物質組成。

最后，邀請外星人與地球人聯系，聯系頻率2380MHz。最后還給出了地球的位置坐標。

圖34 銀河信標第十二部分，邀請外星人回信

圖35 銀河信標第十三部分（未完全展示），地球的位置坐標（技術細節太繁瑣，本文不做介紹。）

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發還是不發？

銀河信標只是設計出來了，尚未發送。

從哪里發送？

第一個向外星發送無線電信息的阿雷西博望遠鏡，于2020年12月1日在退役前夕徹底損毀。

圖36 阿雷西博望遠鏡被毀后的慘狀

好在地球上還有兩臺設備，可以承擔聯系外星人的重任，一個是 “中國天眼”；另一個是美國的艾倫望遠鏡陣列（Allen Telescope Array，ATA），占地1公頃，也曾稱為公頃望遠鏡。

圖37 中國天眼

圖38 美國的艾倫望遠鏡陣列（ATA）藝術圖

不過，中國天眼和艾倫望遠鏡陣列都只能接收信號，而不能發送信號。將望遠鏡施加改造，裝備上發射信息的雷達，難度不大。改造之后，這兩個天文裝置都能向銀河系中最可能存在智慧生命的天域發射信號。

另一個關鍵問題是，發還是不發？

盡管天文學家已經多次向可能存在的外星文明發送信息，但一直有聲音反對這種活動。

向可能存在的外星人主動發送信息，有可能純屬白費人力、物力、財力。這還算不了什么，更嚴重的是，可能招致危險。

圖39 《三體II：黑暗森林》封面

這種危險體現在中國著名科幻作家劉慈欣在小說中提出的“黑暗森林法則”：

宇宙就像是一座黑暗森林，每個文明都是帶槍的獵人，像幽靈般潛行于林間，輕輕撥開樹枝探索外界，同時竭力不發出腳步聲隱藏行蹤，因為林中到處都有與他一樣潛行的獵人。如果他發現了別的生命不管是不是獵人，不管是天使還是魔鬼，能做的只有一件事：開槍消滅之，在這片森林中，他人就是地獄，永恒的威脅來源、任何暴露自己存在的生命都將很快被消滅。

小說家言，不足為憑。但也有聲望卓著的科學家表示，主動聯系外星人很危險。

史蒂芬·霍金曾在一個電視節目中說，不要聯系外星人，外星人找到地球，就像哥倫布找到新大陸，我們地球人將重演印第安人的悲劇。

美國科學家和科幻小說作家大衛·布林（David Brin）在2006年發表一篇文章[3]稱，主動向外星人發送無線電波，有可能將地球人置于危險之中，主動搜尋外星人的狂熱分子應該停下來，充分聽取和討論各領域——不僅包括天文學，還包括且不限于歷史學、宇宙生物學、倫理學、動物行為學的專家的意見。

圖40 大衛·布林（David Brin，1950年10月6日—），美國天文學家、未來學家、NASA顧問、科幻作家。

2006年10月11日，Nature發表社論[4]，稱外星文明未必和善，即便真聯系到了和善的外星文明，也可能在我們地球人內部帶來嚴重的混亂，搜尋外星文明界應該公開透明地向外界闡述清楚本領域人士的討論，不要有面大望遠鏡，就自封為地球大使。

有科學家回應了這些擔憂。

2008年，俄羅斯雷達天文學家、搜尋外星文明專家扎伊采夫發表文章[5]稱，只要地球人搞雷達天文學，就不要擔心向外星文明發信息。地球人的雷達天文學研究發出的信號早就照亮了整個天空，向外星文明發出的信息僅相當于滄海一粟不值一提。要想根除后患，除非我們連雷達天文學研究也禁止了，但是，如果那樣的話，我們將無法監視和預防小行星撞擊地球，最后還是走向毀滅。

圖41 亞歷山大·扎伊采夫（Alexander Zaitsev，1945年5月19日——2021年11月29日），俄羅斯和蘇聯天文學家和無線電工程師，主要研究雷達天文學設備、近地小行星、外星文明搜索等。

2016年，Nature Physics發表文章稱[6]，人類泄露出去的無線電信號很弱，只能到達距離我們最近的7000顆恒星；即便是這7000顆恒星附近的外星文明，如果不用口徑超過300米的射電望遠鏡，也不大可能監測到人類泄露的無線電信號。追蹤小行星的雷達信號，胡亂分布于太空中，不能與直接通向具體恒星系統的雷達束相提并論。

有些人認為，科技更高級的外星文明，在道德上也更高級，會和平對待地球人。對此，作者表示這種人too simple, sometimes naive。

Nature Physics的文章說，耐心應該是一個先進文明應具備的素質，我們應該鍛煉耐心，等條件成熟的時候，再聯系外星人，在這之前，不要讓沒有耐心的地球人搞事情。

這篇文章很快招來了反駁文章[7]。文章首先說，地球人泄露出去的電磁波足以讓外星文明知道地球人的存在，現在擔心外星人入侵，已經晚了。另一方面，損失厭惡心理讓人們更關注聯系外星人的風險，而更少注意聯系外星人的好處。

文章還討論了一個問題，要不要聯系外星人，究竟誰說了算？地球人取得共識，按共識來做嗎？這不現實，不可能取得共識的。更可行的方式是科學家說了算，按科學界慣例來做，同行評議。

先不談這些爭議，還是說銀河信標。

地球人已經確認了5000多顆系外行星，也許在不久的未來就會發現宜居行星，甚至外星智慧文明，現在應做些準備。

銀河信標這套信息，形式簡潔，內容豐富，能發送到最可能有外星人的天域，所以也能極大提高在久遠的未來收到外星人回復的概率。

外星人如果收到并破解了銀河信標，會回復什么呢？

我們希望至少回復銀河信標里已有的內容，比如他們的數字系統、回信時間、在太空的位置坐標、遺傳物質（外星人有可能不是碳基生命）、外形等，還有可能提供其他信息，比如外星人的文化、星際交流語言等。

與外星人通信，是宇宙科學探索中一個令人神往的領域，現在在技術上也變得可行，我們人類有激動人心的故事與外星人分享，也渴望了解外星人的故事，現在，我們有手段做到了。

聯系外星人，干還是不干？這是值得每個人思考的問題。

參考資料

[1] https://blog.plover.com/aliens/dd/intro.html

[2] https://www.mdpi.com/2075-4434/10/2/55

[3] http://www.davidbrin.com/nonfiction/shouldsetitransmit.html

[4] Nature, 2006, 443, 606，https://www.nature.com/articles/443606a

[5] http://jre.cplire.ru/jre/may08/2/text_e.html

[6] Nature Physics, 2016, 12, 720, https://www.nature.com/articles/nphys3852

[7] Nature Physics, 2016, 12, 890, https://www.nature.com/articles/nphys3897

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標簽： 阿雷西博信息 天文學家 射電望遠鏡