“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)實中的天文學家，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（中國科學院國家天文臺研究員）
“每當夜深人靜的時候，我總是一個人待在空曠的監(jiān)聽室。耳機中傳來來自宇宙沒有生命的噪音。那噪音，隱隱約約的，好像比星星還永恒。有時候又覺得那聲音像雷達峰上沒完沒了的寒風，讓我感到很冷。那種孤獨，真是沒法形容?！?/em>
——葉文潔（《三體》人物）
近期，根據(jù)劉慈欣同名科幻小說改編的電視劇《三體》播出，引起了科幻愛好者的熱烈討論。該劇基于原著中的基本脈絡，用具象化的影視語言將《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癮。其中，劇集對于“紅岸基地”場景的精準刻畫尤其令人驚嘆——
風雪中巍峨的雷達峰，緩慢轉(zhuǎn)動的巨大射電天線，基地內(nèi)來回穿梭的軍人……高能量電磁波對空發(fā)射時四周風云突變，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”的錯覺。
▲電視劇《三體》中出現(xiàn)的紅岸基地巨大的射電天線（圖片來源：電視劇《三體》）
在大劉構(gòu)建的三體世界里，“紅岸基地”是我國為探索外星文明開展的絕密國防工程。該基地擁有一臺巨大的射電天線，通過定期發(fā)射高功率電磁波向外太空傳遞地球的信息，同時也全天候監(jiān)聽來自深空的電波信息。雖然紅岸基地只是科幻文學中的虛構(gòu)，但在現(xiàn)實世界中，探索外星文明并非一個新話題——利用電磁波開展外星文明的搜尋工作，已經(jīng)持續(xù)了幾十年。
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人類真的孤獨嗎？
在浩瀚的宇宙中，人類是獨一無二的智慧生命嗎？從人類探索宇宙的故事開始之時，這個問題就不斷刺激著先驅(qū)者們的想象力。當人們還只能用簡單的光學器材觀測太陽系天體時，就曾有人大膽猜測：或許在火星、金星和一些更遙遠的行星上，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，“太陽系其他星球存在生命”的可能性也逐步歸零——地球真的是太陽系中絕無僅有的存在！
既然如此，太陽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系只是宇宙中“路人”般的存在。上世紀50年代，美國物理學家費米就提出這樣的觀點：僅銀河系中就有大約2500億顆恒星，而整個宇宙中恒星的規(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米深空探測站，被認為是“紅岸基地”的原型之一，該探測站曾多次參與中國探月工程（圖片來源：中國軍網(wǎng)）
“探索外星生命可分為幾個層次、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)。”中國科學院國家天文臺研究員李然向記者解釋。
宇宙浩瀚，如何探索遙遠的系外行星呢？《三體》中已經(jīng)給出了答案——除了恒星發(fā)出的可見光外，宇宙中還存在著由天體發(fā)出的無線電波，這些肉眼看不到的電波，蘊含著宇宙中海量的信息。
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聆聽太空深處
人類在上世紀30年代開始發(fā)展的射電望遠鏡，突破了傳統(tǒng)光學望遠鏡的局限。由于受光照與氣候的影響較小，射電望遠鏡能夠全天候、不間斷地“仰望星空”，收集宇宙?zhèn)鱽淼臒o線電信息。由此催生的射電天文學，極大拓展了人類對宇宙的認知深度。
巨大的拋物面天線是射電望遠鏡的典型特征。上世紀美國建造的阿雷西博望遠鏡，我國在2016年建成的“中國天眼”FAST望遠鏡，都是射電望遠鏡中的翹楚。借助射電望遠鏡，科學家得以接收到來自遙遠恒星、脈沖星、類星體等天體以及宇宙背景輻射的電磁波。當然，理論上它們也能接收到外星文明發(fā)出的信息。
“一開始，天文學界是利用射電望遠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)射無線電信號。理論上講，借助射電望遠鏡，我們有可能被動地接收到來自外星文明的信息?！崩钊唤榻B道。
因此，射電天文學在誕生20多年后，就開始應用于外星文明探索領域。1960年，美國天文學家弗蘭克·德雷克組織了雄心勃勃的“奧茲瑪”計劃，利用位于西弗吉尼亞州的一臺26米口徑射電望遠鏡，搜索太陽系附近的外星文明信號——這是人類有史以來第一次有組織地利用射電望遠鏡探索地外星文明。
▲“奧茲瑪”計劃采用了美國綠堤天文臺的26米口徑射電望遠鏡監(jiān)聽外星文明訊息（圖片來源：美國國家射電天文臺）
電視劇《三體》中，紅岸基地的主體就是一臺典型的射電望遠鏡，其巨大的拋物面天線可根據(jù)需要轉(zhuǎn)動到不同觀測區(qū)域。在基地監(jiān)聽室里，葉文潔不分晝夜地聆聽宇宙中如蟬鳴般的無線電信息。
而在現(xiàn)實中，天文學家1972年開展了“奧茲瑪”計劃的二期工程，他們擴展了射電望遠鏡的探測頻道和范圍，對距離地球80光年內(nèi)的600多顆恒星進行了為期數(shù)年的監(jiān)聽，結(jié)果卻是一無所獲。
“這種探索方式存在兩大困難：一個是射電望遠鏡規(guī)模要足夠大，有足夠強的探測能力；另外是要從接收到的無線電信號中，分辨出哪些是天體發(fā)出的信號，哪些是地外文明發(fā)出的信號?！崩钊徽f?！皧W茲瑪”計劃的科學家們顯然高估了監(jiān)聽到外星文明信號的概率，現(xiàn)實世界永遠比紙面上的理論推動復雜得多?！般y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。對所有恒星系統(tǒng)開展深度射電觀測，是極為困難的。這種工程量，目前沒有哪個國家能夠做到?！?/p>
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向宇宙發(fā)出呼喚
除了“守株待兔”式被動監(jiān)聽，人類也嘗試過主動向宇宙發(fā)送無線電信號。《三體》中的紅岸基地除了監(jiān)聽部外，另一個重要的部分是發(fā)射部。電視劇中，紅岸基地會定時地向宇宙發(fā)送信號：高功率電磁波刺破山頂?shù)脑葡觯踔翆Υ髿舛籍a(chǎn)生了擾動，附近的冰雪快速消融……
在現(xiàn)實中，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鏡剛剛完成改造。德雷克提出，用該望遠鏡的三臺發(fā)射機，主動向地外星系發(fā)射無線電信號，以期擁有高等文明的外星生物能夠接收到。當年11月16日，德雷克團隊向距離地球25000光年的武仙座球狀星團M13發(fā)射了一段持續(xù)169秒的無線電信號。
▲2020年10月，阿雷西博望遠鏡發(fā)生坍塌（圖片來源：《科學》）
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，這實在是微不足道的存在。蘇聯(lián)天文學家尼古拉·卡達謝夫曾根據(jù)能夠用于通信的功率來劃分文明的等級，其中最低等的I型文明，能夠調(diào)度與整個地球輸出功率相當?shù)哪芰坑糜谕ㄐ?，其?shù)量級大概在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？“電磁波信號雖然隨著距離而衰減，但并不會完全消失。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”的設定合理化，大劉開了不少腦洞，例如讓葉文潔無意中發(fā)現(xiàn)太陽可以作為無線電波放大器，通過向太陽發(fā)射電波，將更強的信號發(fā)送到其他恒星系統(tǒng)。“但這是一個滿足劇情需要的科幻設定，在現(xiàn)實中是行不通的。向太陽發(fā)送無線電波，無法產(chǎn)生小說中那種效應。”李然說。
▲電視劇《三體》中在監(jiān)聽室工作的葉文潔（圖片來源：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)建了一套無線電信息自譯解系統(tǒng)——她利用“宇宙通用”的基本數(shù)學和物理原理,建立了一個基本的語言元碼系，那些能夠理解基本數(shù)學原理的文明，都能快速將接收到的信息進行解譯并理解。
但在李然看來，要實現(xiàn)與另一種智慧生命的溝通與交流，目前來看，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，比如一個天體的外貌，一個生命體的輪廓等?！?/p>
至今仍在宇宙中飛馳的阿雷西博信息，就是用1679個二進制數(shù)字構(gòu)成的幾幅簡單圖案，包括數(shù)字、DNA元素、人類外形、太陽系構(gòu)成等關鍵信息。與人類目前的技術(shù)水平相比，《三體》中設想的自譯解系統(tǒng)還是有些過于天馬行空了。
▲1974年阿雷西博望遠鏡向太空發(fā)射的無線電信號（圖片來源：www.fuseworks.it）
其實，從最初的“奧茲瑪”計劃、“獨眼神”計劃，到后來的“阿雷西博信息”、HRMS計劃、“宇宙呼喚”計劃、“鳳凰”計劃，人類利用射電望遠鏡進行外星文明探索，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，反而對自身構(gòu)成巨大威脅？“不要回答”的劇情會不會走進現(xiàn)實，我們還無法知道，但人類對宇宙的認知疆界，未來必將不斷繼續(xù)拓展下去。
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