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主譯：孫宇峰

校對(duì)：Soramine

審核：牧夫天文校對(duì)組

美編：余家勁

后臺(tái)：王啟儒

https://sorae.info/astronomy/20260310-seti-signal-bandwidth.html

人類數(shù)十年來(lái)持續(xù)開展的“地外文明探索”（SETI）計(jì)劃，至今仍未發(fā)現(xiàn)確鑿證據(jù)。針對(duì)這一現(xiàn)象，學(xué)界提出了多種假說(shuō)：認(rèn)為“兩個(gè)文明同時(shí)存在于相近時(shí)空的可能性極低”，或是“現(xiàn)代人類尚無(wú)法接收發(fā)達(dá)文明所使用的高端通訊”等。

人類為何始終無(wú)法接收到外星文明的無(wú)線電信號(hào)？最新研究給出了一種新解釋。SETI研究所的維沙爾·加吉爾與格雷絲·C·布朗指出，外星文明的無(wú)線電信號(hào)可能因他們的母星所圍繞恒星的活動(dòng)而產(chǎn)生“模糊”效應(yīng)，導(dǎo)致我們難以捕捉到這些信號(hào)。兩位學(xué)者的聯(lián)合研究成果已發(fā)表在權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《天體物理學(xué)雜志》上。

▲ 美國(guó)國(guó)家射電天文臺(tái)（NRAO）的甚大陣（VLA）（圖片來(lái)源：Jeff Hellerman，NRAO/AUI/NSF）

宇宙天氣的影響可能導(dǎo)致無(wú)線電信號(hào)擴(kuò)散

加吉爾和布朗兩位專家指出，導(dǎo)致信號(hào)難以被探測(cè)到的原因，可能是“宇宙天氣”——即恒星活動(dòng)引發(fā)的宇宙環(huán)境變化。

SETI項(xiàng)目的核心任務(wù)一直是搜尋來(lái)自外星文明的無(wú)線電信號(hào)。究其原因，除了人類自身對(duì)無(wú)線電波的廣泛應(yīng)用外，我們推測(cè)用于信息傳輸?shù)男盘?hào)與自然界中的無(wú)線電波不同，會(huì)采用極窄的頻段（窄帶）進(jìn)行傳輸。由于這類信號(hào)的人工特征更容易被識(shí)別，因此我們捕捉到它們的幾率自然也會(huì)更高。

然而，從外星文明母星發(fā)射到宇宙空間的無(wú)線電信號(hào)，會(huì)穿越母星繞行恒星釋放的恒星風(fēng)和日冕物質(zhì)拋射等等離子體流。兩位學(xué)者在論文中指出，這種等離子體擾動(dòng)會(huì)使無(wú)線電信號(hào)的波形發(fā)生畸變，從而引發(fā)尖銳頻率峰值向?qū)拸V頻譜區(qū)域擴(kuò)散的現(xiàn)象，即頻譜展寬（Spectral Broadening）。

簡(jiǎn)而言之，用于識(shí)別人工無(wú)線電信號(hào)的“窄帶”這一關(guān)鍵線索，可能會(huì)因恒星活動(dòng)而消失。

【▲ 示意圖展示了來(lái)自地球外文明母星（綠色）的無(wú)線電信號(hào)（藍(lán)色）穿越恒星（橙色）周圍宇宙空間的示意圖。該現(xiàn)象表現(xiàn)為：當(dāng)無(wú)線電信號(hào)穿過(guò)恒星釋放的等離子體擾動(dòng)時(shí)，其波形會(huì)發(fā)生畸變，導(dǎo)致原本尖銳的頻率峰值逐漸擴(kuò)散（頻譜展寬）。引自論文（Credit: Vishal Gajjar and Grayce C. Brown）】

“模糊”信號(hào)的出現(xiàn)完全出乎傳統(tǒng)算法意料

這一現(xiàn)象可能對(duì)當(dāng)前的SETI項(xiàng)目造成致命打擊。因?yàn)榉治錾潆娡h(yuǎn)鏡觀測(cè)數(shù)據(jù)的算法大多經(jīng)過(guò)優(yōu)化，專門用于識(shí)別自然界中不可能出現(xiàn)的特定窄帶強(qiáng)射電信號(hào)——說(shuō)白了就是那些“極其尖銳的尖峰式無(wú)線電信號(hào)”。

加吉爾和布朗對(duì)太陽(yáng)系附近百萬(wàn)個(gè)恒星系進(jìn)行的模擬研究表明，當(dāng)觀測(cè)射電頻率為1GHz時(shí)，通常約1Hz的信號(hào)幅度在超過(guò)30%的星系中會(huì)擴(kuò)大10倍以上；而當(dāng)頻率為100MHz時(shí)，這一幅度在超過(guò)60%的星系中會(huì)擴(kuò)大100倍以上。

也就是說(shuō)，即便外星文明的無(wú)線電信號(hào)真的傳到了地球，那些因頻帶擴(kuò)展導(dǎo)致峰值強(qiáng)度減弱的信號(hào)，很可能被判定為噪音或不符合標(biāo)準(zhǔn)，最終被忽略的可能性極大。

【▲ 該模擬展示了地外文明無(wú)線電信號(hào)的“模糊化”過(guò)程。左側(cè)紅色曲線呈現(xiàn)原始的極強(qiáng)無(wú)線電信號(hào)，右側(cè)藍(lán)色曲線則顯示恒星活動(dòng)導(dǎo)致信號(hào)頻帶擴(kuò)展，峰值強(qiáng)度衰減至原始水平的6%。引自論文（Credit: Vishal Gajjar and Grayce C. Brown）】

對(duì)未來(lái)地外文明探索計(jì)劃（SETI）的建議

此外，兩位科學(xué)家的模擬結(jié)果顯示，這種現(xiàn)象在銀河系中占恒星總數(shù)約75%的紅矮星（M型星）周圍尤為常見。通常認(rèn)為紅矮星周圍更容易形成類地行星，因此作為搜尋地外文明的重要目標(biāo)備受關(guān)注，未來(lái)的搜尋工作可能需要考慮無(wú)線電信號(hào)變化的可能性。

加吉爾和布朗兩位專家在展望未來(lái)探測(cè)時(shí)提出，對(duì)于正在建設(shè)中的平方千米射電望遠(yuǎn)鏡陣（SKA）等新一代觀測(cè)設(shè)備，必須構(gòu)建新型探測(cè)算法。他們強(qiáng)調(diào)，在使用這些設(shè)備時(shí)，不僅要對(duì)窄帶射電信號(hào)保持敏感，還需具備對(duì)“稍寬的射電信號(hào)”的探測(cè)能力。

責(zé)任編輯：甘林

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顱骨星云

圖源：NASA, ESA, CSA, STScI; Processing: Joseph DePasquale (STScI)

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