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主譯：孫宇峰

校對：Soramine

審核：牧夫天文校對組

美編：余家勁

后臺：王啟儒

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

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

人類為何始終無法接收到外星文明的無線電信號？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，外星文明的無線電信號可能因他們的母星所圍繞恒星的活動而產(chǎn)生“模糊”效應(yīng)，導(dǎo)致我們難以捕捉到這些信號。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。

▲ 美國國家射電天文臺（NRAO）的甚大陣（VLA）（圖片來源：Jeff Hellerman，NRAO/AUI/NSF）

宇宙天氣的影響可能導(dǎo)致無線電信號擴(kuò)散

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

SETI項目的核心任務(wù)一直是搜尋來自外星文明的無線電信號。究其原因，除了人類自身對無線電波的廣泛應(yīng)用外，我們推測用于信息傳輸?shù)男盘柵c自然界中的無線電波不同，會采用極窄的頻段（窄帶）進(jìn)行傳輸。由于這類信號的人工特征更容易被識別，因此我們捕捉到它們的幾率自然也會更高。

然而，從外星文明母星發(fā)射到宇宙空間的無線電信號，會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，這種等離子體擾動會使無線電信號的波形發(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）。

簡而言之，用于識別人工無線電信號的“窄帶”這一關(guān)鍵線索，可能會因恒星活動而消失。

【▲ 示意圖展示了來自地球外文明母星（綠色）的無線電信號（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)無線電信號穿過恒星釋放的等離子體擾動時，其波形會發(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”信號的出現(xiàn)完全出乎傳統(tǒng)算法意料

這一現(xiàn)象可能對當(dāng)前的SETI項目造成致命打擊。因為分析射電望遠(yuǎn)鏡觀測數(shù)據(jù)的算法大多經(jīng)過優(yōu)化，專門用于識別自然界中不可能出現(xiàn)的特定窄帶強(qiáng)射電信號——說白了就是那些“極其尖銳的尖峰式無線電信號”。

加吉爾和布朗對太陽系附近百萬個恒星系進(jìn)行的模擬研究表明，當(dāng)觀測射電頻率為1GHz時，通常約1Hz的信號幅度在超過30%的星系中會擴(kuò)大10倍以上；而當(dāng)頻率為100MHz時，這一幅度在超過60%的星系中會擴(kuò)大100倍以上。

也就是說，即便外星文明的無線電信號真的傳到了地球，那些因頻帶擴(kuò)展導(dǎo)致峰值強(qiáng)度減弱的信號，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線電信號的“模糊化”過程。左側(cè)紅色曲線呈現(xiàn)原始的極強(qiáng)無線電信號，右側(cè)藍(lán)色曲線則顯示恒星活動導(dǎo)致信號頻帶擴(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）】

對未來地外文明探索計劃（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，未來的搜尋工作可能需要考慮無線電信號變化的可能性。

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

責(zé)任編輯：甘林

牧夫新媒體編輯部

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顱骨星云

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

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