题图来自：影戏《E.T.外星人》

一谈到地外文明，人人普遍以为，这是天文爱好者或者科幻小说家的事情。但作为一个天文学家来说，我想真正用科学手段来研究地外文明。现实上，它应该是天文学家的义务。 

“中国天眼”FAST

今年1月11日，我们贵州的FAST望远镜通过国家验收，最先正式上岗、举行观察。地外文明的观察，就是FAST望远镜的五大科学目的之一。 

关于外星人的三个问题

20世纪50年代的时刻，著名物理学家费米曾经提出一个假设：若是说生命在整个宇宙中的演化历程是普适的，那么在我们的银河系之中，就应该形成一个银河文明网络，一代一代的文明应该延续下去，直到今天。

为什么我们没有观察到其他文明？他们都在哪儿呢？这就是著名的费米悖论。 有的科学家以为，或许宇宙中的生命是普适的，然则高级生命或者是智慧生命或者外星人不是普适的。 科学家德雷克在60年代的时刻写了一个公式来盘算我们银河系之中能够与外界举行交流的高级文明的数目。

德雷克公式

左边文明数目，用N来示意，右边形貌的是能够发生文明的因素，好比说银河系内恒星形成的速率、恒星周围的行星形成的概率多大等条件。

基于这个公式，把所有可能的条件思量进去，我们可以估算一下银河系之中到底有多少个地外文明。我们现在用望远镜在银河系看了也许四千多个系外行星，估算下来在银河系里可能有数亿个文明存在。

宇宙观-哥白尼原理

我们对宇宙的熟悉，历经了地心说、日心说、银河系中央说。天外有天，人外有人，地球在银河系的位置没有什么特殊性。这是理论，科学家需要去证实理论的正确性。 既然如此，我们需要不需要去寻找？ 

人人很熟悉《三体》内里的“漆黑森林理论”：宇宙是一个漆黑森林，宇宙中的每一个文明就是一个猎人拿着猎枪，他在漆黑森林内里走的时刻，若是发现另外一个文明，首先做的第一个反映就是把这个文明给干掉。

张同杰(北京师范大学天体物理学教授、博导)在作育演讲

物理学家霍金也曾忠告过人类，不要盲目地去自动和外星人接触。 然则，他们这些看法现实上是基于我们地球资源有限，文明和文明之间必须由于资源而相互杀戮的条件条件下推导出来的。现在是在整个宇宙中来寻找地外文明——整个宇宙足够大，不存在争取资源的事情。 以是我的看法和他们完全相反——想象一下，若是在一个狂风暴雨的漆黑大海上，你驾驶一艘船，在远处发现一点星光，是来自另一艘风帆的，这时刻你是拿出枪来把他干掉，照样说找到他，相互辅助、相互依存？

寻找外星人的意义

以是我提出我的漆黑大海理论，这是我们寻找外星文明的现实意义，地球有一天很可能无法生计，我们需要外星文明的辅助。

现在来到到第三个问题，我们怎么来找外星人？ 两个偏向：我们发出信号给他们，他们发出信号给我们。 基于这两个偏向，我们有三个设施： 

第一，寻找宜居的系外行星。

第二，我们从地球上向外太空发射无人飞船或者发射电磁波信号来寻找他们。上世纪70年代美国发出了五位信使：2个先驱者号、2个旅行者号、 1个新视野，携带了我们地球上的许多文明信息。这些飞船现在正在飞离太阳系，然则我们不会抱什么希望，而且这种方式成本异常贵。 

对外发射无人宇宙飞船

第三种就是吸收信号或者吸收外星人过来的飞船。飞船是许多科幻小说的想象，至少我们现在没有证据。我们今天主要谈谈吸收信号。 电磁波是最适合举行星际通讯的载体或者信使。光就是电磁波，它的速率是每秒三十万公里，光到达离我们最近的一颗恒星比邻星，仅需要四年时间。 而且发射电磁波的成本很小，我们打一个电话，发一个微信就是一个电磁波出去了。我们做这个探测的条件是，假定外星人的科技水平大于或即是我们地球人的水平。若是他的水平比我们还低，那么我们发的电磁波他也不懂，他们也发不出电磁波来。

射电波段

这张图的横轴就是电磁波的波长，最右边是射电波，最左边是伽马射线X射线。纵轴，就是这些电磁波穿透地球大气的能力。 我们可以看到，最左边这种波长很短的很难穿透大气，我们需要把望远镜放到天空上去观察才行，但你看右边这个射电波段，它可以全天候地不管刮风下雨，全天候地穿透地球大气到达我们的望远镜，也就是说，射电望远镜可以放在地面上观察。

张同杰在作育演讲

我们需要找的这个波段，它必须不容易被星际气体吸收，外星文明发过来的时刻，它能穿越中心的那些星际气体和灰尘。再就是它能够穿透我们的大气层。实在装备制造异常容易简朴，就像我们电视机，卫星吸收天线，手机等等。 以是说射电是我们最佳选择，然则射电波段内里什么信号是外星文明的信号呢？

现在我们对宇宙的熟悉已经异常深入了，宇宙中的天体自己发出的信号宽度最窄是500赫兹，以是我们需要寻找那些小于500赫兹宽度的这种窄带信号，它才有可能是非自然的人为信号。 实在地外文明的观察从20世纪60年代已经最先了，那时德雷克就开启了全世界第一个征采地外文明的设计——奥慈玛设计。

SETI之父德雷克

 90年代，加州大学伯克利分校建立了SETI研究小组。他们其中一个叫SERENDIP，也就是征采相近地球的地外文明发出的射电信号，这个设计是世界上运行最长的一个SETI项目，至今还在运行之中。这个项目也和我们FAST举行了慎密的互助。 

加州大学伯克利分校SETI研究

天文学家在做地外文明观察的时刻，生长了一套观察模式。对于地外文明的观察，许多望远镜都不想给它时间，知道大部分都是找不到信号的无用事情，以是生长了一套模式，叫共时观察。 其他科学家在观察其他的科学目的的时刻，好比观察恒星、系外行星配合使用这批数据，这样就互不滋扰。我们的FAST望远镜，未来的观察模式也是这种模式，这种模式也称为共时天文巡天观察。 

SETI屏保程序 观察的数据量很大，要甄别清扫射电滋扰、人类造成的滋扰等，光凭这几个小组成员也很难做到，以是伯克利SETI研究小组生长了一种方式，开发了一个处置数据的屏保。任何一个人的盘算机闲着的时刻，屏幕珍爱就可以用来处置这些数据，处置完了数据自动发回伯克利。

就全世界用屏幕珍爱的用户漫衍情形来看，欧洲、美国是最多的，亚洲很少，中国几乎没有。 中国天眼FAST之父南仁东先生在最早的一篇综述文章里，有一段专门提到了地外文明研究，叙述了FAST望远镜观察地外文明的优势——FAST望远镜是全世界敏捷度最高的射电望远镜。

天眼之父南仁东先生与他的论文 这是中国最早叙述观察地外文明的一篇文章。基于文章，基于我们和伯克利的观察互助协议，2018年，伯克利地外文明研究小组和我们配合在FAST望远镜上装了一个后端装备，我们就最先了观察。 

人工模拟信号示意图

上面是一些人工模拟的信号示意图，左边这个很尖的就是一个很窄的信号，右边是宽带信号。 小于五百赫兹的窄带信号，我们人类很容易制造出来，以是我们在举行观察的时刻，要区分、去除我们地球上人类制造的这种窄带信号，需要很庞大的程序甄别。 

FAST望远镜观察到的信号数据 

我从2014年最先起劲推动中国的地外文明研究。我们在系统装了后端装备，行使FAST望远镜举行了真正的观察。

上面两张图就是在FAST望远镜上对地外文明观察的现实数据。这两张图左边是个宽带信号，大部分都是地球上的滋扰，好比说雷达的滋扰、飞机的滋扰，手机的滋扰，左边这些窄带信号是我们筛选出来的，有可能是地外文明发出的信号。

固然了，我们现在不敢下结论，不外这篇文章已经在美国《天体物理》上揭晓。这篇文章是在说，我们已经用FAST做了这样一个研究，我们获得了许多的候选者，然则窄带信号内里哪个是地外文明的信号，需要去甄别，也可能最终获得的效果都不是，这是最有可能的。

张同杰及其团队在美国《天体物理》杂志揭晓的文章

最近几年关于快速射电暴是否是外星人信号的新闻也异常多，快速射电暴能在几毫秒内释放出相当于太阳释放一整天的高能量。科学家也给它了许多的注释模子，好比说两个中子星碰撞、两个黑洞碰撞，然则人人都没有完全定论。

快速射电暴 

这就给一些科学家想象的空间。哈佛大学天文系的主任Abraham Leob以为，快速射电暴就是地外文明外星人制造的光帆，也就是外星人的动力系统在推动光帆举行星际旅行的时刻泄露的能量。 这种能量要异常高才行，若是这个能量不高的话，没法推动光帆，由于光帆也异常大，可能要像地球这么大的光帆才行。而要想推动这么大的光帆，你需要高功率的能量机制。他以为，快速射电暴可能是这种能量机制泄露出来的。

Abraham Leob论文截图 

他举行了异常详细的盘算，这篇文章就揭晓在美国著名的《天体物理》杂志，在全世界媒体圈引起了一场轩然大波。固然这是一种看法假说，科学家也不是都不会犯错误。 50年代时，美国康奈尔大学的两个天文学家G.Cocconi和P.Morrison揭晓在Nature 的一篇文章谈到了对地外文明的展望： “我们观察地外文明乐成的可能性异常小，然则若是我们不去寻找，不去观察，那么乐成的可能性就是零。”

张同杰在作育演讲 

去年，在美国伯克利地外文明研究小组讨论的时刻，我曾经问过他们：你们以为再过多少年，能够发现地外文明？一个科学家说20年，另一个科学家说明年就能看到。然则我个人以为，用不了20年，可能10年到15年，我们的FAST将会有定论。

定论的意思是——第一种可能性，我们找到了地外文明的信号了，若是找到，那是异常重要的事情。 第二个可能性是确实没找到，FAST是全世界最敏捷的射电望远镜，它找不到可能意味着，我们现在的手艺暂时照样找不到，可能要有更先进的手艺才气做到。 

SETI的希望

 我们期待着FAST能在未来给出一个定论。