电视剧《三体》中“亦真亦幻”的红岸基地，并不完全是作者的虚构。现实中的天文学家，早在数十年前就试图与外星文明取得联系……
撰文/记者 段然 图文编辑/丁林
采访专家/李然（中国科学院国家天文台研究员）
“每当夜深人静的时候，我总是一个人待在空旷的监听室。耳机中传来来自宇宙没有生命的噪音。那噪音，隐隐约约的，好像比星星还永恒。有时候又觉得那声音像雷达峰上没完没了的寒风，让我感到很冷。那种孤独，真是没法形容。”
——叶文洁（《三体》人物）
近期，根据刘慈欣同名科幻小说改编的电视剧《三体》播出，引起了科幻爱好者的热烈讨论。该剧基于原著中的基本脉络，用具象化的影视语言将《三体》的世界比较完整地呈现在观众眼前，让不少原著粉大呼过瘾。其中，剧集对于“红岸基地”场景的精准刻画尤其令人惊叹——
风雪中巍峨的雷达峰，缓慢转动的巨大射电天线，基地内来回穿梭的军人……高能量电磁波对空发射时四周风云突变，冰雪瞬间消融，飞鸟成群坠地，不禁让观众产生“红岸工程真的存在过”的错觉。
▲电视剧《三体》中出现的红岸基地巨大的射电天线（图片来源：电视剧《三体》）
在大刘构建的三体世界里，“红岸基地”是我国为探索外星文明开展的绝密国防工程。该基地拥有一台巨大的射电天线，通过定期发射高功率电磁波向外太空传递地球的信息，同时也全天候监听来自深空的电波信息。
虽然红岸基地只是科幻文学中的虚构，但在现实世界中，探索外星文明并非一个新话题——利用电磁波开展外星文明的搜寻工作，已经持续了几十年。
人类真的孤独吗？在浩瀚的宇宙中，人类是独一无二的智慧生命吗？从人类探索宇宙的故事开始之时，这个问题就不断刺激着先驱者们的想象力。当人们还只能用简单的光学器材观测太阳系天体时，就曾有人大胆猜测：或许在火星、金星和一些更遥远的行星上，生活着与人类相近的智慧生物。但随着人类科研能力的飞速增长，“太阳系其他星球存在生命”的可能性也逐步归零——地球真的是太阳系中绝无仅有的存在！既然如此，太阳系之外的其他恒星系统中，是否能孕育生命，乃至发展出高度的文明呢？
如今我们知道，孕育生命与文明的太阳系只是宇宙中“路人”般的存在。上世纪50年代，美国物理学家费米就提出这样的观点：仅银河系中就有大约2500亿颗恒星，而整个宇宙中恒星的规模更大。即使产生智慧生命的概率极低，但考虑到恒星数量之巨，茫茫宇宙中也应该存在数量庞大的外星文明。
▲位于佳木斯的66米深空探测站，被认为是“红岸基地”的原型之一，该探测站曾多次参与中国探月工程（图片来源：中国军网）
“探索外星生命可分为几个层次、阶段。首先是探索地外类地行星；其次是探索这些行星上是否存在生命；然后才是探索这些生命是否能发展出文明形态。”中国科学院国家天文台研究员李然向记者解释。
宇宙浩瀚，如何探索遥远的系外行星呢？《三体》中已经给出了答案——除了恒星发出的可见光外，宇宙中还存在着由天体发出的无线电波，这些肉眼看不到的电波，蕴含着宇宙中海量的信息。
聆听太空深处
人类在上世纪30年代开始发展的射电望远镜，突破了传统光学望远镜的局限。由于受光照与气候的影响较小，射电望远镜能够全天候、不间断地“仰望星空”，收集宇宙传来的无线电信息。由此催生的射电天文学，极大拓展了人类对宇宙的认知深度。
巨大的抛物面天线是射电望远镜的典型特征。上世纪美国建造的阿雷西博望远镜，我国在2016年建成的“中国天眼”FAST望远镜，都是射电望远镜中的翘楚。借助射电望远镜，科学家得以接收到来自遥远恒星、脉冲星、类星体等天体以及宇宙背景辐射的电磁波。当然，理论上它们也能接收到外星文明发出的信息。
“一开始，天文学界是利用射电望远镜去研究宇宙中的射电辐射。如果外星生命与地球人一样发展出高度发达的文明形态，他们就有通信的需要，并有能力向宇宙发射无线电信号。理论上讲，借助射电望远镜，我们有可能被动地接收到来自外星文明的信息。”李然介绍道。
因此，射电天文学在诞生20多年后，就开始应用于外星文明探索领域。1960年，美国天文学家弗兰克·德雷克组织了雄心勃勃的“奥兹玛”计划，利用位于西弗吉尼亚州的一台26米口径射电望远镜，搜索太阳系附近的外星文明信号——这是人类有史以来第一次有组织地利用射电望远镜探索地外星文明。
▲“奥兹玛”计划采用了美国绿堤天文台的26米口径射电望远镜监听外星文明讯息（图片来源：美国国家射电天文台）
电视剧《三体》中，红岸基地的主体就是一台典型的射电望远镜，其巨大的抛物面天线可根据需要转动到不同观测区域。在基地监听室里，叶文洁不分昼夜地聆听宇宙中如蝉鸣般的无线电信息。
而在现实中，天文学家1972年开展了“奥兹玛”计划的二期工程，他们扩展了射电望远镜的探测频道和范围，对距离地球80光年内的600多颗恒星进行了为期数年的监听，结果却是一无所获。
“这种探索方式存在两大困难：一个是射电望远镜规模要足够大，有足够强的探测能力；另外是要从接收到的无线电信号中，分辨出哪些是天体发出的信号，哪些是地外文明发出的信号。”李然说。“奥兹玛”计划的科学家们显然高估了监听到外星文明信号的概率，现实世界永远比纸面上的理论推动复杂得多。“银河系里有上千亿颗恒星，这些恒星系统里有多少有可能存在智慧生命，很难判断。对所有恒星系统开展深度射电观测，是极为困难的。这种工程量，目前没有哪个国家能够做到。”
向宇宙发出呼唤
除了“守株待兔”式被动监听，人类也尝试过主动向宇宙发送无线电信号。《三体》中的红岸基地除了监听部外，另一个重要的部分是发射部。电视剧中，红岸基地会定时地向宇宙发送信号：高功率电磁波刺破山顶的云霄，甚至对大气都产生了扰动，附近的冰雪快速消融……在现实中，人类曾先后向太空中的不同方位发射了12次信息。其中，“最早吃螃蟹”的人，还是弗兰克·德雷克。1974年，位于波多黎各的阿雷西博射电望远镜刚刚完成改造。德雷克提出，用该望远镜的三台发射机，主动向地外星系发射无线电信号，以期拥有高等文明的外星生物能够接收到。当年11月16日，德雷克团队向距离地球25000光年的武仙座球状星团M13发射了一段持续169秒的无线电信号。
▲2020年10月，阿雷西博望远镜发生坍塌（图片来源：《科学》）
人类向着深空发出的这一声“呼唤”，功率为450千瓦。在银河系的庞大尺度上，这实在是微不足道的存在。苏联天文学家尼古拉·卡达谢夫曾根据能够用于通信的功率来划分文明的等级，其中最低等的I型文明，能够调度与整个地球输出功率相当的能量用于通信，其数量级大概在1016瓦。与之相比，靠着区区450千瓦的功率向外星文明传递地球的信息，这是天方夜谭吗？“电磁波信号虽然随着距离而衰减，但并不会完全消失。能否被接收到，并不完全取决于发射功率，还取决于外星文明的接收能力。”李然解释道。
在《三体》中，为了将“人类与外星人建立通信联络”的设定合理化，大刘开了不少脑洞，例如让叶文洁无意中发现太阳可以作为无线电波放大器，通过向太阳发射电波，将更强的信号发送到其他恒星系统。“但这是一个满足剧情需要的科幻设定，在现实中是行不通的。向太阳发送无线电波，无法产生小说中那种效应。”李然说。
▲电视剧《三体》中在监听室工作的叶文洁（图片来源：电视剧《三体》）
又比如，为了让地球人与外星人能够顺利沟通，叶文洁还受命创建了一套无线电信息自译解系统——她利用“宇宙通用”的基本数学和物理原理,建立了一个基本的语言元码系，那些能够理解基本数学原理的文明，都能快速将接收到的信息进行解译并理解。
但在李然看来，要实现与另一种智慧生命的沟通与交流，目前来看，图像是最好的办法。“外星文明可能从图像中找到可以直接理解的信息，比如一个天体的外貌，一个生命体的轮廓等。”
至今仍在宇宙中飞驰的阿雷西博信息，就是用1679个二进制数字构成的几幅简单图案，包括数字、DNA元素、人类外形、太阳系构成等关键信息。与人类目前的技术水平相比，《三体》中设想的自译解系统还是有些过于天马行空了。
▲1974年阿雷西博望远镜向太空发射的无线电信号（图片来源：www.fuseworks.it）
其实，从最初的“奥兹玛”计划、“独眼神”计划，到后来的“阿雷西博信息”、HRMS计划、“宇宙呼唤”计划、“凤凰”计划，人类利用射电望远镜进行外星文明探索，迄今已有60多年的历史，但到目前为止，我们还没有找到外星文明的任何蛛丝马迹。人类大张旗鼓地试图与外星文明建立联系，是否会如霍金生前所警告的，或者《三体》中“黑暗森林”理论所表述的那样，反而对自身构成巨大威胁？“不要回答”的剧情会不会走进现实，我们还无法知道，但人类对宇宙的认知疆界，未来必将不断继续拓展下去。
出品：科普中央厨房
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2023-02-14
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