趣谈：一直以来，外星无线信号可能都被错过了

确定系外行星轨道许是找到外星人关键。为什么呢？

系外行星所处的轨道类型可能导致天文学家错过来自该行星的无线电信号。

这是一位艺术家对多个系外行星的轨道周期、倾角和偏心率的描绘。外星人可能从这些行星上发射无线电信号。

（图片来源：Zayna Sheikh/扎伊娜·谢赫（这种是否不需要翻译？））

由于新的研究成果缩小了外星无线电信号由于其母星围绕恒星的轨道所产生的多普勒频移而导致的频率漂移范围，搜寻外星智能（SETI）的工作很可能会因此而加快。

多普勒频移是指发射器的运动导致信号频率的延长或缩短。如果发射器远离我们，波长就会变长，频率就会降低；如果发射器向我们移动，波长就会缩短，频率就会升高。这就导致信号随着发射器的移动而在一定频率范围内“漂移”。（想想警笛或救护车鸣笛的声音是如何在靠近你和经过你时发生变化的）。

系外行星的轨道运动和日自转，加上地球自身的轨道运动和日自转，都会造成从系外行星发射并在地球上接收的任何信号的频率漂移。射电天文学家知道，地球的轨道运动会造成0.019纳赫兹（nHz）的漂移率，而地球自转又会造成0.1纳赫兹的漂移率。在分析信号时可以考虑这些漂移。虽然天文学家并不总能知道系外行星的旋转速度——潮汐锁定行星是个例外，它们的日长与年长相同——但他们可以测量系外行星的轨道周期，并从这一数字中推导出最大频率漂移。

漂移率取决于系外行星的轨道特征——它的轨道相对于我们的倾角、它的轨道离圆形轨道有多远以及它的前倾或摆动程度。机器学习算法能够筛选数据，寻找显示漂移率的信号，需要漂移率的最大值，以便限制搜索范围。搜寻外星智能通常假定频率漂移值很小，小于10纳赫兹，但之前根据对已知最极端系外行星轨道的实际测量计算得出的漂移率上限为正负200纳赫兹。

使用正负200纳赫兹作为最大漂移率需要增加计算资源，从而降低了分析搜寻外星智能搜索数据的速度。

现在，由加州大学洛杉矶分校研究生梅根·李（Megan Li）领导的研究小组通过对大约5300颗真实系外行星进行建模，能够将系外行星轨道运动引起的漂移率最大值细化并降低到正负53纳赫兹。

这意味着，对于99%的行星系统来说，从遥远的系外行星上探测到的信号频率预计会以正负53纳赫兹的最大速率漂移。这一新结果更为精确，因为它测量的是系外行星轨道上所有点的漂移率，而不仅仅是漂移率最大值处。由于该值低于正负200纳赫兹，因此可以减少所需的计算资源，加快搜索速度。研究小组成员说，还有进一步降低的余地。

“53纳赫兹的数值是针对我们目前已知的所有行星的，但它包含了一些使数值更高的误差值，因为凌日系外行星的漂移率比非凌日系外行星更高，而且较大的系外行星比小系外行星漂移率更大。”梅根·李接受太空网电话采访时说。（从我们在地球上的视角来看，凌日系外行星会掠过它们的宿主恒星。）

目前已知的系外行星目录并不能完全代表更广泛的系外行星群。目前的探测方法仍然偏爱离恒星较近的较大行星，因为它们最容易被发现。因此，为了尽量避免任何偏差，李的研究小组还测量了5000多颗模拟行星的最大漂移率，我们可能认为这些模拟行星在轨道特征方面更能代表系外行星的真实数量，它们的行星尺寸更小、轨道周期更长、轨道倾角分布更均匀。想象中的行星被分成20组，每组由5286个世界组成，其中10组的轨道接近圆形，10组的轨道越来越不圆（称为偏心）。李的研究小组从中得出了更低的漂移率——低偏心率轨道的漂移率为正负0.27纳赫兹，高偏心率轨道的漂移率为正负0.44纳赫兹。

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这些数值远远低于正负53纳赫兹的计算漂移率。

李说：“正是这些偏差使得漂移值高达53纳赫兹。”我们认为，在大多数情况下，真正的漂移率会更接近0.44和0.27纳赫兹这两个较低值。

随着航天局的行星凌日和恒星振荡（PLATO）等接下来的任务在未来发现更多的外星世界，根据真实的系外行星数据计算出的最大漂移率应该能够更接近模拟结果中的数值。这将使搜寻外星智能信号分析的效度更高。

漂移率是判断信号是否来自深空的一种方法，尽管它并非万无一失。来自地球上发射机（手机、机场雷达等）的射频干扰（RFI）的漂移率为零，因为它们与我们的接收机都在地球上。低地轨道卫星的漂移率通常可以忽略不计，但有些卫星，如SpaceX的星链（Starlink）巨型星座和政府的GPS网络，它们的无线电信号确实会出现一些频率漂移。

梅根·李说：“我们可以试着找出这些卫星的漂移率，这样一旦出现射频干扰（经常出现这种情况），我们就可以把这些数据排除。”

搜寻外星智能的目标已多达一百万颗恒星，因此能够快速分析数据对于避免堵塞和在潜在外星信号关闭之前发现它们非常重要。研究小组成员说，计算漂移率似乎是一个技术难题，但它对加快搜索速度至关重要。例如，在南非MeerKAT射电望远镜阵列上开展的搜寻外星智能项目“突破聆听（Breakthrough Listen）”中，新发现将把计算成本和搜索时间提高三个数量级。最后，如果外星人真的存在，我们现在可以更快地找到它们。

发表于2023年11月《天文学杂志》。

BY:Keith Cooper

FY:亲爱的考拉

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