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科學家如何在地球之外尋找智慧生命:SETI方法解釋
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重點
尋找地球之外智慧生命的科學家主要使用兩種方法:掃描天空尋找可能是人造的無線電和激光信號(SETI),以及分析系外行星大氣中可能表明生物或技術存在的氣體。沒有任何外星信號曾被確認,包括1977年的「嗚哇!」信號和2026年對星際物體3I/ATLAS的掃描。
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尋找地球之外生命的研究人員將工作分為兩個不同的搜索。一個是監聽先進文明可能發送或洩露到太空中的人造信號,這個領域被稱為SETI(地外智慧生命搜索)。另一個是檢查遠程行星的化學成分,尋找生物或工業的蹤跡,天體生物學家稱之為生物特徵和技術特徵科學,根據NASA的科學使命理事會。
監聽人造信號:無線電和光學SETI
SETI研究所主要通過無線電天文學進行搜索。其位於北加州的艾倫望遠鏡陣列由該研究所擁有和運營,使用機器學習和實時計算掃描天空尋找窄帶無線電信號,以篩選大量數據。第二個項目COSMIC利用位於新墨西哥州的卡爾·詹斯基甚大陣列,複製每個天線的數據,以實時分析異常信號,根據SETI研究所對其自身研究的描述。
在光學方面,SETI研究所的LaserSETI項目尋找超短閃光,持續時間只有幾納秒,沒有已知的自然來源,最終旨在建立全球攝像頭網絡持續監測整個天空,該研究所表示。
最大的私人資助工作「突破聆聽」結合了無線電和光學搜索,預算為1億美元,跨越10年期間,根據突破計劃。該計劃調查大約100萬顆最近的恆星、銀河系中心和平面,以及銀河系外100個最近的星系,根據其自身說法,覆蓋的天空範圍是早期計劃的10倍,無線電頻譜的5倍——它說,靈敏度足以從250萬億英里外探測到100瓦激光。
| 方法 | 尋找的內容 | 示例計劃/儀器 | 來源 |
|---|---|---|---|
| 無線電SETI | 不太可能自然發生的窄帶無線電信號 | 艾倫望遠鏡陣列;VLA上的COSMIC | SETI研究所 |
| 光學SETI | 沒有已知自然原因的納秒激光閃光 | LaserSETI網絡 | SETI研究所 |
| 無線電+光學綜合調查 | 來自約100萬顆附近恆星、銀河平面和100個附近星系的信號 | 突破聆聽 | 突破計劃 |
| 大氣生物特徵 | 與生命或工業相關的氣體,例如二甲基硫化物、氯氟烴、二氧化氮 | 詹姆斯·韋伯空間望遠鏡(透射光譜) | NASA/劍橋大學 |
| 巨大結構搜索 | 異常星光變暗或過量紅外線"廢熱" | 長期亮度和紅外線監測 | NASA |
通過星光讀取化學線索
技術特徵研究也尋找化學而非故意發出的信號。NASA列舉了可能的標記,如二氧化氮污染、曾在地球上用作冷卻劑的氯氟烴(CFCs)、與化石燃料使用相關的碳基化學物質、岩石行星夜側的人造城市燈光,以及圍繞恆星的戴森球式巨大結構可能產生的紅外線"廢熱"或光變暗。
相同的大氣技術也用於尋找基本生物學。2025年4月,由劍橋大學教授尼庫·馬杜蘇丹領導的團隊報告說,詹姆斯·韋伯空間望遠鏡在系外行星K2-18b的大氣中檢測到與二甲基硫化物和/或二甲基二硫化物一致的化學指紋——這些化合物在地球上來自海洋微生物——根據《科學新聞》在《天體物理學期刊信函》上發表。報告的濃度遠高於地球,研究人員表示這也可能指向未知的非生物化學過程。
雖然結果令人興奮,但在聲稱發現生命之前獲得更多數據至關重要。
從未確認的信號
最著名的SETI檢測仍未得到解決。1977年8月15日,俄亥俄州立大學無線電望遠鏡記錄到一個強大的、窄帶信號,持續時間略長於一分鐘。天文學家傑瑞·埃赫曼在打印輸出上圈出它並寫下"嗚哇!",根據SETI研究所,這給事件起了名字。儘管進行了後續觀測,該信號從未重複出現,SETI研究所的說法將其來源——自然來源、人為干擾或其他——官方保持開放。
同一過程的近實時版本在2026年發生。星際物體3I/ATLAS在2025年7月被確認為太陽系第三個確認的星際訪客後,SETI研究所研究人員在24小時內將艾倫望遠鏡陣列指向它,根據ScienceDaily的研究報告掃描1至9千兆赫頻率。該團隊檢測到近7400萬個窄帶信號;大多數迅速被確認為人造干擾,在將搜索範圍縮小到約200個與物體運動相匹配的候選項後,進一步分析將每個剩餘信號追蹤到地球或衛星上的技術,報告說。該研究設定的限制表明該物體上的任何發射器強度都不會超過大約10至110瓦——與3I/ATLAS是自然類似彗星的天體而非人造技術一致。
為什麼沒人能說有多少個文明存在
估計可能存在多少個可檢測的文明依賴於1961年的框架,而非測量。天文學家弗蘭克·德雷克設計了德雷克方程,以組織在格林班克天文台非正式會議上的討論,該會議由包括卡爾·薩根、約書亞·萊德伯格和梅爾文·卡爾文等科學家參加,根據SETI研究所。該方程將七個因素相乘——恆星形成的速率、擁有行星的恆星的比例、每個系統中潛在宜居行星的數量,以及生命、智慧和可檢測技術出現的比例,結合文明廣播信號的時間長短——估計銀河系中通信文明的數量N。
因為這些因素中有幾個仍然未知,所得的估計差異巨大。SETI研究所指出,N的估計範圍從1——意味著地球將是銀河系中唯一的發射文明——到幾百萬。德雷克本人基於一個假設,即每年出現一個新的發射文明,並且這些文明平均廣播10,000年,建議了大約10,000的數字——說明為什麼該方程被用作研究提示而非精確預測。
常見問題
- 什麼是技術特徵?
- 根據NASA,技術特徵是由先進文明建造的技術的任何可測量標誌,例如人造無線電或激光信號、工業大氣化學物質如氯氟烴、行星夜側的城市燈光,或來自大型工程結構的紅外廢熱。
- SETI是否曾發現確認的外星信號?
- 沒有。數十年的無線電和光學調查,包括艾倫望遠鏡陣列、COSMIC、LaserSETI和突破聆聽,根據SETI研究所和突破計劃,都沒有產生來自另一個文明的確認人造信號。
- 「嗚哇!」信號是什麼?
- 它是1977年8月15日由俄亥俄州立大學無線電望遠鏡記錄的強大、無法解釋的無線電信號,持續時間略長於一分鐘;它從未重複出現,SETI研究所仍將其來源列為未解決。
- 詹姆斯·韋伯空間望遠鏡能檢測外星生命嗎?
- JWST可以分析通過系外行星大氣的星光,檢測有時與生物相關的氣體,正如它在2025年對K2-18b的可能二甲基硫化物信號所做的那樣,但首席研究人員強調在做出任何生命聲稱之前需要更多數據,根據《科學新聞》。
- 德雷克方程用於什麼?
- 它是由弗蘭克·德雷克創建的1961年框架,用於結構化關於銀河系中可能存在多少個通信文明的討論;因為它的幾個因素是未知的,SETI研究所表示,它被視為組織問題的方式,而非精確預測。
來源
- NASA Science — Searching for Signs of Intelligent Life: Technosignatures
- SETI Institute — SETI Research
- SETI Institute — The Drake Equation
- SETI Institute — The Wow Signal
- Breakthrough Initiatives — Breakthrough Listen
- Sci.News — Webb Detects Possible Biosignature Gases in Atmosphere of K2-18b
- ScienceDaily — A rare interstellar visitor triggered a SETI search for alien technology
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