寻找地外文明｜Physics World 专栏知识分子XPhysicsWorld

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导读
【寻找地外文明｜Physics World 专栏】自首次发现系外行星，天文学家一直在寻找地外生命。 PhysicsWorld的这篇文章显示，寻找来自太空的生物学特征很重要，与此同时，搜索先进地外文明信号的想法正变得越来越流行。
撰文|戴维·阿佩尔（DavidAppell)
翻译|马超
校译|陈晓雪

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图1寻找外星污染物。如果外星高级生命存在的话，有可能会在其所居住的行星上排放工业污染。因此，系外行星大气层中的二氧化氮可以被当成一种文明信号。图源：NASA/JayFreidlander
1802年，年轻的德国数学家卡尔·弗里德里希·高斯（CarlFriedrichGauss）提出了一个想法——向可能存在的火星人宣告地球文明的存在，具体做法就是将西伯利亚的森林清理出一大片区域，种上小麦，并在此基础上绘制出一个表示毕达哥拉斯定理（勾股定理）的巨型图案。
大约80年后，为了向火星人展示人类的存在，天文学家帕西瓦尔·罗威尔（PercivalLowell）建议在撒哈拉沙漠中挖运河。罗威尔是罗威尔天文台的创建者，该天文台位于美国亚利桑那州的弗拉格斯塔夫。他也是火星表面存在运河假说的支持者。他的计划是在挖好的运河中倒入油，然后点燃，从而吸引火星人的注意。
尽管这两个想法都没有付诸实践，但却是关于“科技信号”或“科技标记物”的两个典型案例，暗示了过去或者当前正在进行的科技活动，进而证明先进行星文明的存在。在茫茫宇宙中搜寻这种文明信号可能听起来有些过于科幻，然而在过去的几年里，天文学家们已经在制定探测地外文明科技信号的计划了，因为新一代太空望远镜可能具备这样的能力来探测到它们，比如预计在今年12月升空的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）。
01巡天
近60年来，射电天文学家一直在想方设法提高望远镜的观测能力，寻找可能源自于地外高级文明的信号。直到今天，这种高级信号的探测仍未被证实，但天文学家已经发了几个非常有趣的太空信号。其中非常有名的是一个长达72秒的“WOW”信号，它由俄亥俄州立大学的大耳朵射电望远镜于1977年8月15日探测到。另一个著名射电信号，简称BLC1 ，在2019年4月和5月被分别探测到。虽然“WOW”信号中包含了诸多地外起源的特征，但类似的信号后来再也没有探测到。 BLC1来源于离我们最近的恒星——比临星，目前天文学家仍在分析它。
最近几十年，这一研究领域另一巨大突破是关于系外行星的研究。自1992年首次发现两颗系外行星，天文学家们充分利用开普勒太空望远镜以及其他望远镜，发现了超过4400颗系外行星，还有众多行星候选体等待确认。这些系外行星的物理性质千差万别，从类地行星到超级地球，从类海王星到热木星等等。平均来看，每颗恒星都有一颗环绕其自身运行的行星，其中一些恒星甚至有多颗行星，就像我们的太阳有八颗大行星环绕。
随着如此之多的系外行星得到发现，天体生物学家们一直在研究来自这些遥远行星的生物学信号。类似于上述的文明信号，生物学信号代表着遥远世界存在生命的迹象，可能是高级智慧生命，也可能是其他。当目标行星运行到其宿主恒星和我们地球之间的位置，科学家通过分析行星大气的电磁吸收谱，就能推断该行星的大气层中是否存在氧气、甲烷、水蒸气和臭氧。到目前为止，天文学家已经通过这种方式研究分析了几颗类木系外行星的大气层，接下来他们将利用更强大的韦伯太空望远镜来分析体积更小的类地行星。