當初在中國500米直徑球面射電望遠鏡（FAST）開建的時候，有朋友就說，我們的超大望遠鏡可以用來發現外星人呀！我當時自信滿滿地回答他：“我們的望遠鏡不可能拿來幹這麼LOW的事情”。好吧，現在我承認我錯了。
就在幾天前，中科院國家天文臺向媒體透露，中國“天眼”正式開啟對地外文明的搜索，尋找來自宇宙深處高智慧生命發出的信號。這意味著FAST已經加入了SETI活動。
中國“天眼”FAST
“哇哦！”
1977年8月15日，美國俄亥俄州立大學的科學家例行公事地將他們綽號“大耳朵”的射電望遠鏡對準天空，這項工作是“天空調查”的一部分，其目的是蒐集並記錄來自太空1415 MHz頻率（接近21cm氫線）的射電信號。幾天後，天文學家傑裡·R·埃曼（Jerry R. Ehman）在整理計算機打印輸出的數據時，無意中在一堆雜亂的數據中發現了異常：天線接收到人馬座方向一組帶寬小於10kHz的無線電信號“6EQUJ5”，這個信號時長為12秒，並且整個信號序列持續了72秒。
在人馬座附近發現疑似地外文明信號
傑裡激動地在打印稿上用紅筆畫了個圈，並且在旁邊寫下了“Wow！”因為他意識到天體本身不會發射這樣的信號，它一定是某種“人為”的結果。
儘管隨後的幾十年間在同樣的天區再也沒有探測到任何新的信號，但圍繞“Wow！”的謎團也一直挑戰著科學家的想象力——這組不同尋常的信息到底是從哪裡發出的？那裡究竟有沒有外星文明？
什麼是SETI？
SETI的英文全稱為Search for extraterrestrial intelligence（搜尋地外文明），這是一個由科學家發起的、由全球科學家團隊參與的一項探索活動，旨在通過接收無線電波來尋找、發現和定位可能的外星人。
望遠鏡陣列聚焦星體的示意圖
早在1960年代，科學家們就試圖探索地外文明可能發射的無線電波，當時美國和前蘇聯的科學家多次利用雷達天線搜索太空，期待獲得強大的無線電信號。由於一些技術上的原因（我們將在後面討論到），對外星文明的無線電搜索經常被嘲笑，資金也經常面臨枯竭，但科學家用他們的執著催生了SETI計劃並一直堅持至今。
絕大多數的射電望遠鏡並不是用來搜索外星人的，相比於對宇宙的科學研究，搜索外星文明可能發射的無線電波只能算是副業，但這依然要很高的費用，因為租用射電望遠鏡和使用它強大的計算機來分析數據都需要花錢，為此科學家們需要說服大財主支持。
進入21世紀時，加州大學伯克利分校的SETI研究所獲得了微軟合夥人保羅·艾倫基金會1150萬美元捐款，計劃建設350個6米直徑天線的艾倫望遠鏡陣列。在總共花掉保羅3000萬美元后，最終只建成了42個，目前專門用於外星訊號的搜尋。
艾倫望遠鏡陣列嚴重超支，進度拖沓
2015年，史蒂芬·霍金成功說服俄羅斯富豪尤里·米爾納投資1億美元，搞了一個名為“突破聆聽（ Breakthrough Listen）”計劃，這個計劃中將租用世界上最大的可操縱射電望遠鏡“綠岸”（科幻小說《三體》裡有“紅岸”）幾千個小時來進行SETI觀測。我們的FAST在2016年10月建設完成時也加入了這個計劃，開始對地外無線電信號的搜索。
FAST掃描脈衝星示意圖
FAST能找到外星信號嗎？
1977年美國“大耳朵”接收到的無線電信號“6EQUJ5”在科學界始終存在爭議，有人認為那只是地球上某臺無線電設備發射的無線電波束在電離層中反射折結果。真正的地外文明不會主動向太空發射信號以暴露自己的位置，同時那需要極強大的發射功率和漫長的等待時間（恆星間的距離往往以光年計），從星際通訊的角度看是不合理的。
在《三體》中，“紅岸基地”的巨大天線本身功率極高，即便如此它還需要依賴“太陽增益”來放大信號，才能將信息發射到四光年之外的半人馬座。當然了，那只是小說裡設想的情節，事實上，物理學家會根據“平方反比定律”來計算信號發射與到達目標的強度。
平方反比定律的示意圖
球體的表面積是4πr^2，也就是說它表面積的增加與半徑的平方成正比，當同樣數量的光子由近及遠，它們散佈的面積指數增加、單位面積數量也呈指數級下降。
如何理解“平方反比定律”呢？
點燃一支蠟燭，它會發出光，光是發散的。假設你將手掌放在1米遠的地方1秒鐘有100個光子照到你的手上，那麼你的手放在2米遠處有25個光子、3米遠處時有11個光子，10米遠呢？照到你手上的只有1個光子了。換句話說，你距離蠟燭越遠，看到的光就越弱，光的強度與你們之間距離的平方成反比。
蠟燭越遠，光線越弱，這符合平方反比定律
無線電波也是一種光子，你是否能夠接收到它與它的發射強度有關、與你接收設備的靈敏度有關，與你們之間的距離更有關係。我們知道距離地球最近的半人馬座“三體”星遠至4.2光年之外，那裡大概率沒有生命存在；而太陽系周圍其它的恆星距離我們動輒十幾甚至幾百光年，即使那裡有外星人，他們需要多大的發射功率才能讓我們接收到信號？
在我們的FAST建成之前，地面上最大的射電望遠鏡是位於波多黎各的305米口徑阿雷西博天文臺（Arecibo Observatory），據說它能接收到200光年處1GW有效輻射功率的它向射頻信號。
阿雷西博天文臺殘破的天線
位於貴州的FAST口徑達500米，它的靈敏度也高得多，理論上可以探測的距離更遠、範圍更大，但實際上科學家們認為人類頂多只能接收100光年以內的信息。
阿雷西博（上）與FAST（下）天線大小的比較
太空不那麼“透明”
地球的周圍包裹著一層厚厚的大氣，我們常說它有100公里厚，實際上在遠達60萬公里的地方依然有許多空氣粒子。
大氣層可以過濾掉一部分電磁波，同時地球的磁場也會對電磁波造成干擾。而在遠離地球的太空中散佈著稠密的太陽風，它們是太陽發射出來的高速運動的帶電粒子，這些帶電粒子在運動過程中產生的磁場保護了太陽系內部不被宇宙射線襲擾，太陽風與銀河系空間的邊界被稱為日光層。
因此太空看起來什麼都沒有，但它的透明是相對的，任何電磁波信號在太空中的長距離傳輸都會面臨巨大的衰減，對於可能的外星文明發射的弱電磁信號來說受到的影響更加明顯。
大氣層對電波的影響
希望渺茫，為何要去做？
中國的FAST望遠鏡計劃建設投資不到7億RMB，建成實際投資約12億，對於一臺巨型高精密的天文望遠鏡來說很便宜。但它承擔的科學任務卻異常艱鉅：
- 對宇宙中大範圍的中性氫調查，以重構宇宙早期圖景；
- 觀測脈衝星；
- 領導國際超長基線干涉儀（VLBI）探測網絡；
- 對星際分子進行檢測；
- 建立脈衝星時序陳列，構建星際導航網絡；
- 探測地外文明信號。
由於FAST的日常工作任務就是對科學家感興趣的天區進行搜索，通過它巨大靈敏的天線和19波束接收機蒐集太空中的電波信號，
SETI任務本身並不會額外加大設備的工作量，唯一增加的只是將望遠鏡接收到的海量信息通過計算機進行計算分析。所以這只是捎帶的工作，甚至不需要太多人工干涉。
FAST的控制中心
宇宙浩瀚，單銀河系中的恆星就達4000億顆，其中有相當一部分恆星擁有行星，從概率的角度看，人類不應該是其間唯一的智慧生命，那麼另一個“地球”在哪裡？它距離我們有多遠？這一直是待解的謎題。
FAST通過靜靜地“聆聽”來探索宇宙，從設計上看它也不具備主動向地外發射信息的能力，因此我們的研究是安全的（Arecibo Observatory不同，我們留到以後再講）。找到了自然更好，找不到也沒啥損失。即使未來某一天我們發現了更先進的地外文明，也可以選擇是否回答，因此主動權始終掌握在地球人手裡。
外星人會發現我們嗎？這是個問題
地球有人向太空發出過信號嗎？你別說還真有過。這事兒以及它可能造成的影響，我們下回分解。
