当初在中国500米直径球面射电望远镜（FAST）开建的时候，有朋友就说，我们的超大望远镜可以用来发现外星人呀！我当时自信满满地回答他：“我们的望远镜不可能拿来干这么LOW的事情”。好吧，现在我承认我错了。
就在几天前，中科院国家天文台向媒体透露，中国“天眼”正式开启对地外文明的搜索，寻找来自宇宙深处高智慧生命发出的信号。这意味着FAST已经加入了SETI活动。
中国“天眼”FAST
“哇哦！”
1977年8月15日，美国俄亥俄州立大学的科学家例行公事地将他们绰号“大耳朵”的射电望远镜对准天空，这项工作是“天空调查”的一部分，其目的是搜集并记录来自太空1415 MHz频率（接近21cm氢线）的射电信号。几天后，天文学家杰里·R·埃曼（Jerry R. Ehman）在整理计算机打印输出的数据时，无意中在一堆杂乱的数据中发现了异常：天线接收到人马座方向一组带宽小于10kHz的无线电信号“6EQUJ5”，这个信号时长为12秒，并且整个信号序列持续了72秒。
在人马座附近发现疑似地外文明信号
杰里激动地在打印稿上用红笔画了个圈，并且在旁边写下了“Wow！”因为他意识到天体本身不会发射这样的信号，它一定是某种“人为”的结果。
尽管随后的几十年间在同样的天区再也没有探测到任何新的信号，但围绕“Wow！”的谜团也一直挑战着科学家的想象力——这组不同寻常的信息到底是从哪里发出的？那里究竟有没有外星文明？
什么是SETI？
SETI的英文全称为Search for extraterrestrial intelligence（搜寻地外文明），这是一个由科学家发起的、由全球科学家团队参与的一项探索活动，旨在通过接收无线电波来寻找、发现和定位可能的外星人。
望远镜阵列聚焦星体的示意图
早在1960年代，科学家们就试图探索地外文明可能发射的无线电波，当时美国和前苏联的科学家多次利用雷达天线搜索太空，期待获得强大的无线电信号。由于一些技术上的原因（我们将在后面讨论到），对外星文明的无线电搜索经常被嘲笑，资金也经常面临枯竭，但科学家用他们的执着催生了SETI计划并一直坚持至今。
绝大多数的射电望远镜并不是用来搜索外星人的，相比于对宇宙的科学研究，搜索外星文明可能发射的无线电波只能算是副业，但这依然要很高的费用，因为租用射电望远镜和使用它强大的计算机来分析数据都需要花钱，为此科学家们需要说服大财主支持。
进入21世纪时，加州大学伯克利分校的SETI研究所获得了微软合伙人保罗·艾伦基金会1150万美元捐款，计划建设350个6米直径天线的艾伦望远镜阵列。在总共花掉保罗3000万美元后，最终只建成了42个，目前专门用于外星讯号的搜寻。
艾伦望远镜阵列严重超支，进度拖沓
2015年，史蒂芬·霍金成功说服俄罗斯富豪尤里·米尔纳投资1亿美元，搞了一个名为“突破聆听（ Breakthrough Listen）”计划，这个计划中将租用世界上最大的可操纵射电望远镜“绿岸”（科幻小说《三体》里有“红岸”）几千个小时来进行SETI观测。我们的FAST在2016年10月建设完成时也加入了这个计划，开始对地外无线电信号的搜索。
FAST扫描脉冲星示意图
FAST能找到外星信号吗？
1977年美国“大耳朵”接收到的无线电信号“6EQUJ5”在科学界始终存在争议，有人认为那只是地球上某台无线电设备发射的无线电波束在电离层中反射折结果。真正的地外文明不会主动向太空发射信号以暴露自己的位置，同时那需要极强大的发射功率和漫长的等待时间（恒星间的距离往往以光年计），从星际通讯的角度看是不合理的。
在《三体》中，“红岸基地”的巨大天线本身功率极高，即便如此它还需要依赖“太阳增益”来放大信号，才能将信息发射到四光年之外的半人马座。当然了，那只是小说里设想的情节，事实上，物理学家会根据“平方反比定律”来计算信号发射与到达目标的强度。
平方反比定律的示意图
球体的表面积是4πr^2，也就是说它表面积的增加与半径的平方成正比，当同样数量的光子由近及远，它们散布的面积指数增加、单位面积数量也呈指数级下降。
如何理解“平方反比定律”呢？
点燃一支蜡烛，它会发出光，光是发散的。假设你将手掌放在1米远的地方1秒钟有100个光子照到你的手上，那么你的手放在2米远处有25个光子、3米远处时有11个光子，10米远呢？照到你手上的只有1个光子了。换句话说，你距离蜡烛越远，看到的光就越弱，光的强度与你们之间距离的平方成反比。
蜡烛越远，光线越弱，这符合平方反比定律
无线电波也是一种光子，你是否能够接收到它与它的发射强度有关、与你接收设备的灵敏度有关，与你们之间的距离更有关系。我们知道距离地球最近的半人马座“三体”星远至4.2光年之外，那里大概率没有生命存在；而太阳系周围其它的恒星距离我们动辄十几甚至几百光年，即使那里有外星人，他们需要多大的发射功率才能让我们接收到信号？
在我们的FAST建成之前，地面上最大的射电望远镜是位于波多黎各的305米口径阿雷西博天文台（Arecibo Observatory），据说它能接收到200光年处1GW有效辐射功率的它向射频信号。
阿雷西博天文台残破的天线
位于贵州的FAST口径达500米，它的灵敏度也高得多，理论上可以探测的距离更远、范围更大，但实际上科学家们认为人类顶多只能接收100光年以内的信息。
阿雷西博（上）与FAST（下）天线大小的比较
太空不那么“透明”
地球的周围包裹着一层厚厚的大气，我们常说它有100公里厚，实际上在远达60万公里的地方依然有许多空气粒子。
大气层可以过滤掉一部分电磁波，同时地球的磁场也会对电磁波造成干扰。而在远离地球的太空中散布着稠密的太阳风，它们是太阳发射出来的高速运动的带电粒子，这些带电粒子在运动过程中产生的磁场保护了太阳系内部不被宇宙射线袭扰，太阳风与银河系空间的边界被称为日光层。
因此太空看起来什么都没有，但它的透明是相对的，任何电磁波信号在太空中的长距离传输都会面临巨大的衰减，对于可能的外星文明发射的弱电磁信号来说受到的影响更加明显。
大气层对电波的影响
希望渺茫，为何要去做？
中国的FAST望远镜计划建设投资不到7亿RMB，建成实际投资约12亿，对于一台巨型高精密的天文望远镜来说很便宜。但它承担的科学任务却异常艰巨：
- 对宇宙中大范围的中性氢调查，以重构宇宙早期图景；
- 观测脉冲星；
- 领导国际超长基线干涉仪（VLBI）探测网络；
- 对星际分子进行检测；
- 建立脉冲星时序陈列，构建星际导航网络；
- 探测地外文明信号。
由于FAST的日常工作任务就是对科学家感兴趣的天区进行搜索，通过它巨大灵敏的天线和19波束接收机搜集太空中的电波信号，
SETI任务本身并不会额外加大设备的工作量，唯一增加的只是将望远镜接收到的海量信息通过计算机进行计算分析。所以这只是捎带的工作，甚至不需要太多人工干涉。
FAST的控制中心
宇宙浩瀚，单银河系中的恒星就达4000亿颗，其中有相当一部分恒星拥有行星，从概率的角度看，人类不应该是其间唯一的智慧生命，那么另一个“地球”在哪里？它距离我们有多远？这一直是待解的谜题。
FAST通过静静地“聆听”来探索宇宙，从设计上看它也不具备主动向地外发射信息的能力，因此我们的研究是安全的（Arecibo Observatory不同，我们留到以后再讲）。找到了自然更好，找不到也没啥损失。即使未来某一天我们发现了更先进的地外文明，也可以选择是否回答，因此主动权始终掌握在地球人手里。
外星人会发现我们吗？这是个问题
地球有人向太空发出过信号吗？你别说还真有过。这事儿以及它可能造成的影响，我们下回分解。
