小校報

來自外星生命的訊息

精選系列: 齊來做溝通達人 作者: 木頭 最後更新: 10/08/2021

人類一直對天際充滿好奇。古人抬頭往天空一望,觀看日間太陽的起落,細賞月亮的盈虧,概歎星河的綺麗。科技日新月異,我們和天際的距離不斷的拉近。在海拔數百公里以上,有着各式各樣的人造衞星,有一些在管理人與人之間的通訊,有一些在觀察無數光年之外的星空。究竟星空之闊有沒有容下其他的生命?究竟人類如何才能接收到來自外星生命的訊息?

其實人類一直為這些問題下了不少的功夫。

以無線電聯絡太空船 - 美國太空總署深空網絡

聯絡太空並不是容易的事。若不能和在半空數百公里之上的太空船溝通,那麼我們又怎可以和光年之外的外星生命溝通呢?在這個問題之上,人類遇到以下的挑戰。

其一,我們的訊息如何能夠跨越這般的距離?無線訊號行走的距離越遠,強度便會不斷遞減。一旦訊號太弱,太空船便很難清晰接收並理解訊號。

其二,當太空船與地面的訊號之間相隔着一整個地球時,地面怎能與太空船一直保持聯繫,令太空船能夠有效地發揮本身的作用?

面對着這些問題,美國太空總署(NASA)建立了深空網絡(Deep Space Network, DSN),令到地面無時無刻都可以與各個太空船和太空站溝通。

2013年NASA深空網路成立50週年紀念圖章

 

首先,若要理解太空總署就着訊息減弱的問題所提出的解決方法,我們要理解所謂無線訊號是甚麼。

現時美國太空總署使用的傳輸媒介是無線電波(Radio wave)。無線電波本質上與光無異,都是屬於電磁輻射(Electromagnetic radiation)的一種,所以無線電波與光一樣都是以每秒約2.998億米(299792458米)的速度行走。但是,無線電波的強度與速度無關,而是與振動的頻率相關。當無線電波的頻率越高,強度就越高。

電磁輻射的波譜與性質 by Nl74, Inductiveload, NASA, Tonys 

 

美國太空總署將訊息以頻率過億赫茲(Hertz, Hz)的無線電發射到天空。如此高強度的無線訊號跨越天際後,依然能被太空船清晰接收。

即使訊號再強,如果中間隔着整個地球,訊號也很難傳到地球的另一端。因此,美國太空總署在建立訊號發射站的時候,也花了一點心思。

訊號發射站要能覆蓋整個天際的同時,又要減少建造的成本。有見及此,美國太空總署只選三個地方建立深空網絡的發射站。

由於地球是球體,只要每個發射站在經度(longitude)上相差120度,這三個發射站建成的網絡便可以360度全方位地覆蓋整個地球的空域,即使人造衞星、太空船和太空站以高速在地球軌道上行走,也能一直保持聯繫。

by SimonOrJ 

從北極點上空向下看的示意圖,顯示DSN觀測站的位置及視角。當一台探測器距離地球超過30,000公里,它便隨時處於一個以上探測站的視野之中,並與之建立聯繫。

 

無線電天文學

與地球上空幾百公里之上的太空船建立到無縫的溝通方法後,我們便可以向更遠的天際展望,尋找有可能存在外星生命的星體。

夜空中的星體有些能夠靠自己發光,例如夜空中一閃一閃的星星,其實可能是比太陽更大更光的恒星。相反,有些星體不能夠靠自己發光,以地球的天然衞星月亮為例,我們之所以可以看得見月亮,其實是靠月球表面反射內自太陽的光線。

可是,即使是能夠自行發光的星體,如果與我們距離太遠,有時候也很難被看見。我們如何發現這些人眼可能會錯過的天體?

還記得電磁輻射嗎?其實人眼只能夠看到很小部份的輻射,而我們把看得到的輻射稱為「可見光」。無線電天文學就能夠透過接收及分析天體發射出來的無線電,去找出我們平常看不見的天體,並了解它們的特質。

星系M87的無線電圖像

 

多年以來,科學家一直相信太陽系以外亦有其他行星存在。終於在1992年,天文學家亞歷山大·沃爾茲森運用無線電天文學,在處女座首次發現了一對環繞一顆脈衝星(PSR B1257+12)公轉的行星。隨後,天文學家繼續馬不停蹄地尋找這些「系外行星」,截至2021年8月1日,他們尋找到3552個其他的行星系及4801個環繞着它們運行的星球。

藝術家概念下的脈衝星PSR B1257+12和其行星 

 

搜尋地外文明計劃

直到現在,科學家仍然在茫茫宇宙之中尋找可能有生物居住的星球。人類會否有天真的能夠與千里之外的外星生命溝通?

由於無線電適合用作遠程通訊,因此有些科學家亦假定外星文明會用無線電與其他星球的文明溝通,於是一直接收來自天際的無線電,分析當中的強度或頻率變化是否蘊含來自外星生命的訊息。

搜尋地外文明計劃(SETI, Search for extra-terrestrial intelligence)過往就是一直都在利用無線電天文學去尋找外星訊息。雖然這個想法對於某些人而言是天馬行空,計劃途中在1981年更加曾被美國國會停止撥款。然而,SETI一直得到國內各界的支持,在各方遊說之下重新得到撥款之餘,更開拓了尋找外星文明的不同途徑。

為SETI提供數據的阿雷西博天文台望遠鏡,現時已損毀 by Mariordo (Mario Roberto Durán Ortiz) 

 

尋找外星生命的浪潮捲起,這個計劃亦組織了不同年齡層的人士去推廣與計劃相關的科普課程。由天體、星球演變的歷史,到生命與星球演變的關係,以至科技與尋找外星生命的進程,通通都包含在他們的課程之中。受這個計劃影響,人們對外星生命的好奇日漸增加。

外星文明離我們如此遙遠,我們又可以怎麼與他們溝通呢?科學家過往的不同猜想,亦在不同的流行文化作品之中反映出來。例如在2016年上映的電影《天煞異降》之中,一位語言學家就用盡方法了解外星文明,同時阻止世界各國與外星文明開戰。現時我們嘗試與外星文明溝通的方法有限,通常都只限於送往太陽系之外的實體物件或輻射訊號,外星文明回應我們亦可能需時。如果有天你能與外星人溝通,你會跟他們說甚麼呢?

2016年上映的電影《天煞異降》

 

阿雷西博射電望遠鏡於1974年向距離地球25,000光年的球狀星團M13發射一個稱為「阿雷西博信息」的訊息,希望可以和外星人聯繫 by Arne Nordmann  

 

 

作者簡介
木頭
木頭

不多話,性格比較慢熱,但待朋友很好。愛塗鴉,喜歡動漫畫和電子遊戲,還喜歡一切神秘的東西。

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