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先进地外文明有可能利用行星凌日现象建立了银河互联网

漫步宇宙2018-11-07 15:07:16

最近的一项新研究显示,地外文明有可能人为地制造了行星凌日现象,其目的是创建一个星际通信系统。

(来源:美国国家航空航天局/蒂姆·派尔)

 

几十年前,恩里科·费米在谈论外星人时就提出过著名的悖论“他们都在哪儿呢?”,时至今日我们依旧为找不到外星文明而苦恼。搜寻地外文明计划(Search for Extraterrestrial Intelligence,简称SETI)多年来一直在试图定位来自太空的无线电信号,也一直在努力尝试发现遥远星系中地外文明的迹象,但到目前为止还未取得实质性成果。

 

但正如历史教会我们的那样,失败在某种程度上会激发新的、令人感兴趣的创意。比如说,圣安德鲁斯大学的邓肯·H·福根博士在最近发表的一篇论文中提出,地外文明有可能是通过人为制造行星凌日现象来进行相互通信的。这里所说的行星凌日,成因是光的直线传播定律,当地球、太阳、水星或金星在同一直线上,水星或金星从地球与太阳之间经过时,人们将看到一个小黑点从日面移过,这就是水星(或金星)凌日,也称为行星凌日,这里的“日”在太阳系中就是太阳,而在地外文明中就是所在星系的恒星。地外先进物种现在就可能正在通过这种银河互联网向我们发送着信号。

 

福根最近刚刚在线发布了他的论文《太阳系外行星凌日可作为星际通信网络的基础》。邓肯·H·福根博士是一名在安德鲁斯大学(苏格兰最古老的学术机构)的苏格兰大学物理学联盟以及物理与天文学院工作的研究人员,也是圣安德鲁斯大学太阳系外行星科学中心的成员。

 

他的论文首先探讨了两个关于星际通信的基础性问题:定时及能量消耗。通过无线电传输方式在星际距离上传输信息所消耗的能量高得让人望而却步。虽然光学通信(即激光)所需能量较少,但进行光学通信定位却需要进行异常精确的定时操作。

 

因此,这两种方法都不适合用于建立可靠的星际通信系统。人类近期对太阳系外行星的探索活动给了福根很多启示。他认为,以行星凌日现象为基础进行星际通信可以解决这两个问题。其原因在于,行星凌日是目前最常见、最可靠的发现太阳系外行星的方法之一。

 

通过观测行星或其他物体从观测者及恒星间穿过所导致的恒星周期性亮度衰减,天文学家可以确定一个恒星是否具有行星系。这种方法同样可以用来测定太阳系外行星大气层的状态和成分。福根在论文中指出,这种方法亦可用来与其他文明进行相互通信:

 

“如果外星人B正在对A星系的行星凌日进行观测,外星人A就可与外星人B进行通信,方法有两种,一种是外星人A建造一个太空建筑,以此制造外星人B可以观测到的行星凌日现象,第二种是使用行星凌日现象来进行定时,并在此期间向外星人B发送信号。这两种方式的能量消耗都要比传统电磁信息传输方法小得多。”


银河系宜居带。

来源:美国国家航空航天局/加州理工学院


简单来说,福根认为在银河系宜居带(银河系中最可能出现生命的区域)中的生命物种可能会发现,相互之间通信的最好方式是在太空中修建超级建筑来人为制造行星凌日现象。其他外星文明也会和我们一样对这些行星凌日现象进行观测,这会引导观测到这些现象的外星文明做出在其他星系存在着先进文明的结论。

 

他甚至还估计了这种传输方式发生的概率。他说:“一条消息以光速传送20个千秒差距(千秒差距是天文学距离单位,银河系宜居带的直径约为20个千秒差距是)所需要的时间不超过0.06个Myr(天文学时间单位,意思是百万年)。如果我们假定在一个相对短的时间尺度内,两个外星文明均能够在行星凌日区域内停留100,000年(在时间尺度上两个文明相互靠近的具体方式,对行星及恒星轨道的长期演化存在重要影响),那么总共可进行30次信息通信。此外,这种方法并不妨碍通过其他方式进行持续性通信。

 

这听起来就有点熟悉了,可能就是有的科学家所说的,围绕着标号为KIC 8462852的恒星“塔比星”所发生的故事。这颗恒星是美国耶鲁大学天文学家塔贝莎·博亚吉安发现的,她观察到这颗标号为KIC 8462852的恒星出现过大规模光强衰减,此后,这颗由开普勒空间望远镜监测到的恒星就受到天文学界和爱好者的“追捧”,因为塔贝莎有个外号叫“塔比”,所以该恒星就被称为“塔比星”。2015年5月,天文学家注意到,在过去数年里塔比星出现过大规模光强衰减。对这种现象难于做出合理的自然解释,导致有些人提出,这有可能是外星人在太空中修建了超级建筑,恒星光强衰减就是该超级建筑从恒星表面穿过时造成的。

 

根据福根的研究,这种可能性并非完全是牵强附会,实际上,这是与其他先进物种通信时一种相对经济实惠的方式。他使用数学图论做出估计,银河系宜居带中的文明可在100万年里建立充分互联的网络,该区域内的所有文明都可以直接或间接进行相互通信。

 

这种通信系统只需较少的能量来传输数据,其信号传输范围仅受到文明分布范围的限制。除了能耗小、范围广之外(这里要推定文明之间会相互帮助转递信息),这一方法还具有其他优势。其中一个优势是,接收系外行星通过行星凌日方式发送的信息需要极高的技术。

 

换言之,一个文明需要达到一定的发展水平才有希望能够加入这个通信网络。这一技术门槛就可以防止出现不幸的“文明污染”,意思就是,不要在欠发达文明未准备好之前就让该欠发达文明知道其他外星文明的存在。另一个优势是,行星凌日传输网络的信号具有极高的可预测性,每一次通信传输都对应着一次已知的轨道周期。

 

话虽这么说,福根也承认存在着一些缺点。首先,信号的周期性将会是一把双刃剑,也就是说,只有在接受者开始观测到行星凌日现象时信号才能传输。超级建筑有可能会发生移动,凌日周期也会因此而发生变化,这就给信息传输及接收的同步定时带来了困难。

 

针对研究分析中存在的局限性,福根还承认该研究依赖于固定的恒星轨道。而实际情况是,恒星轨道不是永远固定的,它会随着时间出现变化,恒星会在宇宙时间尺度上有规律地进入或离开银河系宜居带。此外,银河系中的稠密区域球状星团(因外形类似球形而得名,由成千上万甚至数十万颗恒星组成,外貌呈球形,越往中心恒星越密集,最多可包含100万颗恒星)以及场星(在星团或星协所在天区中,但却不属于它们的成员的恒星)分布的区域,这两种区域中假设建立了通信网络,两类网络之间将会存在很大的差异,这也将是个问题。双星(两颗绕着共同的重心旋转的恒星)系统因为其恒星轨道变化很快,同样不在本次研究分析的考虑范围之内。

外星人超级建筑是否有可能是星际通信的关键? 

来源:凯文·吉尔


此外,如果行星受到附近行星、伴星(组成双星的两颗恒星均称“双子星”,其中较亮的一颗称为主星,较暗的一颗,称为伴星)或临近其他恒星的微扰,其轨道会随着时间变化。导致凌日行星的可见性在宇宙时间尺度上因此会出现较大改变。最后,但并非最不重要的是,该研究假设宇宙中文明的自然生命期限大约为100万年,这一假设目前还没有任确实依据。

 

然而,这些缺点对福根的研究结论并不存在重大影响。福根已经考虑到了恒星及行星的动态特性,而且只是假设文明存在的时间一般为100万年,他认为建立此类的星际通信网络在理论上是可能的。除此之外,用于人为制造凌日现象的超级建筑等物体在文明灭绝之后还可继续向其他文明物种传送信号。

 

针对费米悖论,福根认为,这种通信信号需要很长时间才能够检测到,所以才迟迟没有发现外星人在哪里。他在论文中概括说:“我发现,在任何时刻,都只有少数几个文明能通过凌日现象进行通信。然而,我们将会发现,真正的网络建设是累积性的,任何时候的一次“握手”(握手是在通信连接建立之后,信息传输开始之前的一种连接操作,握手的目的是确定参数,如信息传输率、密码表、奇偶校验、中断过程和其他协议特性)连接成功,可确保将来以电磁信号方式成功实现连接,反复持续的成功连接会形成累计效应,有助于扩大网络建设规模。在我们所有的模拟中,累积性网络可连接所有的文明,形成一个完整的通信网络。如果文明之间共享这一星际网络连接方面的知识,可在千年的时间尺度内建成完整的通信网络。这一网络一旦建成,即可通过直接或中介方式连接任意两个文明,其信息传输途径将会大大小于银河系宜居带的空间维度。”

 

总的来说,我们到目前为止没有听见、没有发现外星人,可能只是一个时机不对的问题,可能还需要更多的时间。要不然,也有可能仅仅是我们还没有意识到已经有外星人在向地球发送信号了。这些分析还仅仅是猜测,或者说是一些以人类为中心的假设,但这些分析提供了相当的希望,令人很感兴趣。它还为我们提供了一个潜在的,可用于我们正在进行的地外文明搜寻计划的工具。


星汉灿烂,若出其里。幸甚至哉,宇宙通信!

来源:欧洲南方天文台(European Southern Observatory,简称ESO)/ M·科恩梅塞尔


重要的是,它为费米悖论提供了一个我们早已遇见但却未真正明了的可能解释。正如我们所知,塔比星光强衰减观测现象证明了塔比星附近行星可能存在着一个外星文明,该文明也有可能已经灭亡了。但是,这里的关键词是“可能”,因为还没有确实证据可明确证实这一猜测。

 

这篇论文所提出的可能性非常令人激动,在今后几年里,它可能会大大推动太阳系外行星的搜寻工作。随着詹姆斯韦伯太空望远镜、凌日系外行星观测卫星(Transiting Exoplanet Survey Satellite,简称TESS)等下一代太空任务计划的部署开展,我们有望对太阳系附近及遥远之处的恒星星系取得更多的了解。

 

我们还会不会发现更多的无法解释的恒星光强衰减呢?很有可能,但也不好说。重点是,如果我们无法为恒星光强衰减找到一个合理原因,这篇论文至少为我们提供了一个可能的解释。搞不好,我们附近的文明正在给我们发信号,邀请我们“登录”星际通信网络呢!


行星凌日的大致原理

 

来源:https://www.universetoday.com/

责编:钟狼将


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