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《三体》又成真!科学家试图用太阳广播找外星人

编辑小小2024-03-26天文41

无论你是否喜欢《三体》的文学造诣,你都不得不承认刘慈欣为了吸引科幻迷下足了功夫,小说中的很多设定都有一定的科学依据。

比如,小说中人物叶文洁与三体文明取得联系的方法是通过太阳的能量来放大广播,最终才让4光年外的三体文明能够接收到信息。

《三体》又成真!科学家试图用太阳广播找外星人

由于电磁信号的强度在遥远天体间传播是微不足道的,而且宇宙中还有各种各样电磁波——所谓的“空间噪声”的干扰,直接发送电磁波建立天体间通信几乎不可能。

所以只能想办法放大电磁波来取得联系,我已经想不起来《三体》中这个放大广播具体是如何描述的,但是现实世界中有一种非常科学的方法确实可以利用太阳的力量来增强电磁波,并且有机会做到星际间两点的通信传输错误率只有两百万分之一。

那么,这到底是如何实现的呢,太阳的作用又是什么呢?

这个其实就是利用太阳的引力透镜效果。

《三体》又成真!科学家试图用太阳广播找外星人

我们知道装满水的玻璃杯会扭曲玻璃后面或内部的光线;在摄影镜头中,如果不进行校正,图像就会弯曲并且看起来不真实。

总之光线穿过一个光学透镜,它就不会走之前的直线了,其实引力也有这样的效果——准确的说是大质量的天体也能实现这个效果。

当光线穿过大质量天体的周围时,它就会扭曲(天体质量小时扭曲可忽略),就像是光线穿过透镜一样,所以这种现象被称为引力透镜。

之所以我们前文要对引力引发的这个效果后面加一个修饰表示那是大质量天体引发的,是因为众所周知,光是没有质量的,那么引力如何让它扭曲了呢?

《三体》又成真!科学家试图用太阳广播找外星人
时空扭曲示意图 Mysid

其实答案非常简单,根本没有引力,引力只是我们自己的感受或者想象出来的而已,而光线扭曲的原因是天体的质量导致空间发生了扭曲,所以即便没有质量的光线也被扭曲了,因为它经过扭曲的空间。

这正是爱因斯坦广义相对论试图告诉我们的,而实际上引力透镜就是爱因斯坦广义相对论的第一个直接证据,当然之后引力波再次证明爱因斯坦是正确的。

引力透镜现象可以让我们看到大质量天体后面的天体,这些天体如果没有引力透镜的作用,以我们现有的技术根本无法看到。

至于我们看到的是什么样的,取决于透镜对光线的扭曲情况——主要就是大质量天体的质量,以及它与成像天体(光源)、观察者的分布。

当我们在地球上观察时,观察者的位置固定,那么所成的像自然就是完全取决取决于透镜和光源。

《三体》又成真!科学家试图用太阳广播找外星人
时空扭曲示意图 Mysid

《三体》又成真!科学家试图用太阳广播找外星人
图:爱因斯坦环

这里有一个有趣的现象,就是当透镜和目标光源几乎完美对齐的时,那么地球上可以看到一个环形,这个被称为爱因斯坦环。

《三体》又成真!科学家试图用太阳广播找外星人
图:这个图片很好引力透镜导致观想扭曲,但是放大了背景星系(AI翻译)

当然,引力透镜某种意义上会放大目标——扭曲后再聚焦到一点的效果,就像是光学透镜的效果一样。

不过与光学透镜不同的是,引力透镜的光线在焦点之后不会发散(你可以用凸透镜试试光学透镜聚焦后在拉长,光线就发散),它会沿着焦点轴一直保持固定——这意味着焦点之后的每一个点都是引力透镜的焦点。

可以说引力透镜就是我们观察宇宙的重要“工具”,但是这和太阳有什么关系?与通信又有什么关系呢?

《三体》又成真!科学家试图用太阳广播找外星人
图源:NASA Ames/SETI Institute/JPL-Caltech

其实引力透镜不仅会扭曲光线,包括无线电波在内的其它任何波长的电磁波都会以相同方式扭曲,这意味着无线电波也会被放大。

太阳的质量已经足够大,它足够扭曲空间让自己变成一个“透镜”,这意味着我们可以直接利用太阳的引力透镜来做很多事情,当然也包括增强我们发射的无线电波。

所以,一些科学家认为,太阳就是人类能找到最好的“通讯设备”。

但是要利用这个“通讯设备”并没有想象得容易,首先第一点就是我们必须在焦点之外才能发送和接收信号。

焦点也就是光线经过太阳的引力透镜后聚焦的地方,这个距离是多长呢?

《三体》又成真!科学家试图用太阳广播找外星人

其实有公式可以计算出来,对于太阳而言,最短距离是550AU——地球到太阳距离的550倍,这个距离是太阳系老的第九大行星——冥王星和太阳距离的14倍。

以人类现有科技,要把无线电设备送到这个距离非常不容易,而且设备要到达那个位置也需要相当长的时间。

不过,早在1992年就已经有人提出了FOCAL任务(焦点任务),试图把探测器送到太阳的引力透镜焦点之外,并以此筹备资金。

这里还有一点需要提一下,就是太阳的日冕会对电磁波造成干扰,不过这个影响会随着距离拉远而减小。

我们前面提到过,引力透镜的成像在焦点之后不会发散,这是个天大的好消息,但是坏消息是要把设备送到更远的地方会更难。

不过,无论如何,将太阳作为增强通讯的手段是未来深空探索的重要手段,甚至可能是唯一手段。

《三体》又成真!科学家试图用太阳广播找外星人
深空通讯示意图,图源:Claudio Maccone

另外,有学者经过自己的结算,如果在距离我们最近的恒星系统中的半人马座α星(也就是南门二,它比太阳大)的焦点处也放置通讯设备,那么可以实现这两点(太阳和半人马座α星)间通讯错误率仅为两百万分之一,另外发射功率也小得惊人——只需十分之一毫瓦。

最后

我们现在试图将太阳作为通讯设备,那么是不是意味着比我们更加先进的文明也在这么做呢?

其实,大部分科学家对此都表示赞同的,只要文明发展到一定程度,好奇心和探索需求的驱使,就会让文明去建造这种通讯设备。

所以,虽然我们现在“太阳增强通讯”还只是在思想中,但是很可能有其它文明已经在自己恒星的焦点处安放了设备。

那么这意味着我们只要搜寻特定的波长,就有机会窃听潜在的地外文明无线电信息,这个是现在一些科学团队在做的事情,只是暂时都还没有进展,不过接下去人工智能的发展可能对此会很有帮助。

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