《三體》中用太陽放大信號并不靠譜

都芃

當強大的電磁波從山頂的雷達天線穿破云層射向天空，巨大的能量使周圍冰雪融化、鳥獸驚散……2月14日，改編自劉慈欣著名科幻小說《三體》的同名電視劇迎來大結局，劇中“紅岸基地”發射電磁波信號的場景給觀眾留下了深刻印象。

在“紅岸基地”，主人公利用雷達天線對準太陽發射電磁波信號，從而將信號放大、向宇宙深處傳遞的一幕，可以看作是整個“三體”故事的開端。雖然這一幕來源于作者天馬行空的想象，但在現實世界的科學探索中，人類早已開始利用電磁波來尋找地外文明。

太陽并非理想的信號放大器

在電視劇《三體》第一集的開始，便交待了這樣一個場景：一位年輕的女科學家調整雷達天線角度，使其對準太陽發射信號。這位女科學家正是劇中主人公之一葉文潔，其所在的“紅岸基地”是人類為了探索地外文明，以實現科技跨越式發展的秘密發射基地。在這里，葉文潔通過學習，意外發現了一種特殊的電磁波信號傳輸方法，即利用太陽的鏡面增益反射效應，把太陽當作一個信號放大器，將地球上發出的信號強度增大幾十億倍。借助這種方法，葉文潔得以將地球上發出的、微不足道的信號放大到了“恒星級”，從而向宇宙深處的地外文明發出了召喚，引發了后來“三體人”來到地球的一系列故事。

利用太陽作為信號放大器，在現實中可行嗎？答案可能并不如小說中那么美好。

中國科學院國家天文臺研究員李然認為：“這是一個滿足劇情需要的科幻設定，在現實中是行不通的。向太陽發送無線電波，無法產生小說中的那種放大效應。”

借助原著故事中的細節推測，葉文潔所發射的電磁波信號頻率應為22000兆赫茲，大約位于微波頻段。頻率略高于人類通信常用的無線電波段。但太陽作為一個恒星，本身會散發出包括部分微波在內的大量電磁波，且強度遠遠高于人類發射的電磁波。因此當人類對著太陽發射電磁波時，就像是一滴水流進了大海里，不僅無法放大電磁波信號，其自身也會消失得無影無蹤。

雖然太陽無法放大人類發出的電磁波信號，但另有一個相似理論確實可以幫助人類放大宇宙信號。根據愛因斯坦廣義相對論，光線在經過大質量天體時會產生彎曲，這就類似于透鏡對于光線的作用，因此這種現象也被稱為微引力透鏡效應。如果我們和極其遙遠的發光天體之間存在一些致密的引力源，它們的引力場便會像放大鏡一樣使得我們接收到的光線強度產生相應變化。于是人類便可以利用這個效應來搜尋黑洞，甚至是其他恒星系統的行星。

圖畫或許是最有效的信息形式

向宇宙中發射電磁波，試圖溝通地外文明，這早已不是科幻小說的專屬。早在1974年，位于波多黎各的阿雷西博射電望遠鏡剛剛完成改造，天文學家弗蘭克·德雷克便提出，利用該望遠鏡的3臺發射機，主動向地外星系發射無線電信號，以期擁有高等文明的外星生物能夠接收到。于是德雷克團隊向距離地球2.5萬光年的武仙座球狀星團M13發射了一段持續169秒的無線電信號，這一信號也被稱為阿雷西博信息。

但德雷克與葉文潔最初面臨的問題一樣，發射信號功率太小。德雷克發出的無線電信號功率只有450千瓦，在龐大的銀河系面前，這就像對太平洋中投入一粒石子，激起的漣漪微乎其微。但李然表示：“電磁波信號雖然會隨著距離而衰減，但并不會完全消失。能否被接收到，不完全取決于發射功率，還取決于外星文明的接收能力。”

此外，要想與地外文明實現有效溝通，信息的呈現形式同樣重要。在“三體”故事中，葉文潔為了能和地外文明溝通，創建了一套信息自譯解系統。她利用宇宙通用的基本數學和物理原理，建立了一個基本的語言元碼系，隨后在此基礎上建立起了基本的語言體系，實現了與“三體人”的對話。

在現實中，至今仍飛馳在宇宙中的阿雷西博信息由1679個二進制數字構成。假設該信息的接收者會先將其排成一個長方形，由于數字1679只能由兩個質數相乘，因此阿雷西博信息便會被拆解成73條橫行及23條豎列。在此基礎上，阿雷西博信息便會呈現出一幅圖畫。如果相反，接收者把它排成了23條橫行、73條豎列，該信息就會變成噪音，沒有任何意義。

在阿雷西博信息轉換成的圖畫中，包含了關于人類DNA雙螺旋、數學、太陽系、天文臺等人類文明的相關信息。但無論人類采用何種“語言”與地外文明溝通，都免不了最終只是“一廂情愿”的可能，因為誰也無法保證地外文明能否完整、準確地理解人類意圖。李然認為，要實現與另一種智慧生命的溝通交流，目前來看，圖像是最好的辦法，“外星文明可能從圖像中找到可以直接理解的信息，比如一個天體的外貌、一個生命體的輪廓等。”

主動尋找地外文明的“聲音”

除了主動發射信號聯絡地外文明，人類同時也在尋找著來自地外文明的“聲音”。

自從射電望遠鏡被發明以來，搜索來自地外文明的信號，一直是其重要的工作方向。不同于光學望遠鏡主要通過可見光觀察宇宙，射電望遠鏡能夠接收宇宙中的無線電波。因此，當地外文明高度發達，具備通信能力時，或許它們發出的通信無線電波便會被地球上的射電望遠鏡捕捉到。

射電望遠鏡的口徑越大，其捕捉信號的能力越強。被稱為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）是目前世界上最大的單口徑射電望遠鏡。曾多次參與“中國天眼”相關研究的之江實驗室計算天文方向項目負責人、青年科學家馮毅介紹，“中國天眼”最大的特點就是靈敏度非常高，綜合性能大致是阿雷西博望遠鏡的10倍。不過，阿雷西博望遠鏡已于2020年底塌毀。

除了“中國天眼”這種固定式大口徑射電望遠鏡，還有一種口徑相對較小，但卻可以靈活轉動的射電望遠鏡。如位于美國西弗吉尼亞的、目前世界上最大的全動射電望遠鏡——綠岸射電天文望遠鏡（也稱綠灣射電天文望遠鏡）。馮毅認為，或許“三體”故事中“紅岸基地”的名字正是借鑒于此。

雖然地球上有諸多望遠鏡正對準遙遠的深空，試圖尋找地外文明的蛛絲馬跡，但目前仍是一無所獲。要搜尋地外文明的信號，首先需要了解其信號的具體特征。但馮毅表示，其實目前人類也不知道地外文明發出的信號是什么樣的。因為人類也沒有真正發現過地外文明，無法判斷它們會產生什么信號。目前無論采用何種方式搜索地外文明信號，其實仍是以人類文明的信號特征作為參考，“人類使用什么信號，我們就覺得地外文明也是采用這種信號。比如在射電波段，人類能造出的信號是窄帶的，所以我們也用這種特征去搜尋地外文明信號。”馮毅說。

雖然“三體”的故事向人類聯絡地外文明的行為發出了警告，但面對未知的宇宙，人類不會停下探索的腳步。