作者：金佳 & 汪诘
引：一个极不寻常的信号
2016 年 8 月 29 日一早，加州大学伯克利分校的史蒂夫·克罗夫特（Steve Croft）[1]踏着百年钟楼的钟声，急冲冲地跨入物理学院北楼的伯克利 SETI[2] 研究中心。
图：Steve Croft 在 SETI 中心
他惊奇地发现，此时的研究中心已经坐满了人，大伙儿不约而同地都赶来了。他的同事安德鲁·西蒙（Andrew Siemion）[3]坐在电脑前，屏幕上显示的是一个在一片草地上的巨型圆环建筑，像是某个超级工程。此时此刻，这个看上去像一个圆形角斗场的东西，已经引起了整个天文界甚至是媒体界的注意。
图：Andrew Siemion
史蒂夫一进门就冲着西蒙说：“安德鲁，看来你们也看到了，武仙座，HD 164595，这个方向我们以前还真没注意过。”
西蒙转过椅子，面对着史蒂夫笑着说道：“你是不是跟我一样，一晚都没睡？这个消息可是让我兴奋了一晚上，迫不及待等天亮。“
他顺手喝了一口咖啡继续说道，“国际宇宙航行科学院 SETI 常设委员会今天凌晨已经把相关资料发给我们了，我正在研究那些资料。我觉得我们现在的当务之急，是赶紧对准那个方向，看看能收到什么。”
“我也是这么想的。” 史蒂夫说完便打了个响指，说道：“伙计们，开工了，大卫[4]，调整绿岸角度，对准 HD 164595 方向。丹[5]，准备实时分析绿岸接收到的一切信号。希望俄罗斯人这次没有闹乌龙。”
图：晨曦中的绿岸望远镜
在黎明的晨光中，绿岸望远镜缓缓转动着它庞大的身躯，对准了武仙座方向的一块天区。就是在这个方向，俄罗斯的一台射电望远镜收到了极不寻常的信号。
但我们今天这期节目的主角并不是绿岸望远镜，而是俄罗斯的这台建于上世纪七十年代的大型射电望远镜，它有着不平凡的身世。
造型奇特的 RATAN-600
二十世纪五十年代末，美苏两国正处在冷战时期，旷日持久的太空竞赛拉开帷幕。建设大型射电望远镜对太空探索和国防都有着重要的价值，美苏两国都卯足了劲，争相上马一个个大望远镜工程。
图：RATAN-600 平面图（俄语是 PATAH-600）
1965 年 8 月 18 日，俄罗斯科学院射电天文望远镜工程开工建设，它的英文缩写是 RATAN-600（拉坦600），后面这个数字代表这台望远镜的直径约 600 米。整台望远镜占地面积约 26 万平方米，差不多相当于 40 个标准足球场那么大。
直径 600 米，听着好像很吓人，要知道比它晚 50 年建成的中国天眼的口径也只有 500 米。但注意听，一个是直径，一个是口径，一字之差，那差别可就大了去了。
让我们先来了解一下这台望远镜的奇特造型。它是由 895 块反射单元围成的一个正圆形，从高空看就像一枚戒指。每一个反射单元宽 2 米，高 11.4 米。
图：一个个宽 2 米，高 11.4 米的反射单元
因此，这台望远镜的直径虽然大得吓人，但真正的有效接收面积却并不大，只相当于美国阿雷西博射电望远镜接收面积的 16.5%，中国天眼的 6% 而已。
RATAN-600 的三种工作模式
这台造型奇特的射电望远镜有三种不同的工作模式[6]：
第一种叫双镜模式，多块环状反射板组成的扇面将微波聚焦到柱面次镜后，再将微波传向接受器的馈源舱。RATAN 拥有三个柱面次镜，每个次镜用于主镜的一个扇区。这些次镜可以根据主镜的观测角度，在轨道上移动进行信号的对焦工作。
这三个柱面次镜既可以同时对不同对象进行观测，也可以对同一个对象的不同方位角进行观测，从而形成一张二维的方位合成图。
第二种叫三镜模式，RATAN 的南半区域有一块平面反射板，这个反射板与南区的主镜相结合，可以将通过平面反射板的微波反射到环状主镜反射板后，再聚焦到柱面次镜上。
这种设计结构被称为克劳斯型望远镜，是由美国俄亥俄州立大学的天文学家克劳斯（John D. Kraus，1910-2004）提出的，首先被应用于那台俗称“大耳朵”的俄亥俄州立大学州立大学望远镜的建造中。
图：克劳斯与“大耳朵”的合影
RATAN 在克劳斯型望远镜设计基础上，给平面反射板加上了铁轨，这样不仅可以获得大口径望远镜一样宽广的天空扫描区域，同时还能利用铁轨移动平面反射板跟踪观测目标。
第三种工作模式是对 RATAN 正上方的天顶进行观测时采用的观测方式，这时就要利用整个环形反射器，与位于中心的锥心次镜和接受器一起工作，才能获得正上方天域的扫描信息。
月球观测计划
开工后的第九年，也就是 1974 年，RATAN-600 开始运行，但直到 1977 年初才全部建设完毕。在它开始投入运行后的众多任务中，苏联宇航局下达的月亮观测计划着实给了科学家们一个不大不小的惊喜。当时宇航局突发奇想，希望利用 RATAN-600 对月亮表面进行地毯式扫描，顺便测试一下这座新望远镜的整体性能。
谁知道这次观测结果却让所有人吃了一大惊。第一次扫描只针对了月亮表面部分区域，天文学家居然发现了两个强烈的微波信号发射源，可以肯定这些微波并不是月球自然产生的，这让前苏联的专家们非常惊讶，有人以为那是外星人干的。他们对剩余的月球表面继续扫描，结果又发现了三个微波信号发射源，这让专家们更吃惊了。
专家们带着这些意想不到的观测结果来到了莫斯科空间研究院，他们咨询了各类专家并且调阅了大量资料，竟然发现，这些信号源的月球坐标点居然和美国阿波罗宇宙飞船的五次着陆点出奇的一致，这说明，这些信号发射器肯定是美国人留下的。
原来这些被探测到的发射器真是阿波罗登月计划的一部分，全称为阿波罗月球表面实验包（Apollo Lunar Surface Experiment Package），当时这个计划细节并没有公布于众。整个计划从 1969 年开始，经历了阿波罗 11 号至 17 号的所有登月计划，总共在月球表面部署了十多个科学仪器，包括中心控制站、放射性同位素热电发电机、激光测距反射器、被动地震实验包、月面强磁计、被动地震试验、太阳风谱仪等等[7] [8] [9]。
这些仪器的设计初衷是在月球上组成一个强大的科学前哨，当宇航员离开月球后，至少一年时间内都可以继续观测月球环境，甚至可以在地球上进行远程遥控操作。最终这些仪器不辱使命，工作了长达 8 年之久，我们今天了解的月球的大部分知识都来自于这次科学实验的结果。
图：现在公开展示的实验包
这个计划一直持续到 1977 年 9 月 3 0日，由于预算原因 NASA 永久关闭了这个实验计划，但是有 5 个工作站的发射器并没有立刻关闭，这也就是后来 RATAN 接收到的神秘信号了。
不过，前苏联人的这次发现倒是成了阿波罗登月计划的有力证据[10] [11]，也成为了 RATAN 工作人员茶余饭后津津乐道的话题。
拉坦的征途亦是星辰大海
扫描月球只是一个测试性任务，对于 RATAN-600 来说真正涉及到的科学研究任务非常广泛，包括[12]：太阳活动的综合研究；利用散斑干涉技术对于双星、多星和单恒星进行测量；对宇宙星系中的星云进行射电和光学光谱探测；对脉冲星、黑洞等物体进行探测；建立本地星系群空间和运动学图片；建立宇宙微波背景辐射分布图等等。
当然这些科研项目，大多都是由多个国家联合实施的，这也充分体现了 RATAN-600 在天文科学领域开放共享的合作理念。
在 RATAN-600 众多科研任务中，寻找地外文明也是非常重要的任务之一。
2015 年 5 月 15 日 18 点 01 分 15 秒，RATAN-600 在 2.7 厘米波段 11Ghz 上探测到一股强劲的微波信号，这股信号来自于武仙座的 HD164595 恒星系。
这个发现以一篇署名为亚历山大·帕诺夫（Alexander Panov）的论文发表于 2016 年第 67 届国际宇航大会的会前资料内[13]。
著名的天文科普作家保罗·吉尔斯特（Paul Gilster）[14]看到这份资料后，认为意义重大，他连夜在自己的网站上，发表了一篇关于武仙座外星文明猜想的文章[15]，还发了推特。
保罗的这篇文章瞬间在全球掀起了一场寻找地外文明的热浪，英国《星期日泰晤士报》把这个过程比喻为外星人拨通了地球电话[16]，而我们非常可惜地错过了这个来电。
同时美国 CNN 对 RATAN-600 的科研团队也进行了跟踪采访[17]，其中一名成员告诉记者，任何一股被探测到的强信号附近，都有存在文明的可能。
HD164595 是位于武仙座腰部的一颗恒星，距离地球大约 95 光年。这颗恒星与太阳有着相近的表面温度。更巧合的是，这颗恒星有一颗行星 HD164595b，它每40天围绕母恒星完成一次公转，这说明该恒星系统内存在行星。尽管这颗 40 天公转一次的行星离母恒星太近，表面温度不适宜生命，但我们不能排除该恒星系统中还有其他类地行星的存在。
于是，全世界很多天文望远镜都对准了HD164595，其中就包括美国绿岸天文望远镜，以及由微软联合创始人保罗·艾伦（Paul Allen）捐资建设的艾伦望远镜阵列和专注于地外文明探测的博客特 SETI 光学望远镜，似乎一时间所有人都进入了严阵以待的状态，随时准备接通下一个外星来电。
图：艾伦望远镜阵列
图：SETI 的光学望远镜
不过遗憾的是，在多日观察之后，这些天文望远镜并没有观测到任何可疑信号。由史蒂夫·克罗夫特带领的绿岸天文望远镜团队写了一份详尽的报告[18]。
报告中提到，如果这是一个来自于地外的信号，那很有可能会被其他望远镜记录下来，但是他的团队成员参考了美国国家射电天文观测台 VLA 望远镜的巡天历史数据和绿岸持续观察的数据进行对比之后，并没能在这个天空区域发现任何信号迹象，所以很有可能这个信号是由于仪器干扰或者其他人类信号突然进入导致的。
由于绿岸天文望远镜没能检测到来自 HD164595 方向的任何后续信号，也就无法为 RATAN-600 这次事件提供有力的佐证。
SETI 组织的另一名高级天文学家塞思·肖斯塔克（Seth Shostak）[19]觉得这个信号可能是真实的，但并不一定是外星文明发射的，更有可能来自于地面干扰或者较远距离的引力透镜现象导致的。
图：塞思·肖斯塔克（Seth Shostak）
而德克萨斯农工大学的天文学家尼克·桑特谢夫（Nick Suntzeff）觉得[20]，11GHz 的信号不太可能来自宇宙，虽然宇宙中确实存在一种被称为“快速射电暴”的高能天体物理现象，这种射电暴可以发出几千兆赫的微波，但往往持续的时间极短，是毫秒级别的信号，而且快速射电暴的信号源距离地球一般都有几亿光年。所以该信号也不太可能是快速射电暴。但该信号的频段恰好是军方正在使用的频段，信号源来自军方的秘密试验也不是没有可能。
图：尼克·桑特谢夫(Nick Suntzeff)
但媒体对这一事件的关注始终高涨，俄罗斯科学院特别天体物理观测站最后发布了一份官方声明[21]，结论是这个信号最有可能的来源是地球自身。
我们是孤独的吗？
这次意外的信号事件经常跟 1977 年的 “WOW信号” 相提并论，我们多么想知道人类是否是宇宙中唯一的智慧文明。虽然整个事件看上去像是上帝给全人类开的一个小玩笑，但这又何尝不是人类漫长宇宙探索过程中的一杯莫吉托，它给枯燥无味的探索工作带来一丝洋气又浪漫的甜蜜，时常可以拿出来回味一番。
几千年来，当人们细数天上的繁星时，是否想过遥远的星系中可能还有类似我们的生命存在。今天，我们已经确认了约 5000 颗太阳系以外的行星[22]，还有数千颗候选行星等着被探测。这些行星中有没有任何一颗具备孕育生命的条件呢？在发展行星系统的过程中，什么样的条件才有利于类地行星的形成？天文学家们穷其一生都在追求这些问题的答案。
不过在这如此浩瀚无垠的宇宙中，在一颗不起眼的行星上，居然存在这么一群智慧生物。在这群生物中居然有一个你，正在阅读这篇文章，这件事本身就非常神奇。
- 本期信源 -
  1. https://seti.berkeley.edu/people/Steve.html
  2. 搜寻地外文明计划 (Search for extraterrestrial intelligence)
  3. https://www.seti.org/our-scientists/andrew-siemion
  4. https://seti.berkeley.edu/people/DavidM.html
  5. https://seti.berkeley.edu/people/Dan.html
  6. https://www.sao.ru/hq/CG/cold/part2.htm
  7. https://en.wikipedia.org/wiki/Apollo_Lunar_Surface_Experiments_Package
  8. https://rps.nasa.gov/missions/1/apollo-surface-experiments/
  9. https://www.hq.nasa.gov/alsj/HamishALSEP.html
  10. https://www-sao-ru.translate.goog/hq/giag/ratan.html?_x_tr_sl=ru&_x_tr_tl=en&_x_tr_hl=en&_x_tr_pto=sc
  11. https://adsabs.harvard.edu/full/1978SvAL....4..302N
  12. https://en.public-welfare.com/4261622-ratan-600-purpose-and-principle-of-operation
  13. toc.proceedings.com/33478webtoc.pdf
  14. https://www.planetary.org/profiles/paul-gilster
  15. https://www.centauri-dreams.org/2016/08/27/an-interesting-seti-candidate-in-hercules/
  16. https://www.thetimes.co.uk/article/signal-from-the-stars-could-be-et-phoning-earth-kndtv6wpv
  17. https://edition.cnn.com/2016/08/30/health/seti-signal-hd-164595-alien-civilization/index.html
  18. http://seti.berkeley.edu/HD164595.pdf
  19. https://www.geekwire.com/2016/signal-seti-interest-hd164595/
  20. https://arstechnica.com/science/2016/08/seti-has-observed-a-strong-signal-that-may-originate-from-a-sun-like-star/
  21. https://www.sao.ru/Doc-en/SciNews/2016/Sotnikova/
  22. https://science.nasa.gov/astrophysics/big-questions/what-are-characteristics-planetary-systems-orbiting-other-stars-and-do-they-harbor-life/
- 往期回顾 -
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