如何告知外星人地球在宇宙中的位置?

即便你的朋友身处国外,也不难按照你所给出的地址造访你的家。在地球上,我们有一套从国家到省再到城市街道门牌的地址系统,在各个国家中基本相似。而如果有一天我们和外星人建立了联系,“银河系中太阳系的第三颗大行星”这种描述可能并不能给他们明确的信息。银河系、太阳系这些我们以地球为参考定义的概念,另一个文明并不知晓。

(先驱者10号和先驱者11号飞船外观)?

在上世纪70年代,美国相继发射了先驱者10号、先驱者11号、旅行者1号、旅行者2号四艘探测飞船。这四艘飞船在完成各自对于太阳系外行星的探索之后,都继续飞向了太阳系以外。虽然在茫茫太空中与地外文明相会的机会十分微小,但设计他们的天文学家和工程师们还是为这种接触做了准备。在先驱者10号和先驱者11号上,一个铝合金板被附加到飞船上,以提示捕获这艘飞船的地外文明,这艘飞船来自何处。

(先驱者10号和先驱者11号飞船上携带的向外星人介绍地球位置与人类形态的铝板图案。黑块为作者添加。这张铝板的图案会出现在少年儿童阅读的科普图书和教科书上,NASA因此而被指责不该在铝板上雕刻裸露的男女图像。)?

那么,这个铝板上是如何告诉外星人我们的地址呢?

 在宇宙中,存在着一种被命名为脉冲星的天体。这种天体最大的特征是能够向外发射周期十分稳定的信号。1697年,当剑桥大学卡文迪许实验室24岁的研究生乔丝琳·贝尔·伯奈尔最先从射电望远镜的的观测中注意到这些信号时,她还以为这些信号来自于外星人。然而之后陆续发现的四个类似的信号源让她最终确认了这些信号来自于自然天体。

 通过几十年的研究,我们已经了解,脉冲星其实是中子星的一种。在恒星寿命的末期,由于核燃料的减少,提供向外膨胀动力的辐射压降低。恒星在自身引力的作用下向中心坍缩。如果恒星的质量比较大,组成恒星的原子中,电子将被压入原子核,原子变成中子。恒星依靠中子的简并压与引力保持平衡,这就是中子星。由于恒星在坍缩的时候角动量守恒,坍缩成半径很小的中子星后自转速度往往非常快。中子星具有强磁场,运动的带电粒子发出同步辐射,形成与中子星一起转动的射电波束。由于中子星的自转轴和磁轴一般并不重合,每当射电波束扫过观测者时,就接收到一个脉冲。

(脉冲星想象图)

在先驱者10号和11号所携带的铝合金板上,标识了14颗脉冲星,以及太阳与他们的相对位置。这些脉冲星的辐射频率都是独特的。如果捕获这颗飞船的文明与我们具备同样的科技水平,他们就能从已经观测到的脉冲星中数据中确定这些脉冲星到底是哪几颗,进而确定太阳系的位置。铝合金板底部的示意图进一步说明了这艘飞船来自于太阳附近的第三颗行星,也就是我们的地球。旅行者1号和旅行者2号的金唱盘内存入了更加丰富的信息,但标示地球位置用的是同一种方式。

(铝板上的脉冲星示意图)

问题到了这里还没有完全解决。我们在描述脉冲星辐射频率的时候,必须给外星人定义一个时间单位。

目前,地球上通用时间单位秒和长度单位米,都是通过全世界共同制定并遵守的标准来确定的。显然不能用人类自己的规定的单位来向外星人描述。科学家们再次想到了用自然现象来传递单位信息。他们在圆盘上用简图标识了氢原子内自旋跃迁的图像。按照我们目前对宇宙的认识,氢是宇宙中存在最广泛的物质,其原子结构也最简单。在图像下方,有一条短的直线,用以表示二进制里的“1”。这个跃迁的周期为0.704纳秒,发出的电磁波波长为21.106厘米。在标示脉冲星的周期和与地球的距离时,氢原子自旋跃迁的这两个特征量被用作了时间和长度的单位。例如,其中一颗脉冲星的的周期被表示为“100000110100101010001110101100”,也就是十进制下550675372个氢原子跃迁时间单位,0.3876887792秒。以我们目前的对物质世界的认识,外星人所观察到的氢原子自旋跃迁现象应该有着一样的特征,而二进制又是一种容易理解的数学表达。他们的科技水平如果与我们相当,也应该能够我们所要传递的信息。

(铝板上的氢原子内自旋跃迁示意图)

 按照小说《三体》中的设定,向外星人暴露地球的位置是一件相当危险的事情。上世纪NASA的科学家们显然没有意识到这一点。但这种危险似乎也不需要我们这一代人操心。面对茫茫宇宙,人类现在的航天技术实在太弱了。以这几艘飞船的速度,飞到下一颗恒星的大概需要几十万年的时间。

  • 发表于 2017-02-21 00:00
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