為何找不到外星人？新研究稱恒星空間天氣或擾亂其信號傳輸

IT之家 3 月 8 日消息，據 Space 報道，一項試圖解釋宇宙為何如此寂靜的新研究認為，地外文明探索計劃（SETI）至今未能成功找到外星生命，原因可能是其他恒星周圍的空間天氣，正在干擾外星文明向外發送無線電信息的嘗試。

據IT之家了解，“空間天氣”指的是恒星風輻射噴發或恒星日冕物質拋射（CME）所產生的電磁擾動。這些事件會將大量等離子體和電子噴射到恒星周圍的行星際空間，而等離子體與電子對相干無線電信號來說，就如同克星一般具有破壞作用。

當無線電波與高密度帶電粒子區域相互作用時，會產生多種有害影響。例如，從事地外文明探索的科學家們，早已將恒星之間星際介質中的電子色散效應納入考量。當無線電波在星際空間中遇到電子時，較低頻率的無線電波相互作用更強，導致低頻信號延遲，比高頻信號更晚抵達目的地。包含多種頻率的寬帶信號會受到這種色散效應的嚴重影響，這也是為何 SETI 科學家推測，外星文明會轉而發送頻率更少的窄帶信號。

SETI 搜尋窄帶信號（帶寬僅幾赫茲）的另一個原因是：自然界中已知現象不會產生如此高度集中的無線電信號。因此，一旦我們探測到此類信號，基本可以確定它是人造信號。

但在此之前，從未有人量化過恒星活動噴射出的等離子體和電子所帶來的影響。如果遙遠系外行星上存在科技文明，想要向深空發射信號，其所在恒星系統的空間天氣，就可能對信號特征產生負面影響。

美國加州山景城 SETI 研究所的維沙爾 · 加杰爾在一份聲明中表示：“SETI 的搜索通常針對極窄信號進行優化。如果信號被其母恒星環境拓寬，即便信號真實存在，也可能低于我們的探測閾值，這或許能解釋我們在技術特征搜索中觀測到的無線電靜默現象。”

空間天氣對窄帶無線電信號最主要的影響，是一種被稱為衍射閃爍的現象。當信號與恒星產生的等離子體相互作用時，會導致信號在更寬的頻率范圍內被“抹開”。原本僅在少數頻率上具有強能量的窄帶信號，被分散后能量分布到更多頻率上，信號強度隨之降低。

不過，發現問題只是第一步。加杰爾與其在 SETI 研究所的同事格雷絲 · 布朗希望更進一步，量化空間天氣的影響，以便在 SETI 搜索中更好地消除干擾。

為此，兩人首先以太陽系為樣本進行量化分析，研究地球與太陽系探測航天器之間的無線電信號。他們校準了太陽風波動與日冕物質拋射對窄帶信號的影響，并取時間平均值。隨后，他們以太陽為基準，校準空間天氣對兩類主要恒星周圍信號的拓寬效應：類太陽恒星，以及紅矮星 —— 紅矮星是體積最小、溫度最低的恒星，占銀河系恒星總數的四分之三。

質量遠大于太陽的恒星未被納入研究，因為它們壽命過短，環繞其運行的行星上沒有足夠時間演化出科技生命。

為驗證觀點，加杰爾和布朗模擬了對距離最近的 100 萬顆類太陽恒星與紅矮星的 SETI 搜索，并結合已知恒星活動數據，加入空間天氣影響。

模擬針對 1 吉赫茲附近頻段展開搜索，這也是最常用的搜索頻段 —— 例如星際氫原子的無線電輻射就在 1.42 吉赫茲。

模擬結果顯示：

• 70% 的恒星會使信號頻率拓寬超過 1 赫茲
• 30% 的恒星會使信號拓寬超過 10 赫茲，尤以活動劇烈的紅矮星最為顯著

更嚴重的是，如果信號發射時恰逢日冕物質拋射，信號拓寬可能超過 1000 赫茲，會讓專注于極窄帶信號的探測器完全無法識別。

但如今我們已了解這一機制，就可以采取措施降低影響，就像我們能估算星際介質造成的色散程度，或是通過算法消除因發射源行星繞恒星運動產生的頻率多普勒漂移一樣。

布朗表示：“通過量化恒星活動如何重塑窄帶信號，我們可以設計出更匹配實際抵達地球信號的搜索方案，而不只是針對理論上的發射信號。”

66 年來，SETI 持續在宇宙中搜尋科技文明存在的證據，卻至今一無所獲。例如 1999 年啟動的公民科學項目 SETI@home，如今僅剩最后 100 個候選信號，而這些信號被證實為外星信號的希望渺茫。

一些研究者將這一困境稱為“大寂靜”。而加杰爾與布朗量化的空間天氣效應，是否就是原因所在？

研究認為，這至少加劇了大寂靜，具體程度取決于宇宙中發射信號的文明數量。不過，就像我們監測太陽與太陽系空間天氣一樣，技術足夠先進、能向宇宙發送信息的外星文明，理應也了解自身恒星的空間天氣，并選擇在平靜期發射信號。

但這一點無法保證，尤其是當發射機長期開啟（能耗極高），或是自動發射設備時。加杰爾和布朗提出：宇宙中或許并非“大寂靜”，反而充斥著大量信號，只是我們尚未調諧到正確方式去接收它們。

該研究于 3 月 5 日發表在《天體物理學雜志》。