如何不被外星人发现?

文章作者:lili | 2016-08-14
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我们对宇宙探索重要课题之一是寻找外星生命,如果真的有外星生命,他们又何尝不是在寻找我们呢?本文讲述的是用一些手段来隐藏自己,不被发现。

“藏好自己,做好清理。”这一箴言的第二句我们现在肯定是做不到了,但就连第一句也有困难——想想我们发现其他行星有多容易吧。截至2016年3月31日,地球人已经确认发现了1963颗地外行星。

其中,足足1292颗是由所谓“凌日法”(transit)发现的。它利用的原理很简单:亮度差异。恒星发光,行星自身不发光只能反射,其微弱光芒几乎总是会被恒星淹没,这让地球人很难直接观察到行星本身。但是,当行星转动到恒星“前面”的时候,就会挡住一部分它发出的光,令恒星看起来变暗了。如果一颗恒星看起来总是周期性变暗一点点,就可以认为它周围有至少一颗行星。(一些地球天文学家正是根据天会周期性变黑的现象,做出了“太阳周围至少有一颗行星”的判断。)

凌日法的主力是开普勒项目。开普勒卫星发射至今7年,已经确认了1044颗行星,超过全部已知地外行星的一半;还有3699颗未经确认的备选。过去10年里,75%的新发现地外行星是凌日法发现的,其中80%来自开普勒。

开普勒项目发现的一些地外行星的艺术想象图。图片来源:spaceref.com

但是这一欣欣向荣的场景中也隐藏着危机。如果我们发现其他行星如此容易,那么反过来也是一样。地球每绕太阳一圈,就是向整个黄道平面发送了一个自身存在的信号;迄今为止,已经有45.5亿个这样的信号飘荡在太空中。作为宜居带里大小适中的岩质行星,这样暴露无疑是巨大的威胁。

所幸,就在前不久,两位地球天体物理学家大卫·季平(David M. Kipping)和阿列克斯·提切(Alex Teachey)提出了一种隐身方案:既然地球的遮蔽会让亮度降低,那么向外发射激光,把亮度补回来就是了

反凌日探测的基本原理。图片来源:论文截图

亮度隐身

因为人类已经知道周围有哪些宜居行星可能发现地球的存在,所以我们可以向太空中发射一组精细调节的镜子(或者直接使用地球气候工程所计划的镜子阵列),利用它们来精密控制我们所发射的激光。在地球进入相应凌日阶段的一瞬间,激光启动,向相应方向发射,正好抵消因凌日导致的亮度降低,就不会被发现了。

虽然听起来可怕,实际上并不需要非常多的能量。太阳的最高亮度在600nm波长附近,为了抵消凌日效果,所需功率峰值只有大约60MW。而且,因为实际上观测者只会采用全光谱中相对窄的波段,能量需求还可以进一步降低——对于开普勒项目而言,30MW峰值就可以完全骗过。

凌日本身的亮度变化,和激光的亮度变化。图片来源:论文截图

而由于每次凌日的时间都极为短暂,所以大部分时间里这一激光都无需工作。地球掩太阳一次的全程只有13小时,因此只需要日常连续以87kW的功率发电并储藏,在短暂的凌日过程中一下释放出来就可以了。这一要求其实不高,国际空间站的太阳能板都可以产生84-120kW的电力。当然,如果需要对N个潜在文明隐藏自身存在,那就需要产生N倍于此的电力

色谱隐身

亮度隐身存在一个问题:如果外星文明的凌日法足够高级,不但发现了整体亮度差异,还能准确测得整个光谱上所有波段的强度,那么用一个激光来代替太阳的计划就要露馅了。

办法也简单:可以用一大批不同种类的激光器,分波段完全模拟太阳的光谱。因为数量大,还可以降低对每一个激光器峰值的要求。

根据计算,这样的总能量要求会相继提升,峰值功率需要约250MW,实现成本会增加,但是对技术的要求可能会更低。

生物隐身

但其实,行星数量众多,就算被发现了可能也无伤大雅。真正带来危险的,是地球被发现可以支撑生命——那么我们要么将成为殖民对象,要么会遭受二向箔打击。相应地,我们可以利用色谱隐身的工具,但只是把地球的生物信号遮蔽——比如,遮蔽掉整个大气层,或者只遮蔽氧气。

这样还有一个额外的优点:依然保留了行星自身凌日的信号。毕竟,探测行星的方式不止凌日法一种,还有一些其他的方案,比如径向速度(radial-velocity)法,该法通过测量恒星因为行星运动带来的多普勒效应而判断行星的存在。我们的技术不足以修正恒星本身,因此也无法隐藏这个信号。如果有人发现了径向速度信号却找不到对应的凌日信号,这反而暴露了有高等文明在篡改信号这一事实。

地球大气的光谱(有效高度)和抵消它所需的激光。图片来源:论文截图

对于地球而言,遮蔽全部大气层的信号所需的能量峰值可以削减到1MW。鉴于某一波段上有效高度太薄的大气层本来也难探测到,还可以进一步削减到607kW,这意味着只需广谱凌日隐身所需能量的2%。

而如果进一步增加选择性,只遮蔽0-20μm范围内氧气和臭氧的信号,那么峰值功率需求就可以降低到160kW。对于一个技术文明而言,这些能量根本就是举手之劳。

抵消氧气和臭氧信号所需的激光。图片来源:论文截图

伪装和广播

以上这一切,都是防御手段。如果星际政治真的恶劣到了面临战争的场景,那么单纯防御当然没有用,需要进攻——而这套装置也可以担负重任,只不过是作为诱饵。

毫无疑问,有了全频段激光阵列就肯定能够发出任意的信号。但是如何制造一个节能又明确的人工信号?毕竟除了凌日,还有许多其他自然现象(比如黑子)会改变亮度。一种方法是遮蔽凌日的开端和结束,但是保留中间过程。这样观测者看到的就不是平滑的亮度变化曲线,而是会看到突变。已知还没有什么自然过程能产生这一现象。

广播所需的信号,以及外星人将会看到的广播波形。图片来源:论文截图

对于地球来说,因为开端和结束的时间只有整个凌日过程的百分之一,所以广播消耗的能量也只有百分之一。由于任何文明本来也会把已知行星作为重点观测对象,因此这样的信号被探测到的几率,比随机的广播信号会高很多。

但是我们肯定不会傻到广播地球啦——我们将会挑选一个无人居住的遥远行星。在广播完成后,我们老老实实藏在地球上看,就能知道银河系里到底都住着怎样的幺蛾子了



 

 

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