上世紀70年代，我們給外星人發了條 “短信”，還把地址寫得明明白白...... | 科學講壇——張同杰

我相信，

宇宙不會永遠沉默下去，

我們終將找到地外生命。

張同杰· 北京師范大學物理與天文學院教授

格致校園第59期 | 2025年11月22日 北京

大家好，我來自北京師范大學。

看到這個題目，大家可能覺得非常熟悉，因為里面有“外星人”這幾個字。大家想到的可能是科幻電影、小說之類的，但是今天我給大家講的這些故事，是基于科學的角度。而我可能是國內第一個——真正從科學的角度來開展地外文明搜尋的人。

宇宙中只有人類嗎？

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首先，這張圖是美國的旅行者1號。1990年飛往太陽系邊緣的旅程之中，在距離地球60億公里的地方，它轉身回望，拍攝下地球的圖像。

▲《 暗淡藍點》（ Pale Blue Dot）

1990年2月14日，旅行者1號在60億公里外拍攝的地球

從這么遠的地方看地球，大家可以想象一下，就這么一個小小的點。所以，美國著名天文學家、科普作家卡爾 ·薩根曾經在他的一本書里，把它稱為“暗淡藍點”，并且深有感觸地寫下了這么一段話 ——意思是，在這樣一個點上，也就是在這個地方，所有我們愛的、恨的、已經失去的或者還沒有出生的人，都將會在這個地方走完他的一生。

所以，當我們回望這個暗淡藍點的時候，我們會想到什么？我們會想到整個宇宙中，除了地球上有生命之外，其他的地方有沒有生命？實際上，科學家、哲學家還有一些科普作家，都在思考這樣的問題。

又說回卡爾·薩根，實際上他是一位天文學家。他曾經說過一句話，這句話也非常富有哲理，也具有科學性。他說，如果宇宙中存在的生命，只有地球上的人類，那么將是對宇宙空間極大的浪費。

言外之意，宇宙空間如此之大，如果僅僅在地球上有生命的話，那將是不可思議的。也就是說這整個宇宙空間，將是極大的浪費。所以，這是對“是否有地外生命”這個問題的一個非常好的詮釋。

那么，問題就來了——自20世紀60年代，真正從科學上探討外星人之后，以及20世紀60年代之前，從哲學上探討是否有外星生命，大家一直在問：我們在整個宇宙中是不是唯一的？用英文來說就是Are we alone？這個句子非常著名。

所以說，我們在宇宙中是唯一的嗎？我們在宇宙中是否還有同類？這是很多科學家、公眾都非常關心的一個重要問題。

當然，今天我給大家講的這些關于外星人的故事，不僅僅是出現在科幻作品里。我們大家平時看到的外星人，大多數都是出現在科幻小說、電影里，而在這些小說和電影里，外星人的形狀、技術水平等等都不一樣。

今天，我將從更嚴肅的科學研究角度來給大家介紹——如何搜尋地外生命，或者俗稱就是外星人。

搜尋地外生命

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首先，我相信外星人是一定存在的。關于這個問題，實際上剛才也說過，不同學科的科學家或者是一般的公眾，都在思考和試圖回答這樣的問題。但是從科學的角度來探討的話，我們必須有科學的依據。

有一個很重要的依據，我們稱之為哥白尼原理。哥白尼原理告訴我們：我們的地球在整個宇宙中，沒有什么特殊之處。通過這張圖我們就可以看出來，回顧探索整個宇宙的歷程，我們可以看到，最初，人類認為宇宙的中心在地球上，這就是“地心學說”。

之后又認為宇宙的中心是在太陽系上，也就是“日心學說”；再后來，隨著天空觀測技術的發展，我們認識到宇宙的中心不在太陽系上，它應該在銀河系的中心。但是我們發現河外星系之后，知道了宇宙的中心其實也不在銀河系上；再后來，我們又發現了很多河外星系；如今，我們已經差不多把宇宙中的很多天體都觀測到了。

我們現在知道，整個宇宙實際上沒有中心。也就是說，每當我們聲稱所在的地球、太陽系、銀河系是獨一無二的、是宇宙中心的時候，我們都錯了。

所以說，這是我相信地外生命存在的第一個證據。基于這個原理，宇宙中任何一處都不是特殊的。既然在我們的銀河系、太陽系里的地球有生命，那么宇宙中其他的地方也應該有生命。不僅僅是在宇宙其他地方河外星系，就是在我們銀河系里面也應該有地外的生命。

第二個依據，就是德雷克公式。這個公式描述了我們銀河系內能夠進行星際通訊的智慧生命的估計個數。

那么接下來的問題就來了，我相信地外是有生命的，并且有智慧生命，那么如何去尋找？這是一個很重要的問題，也就是說這就牽扯到科學的問題了，從科學上我們怎么去尋找？

這里面有兩個大的策略，第一個策略就是我們要主動去尋找外星人。這就相當于在一個城市里，你想找一個朋友的話，你怎么去找？我可以直接過去，或者派一個人坐著出租車找他去。再就是發信息——我們找外星人的方式類似這樣。

大家可以看到這兩張圖。這是第一種方式：派宇宙飛船去尋找外星人。20世紀70年代，先驅者探測器、旅行者探測器，它們都從地球上發射之后，奔著太陽系的邊緣飛去，直到現在一直在飛。它們攜帶了一些信息，比如說攜帶了太陽系的一些圖案，還攜帶了一些音頻和視頻的信息來表征我們地球人類文明的先進程度。這種方式是非常昂貴的，相當于大海里面的漂流瓶，也不抱什么希望，就是讓它一直往外飛。

另外一種方式就是發信息，就像發手機短信或者微信似的。20世紀70年代，美國的阿雷西博望遠鏡向著銀河系的一個球狀星團M13，發射了這張圖片上的信息。這個圖片包含了很多的信息，包含了這種DNA的結構信息，還有地球在太陽系里面的位置。

實際上，在20世紀70年代，阿雷西博望遠鏡向太空中發射的這個信息，已經透露了我們地球所在的位置。所以說，現在一些科幻小說、電影里面都說“不要透露我們的信息”，但實際上我們早已透露了，大家不用擔心這些問題。

第二大類策略就是被動地尋找，即我們不去找他們，而是等著他們來找我們。我們可以等待外星人發射的宇宙飛船、某種智能體，或者等他們乘著宇宙飛船過來，當然到現在我們都沒有找到。

第三種方式，就是等待外星人發射的信息。這個是最容易的，也就是我今天講的主題——搜尋地外文明，英文縮寫為SETI（Search for Extraterrestrial Intelligence）。這種方式實際上是非常有效的，也是非常廉價的一種方式。但是前提是假定外星人發展了和我們相當的、甚至比我們更高的技術。

▲用射電望遠鏡傾聽外星人的信息

地外文明的搜尋，主要是講我們中國科學家進行地外文明搜尋的故事。這個故事應該開始于2014年，我訪問美國加州大學伯克利分校天文系時，在每周的討論會上，我遇到了一個科學家叫丹（Dan），我們當時交流得非常好，后來他邀請我參加他的一個公眾演講，我才知道他是世界上非常著名的SETI專家、伯克利地外文明搜尋中心的首席科學家。

▲2014年于加州大學伯克利分校和丹（Dan)合影

我們聊得非常深入，后來我才知道他在20世紀70年代的時候，還曾經在我們北師大工作過一年。這張照片就是他當時在北師大工作的時候，向北師大的計算機專家、天文學家，講述阿雷西博望遠鏡向球狀星團發射信息的照片。

所以，我們就談到中國是不是也可以做SETI研究。其實我的一個思路是：我們首先評估一下這件事的可行性。 2014年的時候 ，中國的 FAST望遠鏡 還沒有完全建成。在此之前， FAST首席科學家南仁東先生 ，于 2011年的時候 ，在國際物理雜志發表的文章里，已經談到了 FAST將來可以做SETI 。這后來就成為 FAST的五大科學目標之一 ，我也參與推動 SETI在中國的研究開展 。

▲左：FAST望遠鏡

中：FAST首席科學家南仁東先生

右：2011年發表于國際物理雜志(International Journal of Modern Physics D)文章

我和國家天文臺合作，成立了這樣一個聯合的研究團隊，由北師大牽頭，國家天文臺以及伯克利組成的三方SETI研究團隊，這也是我們國內成立的第一個SETI研究團隊。

靠近另一個文明

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下面一個問題就是，我們要尋找什么樣的目標？這個很重要，如果你目標選錯了的話，那么肯定是找不到的。

首先，第一個目標就是宜居帶內的系外行星。我們以太陽系為例，地球就是處在宜居帶內的。可以看到，地球離太陽的距離不近不遠，它有大氣也有磁場，不大不小，引力也非常適合。所以說，這是一個宜居帶。

▲目標：宜居帶內的系外行星

那么，另外一些目標就是尋找能夠看到地球的外星人所居住的系外行星。他們怎么來看我們地球，就相當于我們怎么看他們一樣。有一種現象叫“凌日”，比如說外星人用望遠鏡看我們的地球，掠過太陽的時候，太陽可以進行消光，它的光度就會變弱，所以這種現象叫凌日現象。

▲目標：那些正在看著地球的外星人

目前統計，大概 有 2000多顆行星 上 如果有外星人的話，他們 就 能夠看到我們。

另外還有一些目標，就是阿雷西博望遠鏡。大家知道在2020年的時候，阿雷西博望遠鏡坍塌了，也就是它現在已經不能工作了。但是丹（Dan）觀測了20年，他積攢了很多的、最有可能的一些候選者，就成了我們要繼續觀測的目標。

▲2025年3月27日，

Dan 訪問北師大，我們擺好同樣的位置和姿勢，

重新拍了一張類似當年的照片

可能有些人會問了，外星人的信號長什么樣子？我想說的是，其實我們到現在還沒有見到過外星人的信號。但是，基于地球文明所掌握的這種射電技術，我們有一些科學的推測。

外星人發射信號可能有兩種方式：一種方式是無意發射的。比如說廣播電視，以及其他的一些無意把信息泄露到宇宙空間中的途徑。另外一類是有意的信號，就是特意讓我們地球人知道。

基于有意和無意，信號的類型有可能是窄帶信號，也可能是寬帶信號，還可能是周期信號。它里面可能夾雜了一些信息，所以這是一個非常復雜的問題。

經過我們和國際同行近十幾年的研究，我們把對外星人發出的信號等級總結成了5種：第一個等級是探測，第二個等級是事件，第三個等級是候選信號，第四個等級是興趣信號，第五個等級才是真正外星人的信號。

每一個等級，我們都做了很多的貢獻。第一個等級觀測是指，給它設定一個信噪比閾值，超過的信號，我們就算它一次觀測。這個觀測量會很大，因為這些里面可能含著外星人的信號，所以我們就通過一種方式進行搜尋。

這種搜尋方式叫多波束聯合匹配策略，我們可以篩掉一些不符合條件的， 于是它們 就成為第二級別叫事件。到了這時候，其實還有很多信號，它還不是候選信號。這個時候我們就把 AI用在了這里面 ，用 AI搜尋篩除了那些射電干擾 ——包括地球上發射的一些干擾，還有天體的一些信號。我們用人工智能把它篩選掉，就成候選信號了。

我們還發展了一種模式，可以從第一級別直接到第三級別 ， 叫多波束點源掃描策略，非常有效。

從候選信號到興趣信號，我們還有兩個終審判決。“終審判決 ” 這個詞不是我們自己取的，是當時的審稿人給我們取的。他十分贊賞我們的文章，說你們這個可以當做 “終審判決”。

▲左：終審判決1 右：終審判決2

第一種方式是頻率漂移判據。我們發現了這個候選信號之后，就在系外行星繞著它的母星一個周期內連續觀測，看看它的頻率漂移是否符合這樣一個理論曲線。

再就是說，我們假定它的偏振就是這個射電干擾的偏振，和外星人信號的偏振是不一樣的。射電干擾的兩路偏振都是平的，外星人的偏振則會有變化。這是兩個判據。我們就可以從第三個到第四個信號。

最后一個就是外星人的信號，這個非常難，需要不同的科學家、不同的國家、不同的望遠鏡重復觀測，但是有的信號有時候就不重復，比如一些隨意發射的信號。所以說，這一步非常困難。

因此，國際上在1989年起草了一個協議，叫后探測協議，即怎么來確定這個信號，以及這個信號確定之后，國際上怎么來應對。這個協議是國際上的一個非常重要的協議。

通過前面的介紹，我們這個團隊在整個流程 中 ——從信號的篩選、 去除 、再甄別、最后證論這四個步驟里，都做 了非常重要的貢獻，形成了一個非常完整的框架。

我們也發現了一些候選信號。大家知道候選信號是第三級，這個第三級，比起第五級是遠遠不夠的。但是媒體或者是公眾不太了解級別的程度，其實它僅僅是一個候選信號而已。候選信號到第四級還很困難，到第五級更困難。

所以說，當時我們確實發現一個候選信號，且引起了網上媒體的關注和熱搜。我們也特別希望通過講座向媒體、向不做地外文明研究的這些公眾或者是學生，介紹這幾個級別，即我們發現的僅僅是候選信號而已。

▲2022年6月，探測到的窄帶候選信號

當然也有意外之喜，這個熱搜讓我招到了很好的學生。其中一個學生，在英國讀本科和碩士，但他下定決心回來跟我讀博士，現在是我的博士生，也是我們隊伍里的骨干。

前面講的外星人是指通過射電，當然還有其他的方式，光學波段也可以。其他國家的科學家，比如美國已經造了望遠鏡，也就是光學觀測。如果外星人用激光，它所在的母星上的這種光譜會發生一些異常，這樣就可以通過光學觀測來進行。

我的團隊現在也開始了光學研究，分析郭守敬望遠鏡的一些數據。當然還有其他的一些尋找外星人的方式， 比如 戴森球 （ Dyson Sphere ） ，這個是比較科幻的，但是它是物理學家提出來的，所以說它是完全科學的東西，只不過現在沒法驗證而已。

▲左： 位于美國亞利桑那州南部Fred Lawrence Whipple天文臺

甚高能輻射成像望遠鏡陣列系統；

右：郭守敬望遠鏡

這種方式認為，如果外星人文明級別很高、活的時間足夠長的話，就需要很多的能量，需要把所圍繞的母星，比如說太陽的能量全都利用起來。所以說，它們建了一個包圍其母星的裝置。這個裝置會引起紅外波段的輻射量增加，就可以來判斷是否有戴森球。2016年的時候，他們就發現了一些異常。但是，戴森球的可能性還是非常小的。

▲2016年發現一顆

具有異常行星凌星現象的恒星KIC8462852，

但戴森球的可能性極小

當然還有其他的辦法，比如最近非常火的 “ 3I/阿特拉斯” 。 前不久美國 NASA 國家宇航局已經發布了一些照片，說它大概率就是一顆彗星；還有之前的 "奧陌陌" ，有美國的科學家認為，這有可能是外星技術的一種殘骸。所以，哈佛大學教授勒布啟動了一個計劃，叫“伽利略計劃”，就是來搜尋外星技術留下來的殘骸 。

▲左：“奧陌陌”藝術想象圖（ 2017）

右：天問一號拍攝到的 “阿特拉斯”（ 2025）

那么，講了這么長時間了，到底有沒有外星人呢？這個問題，我們問了很多年。在真正進行SETI科學研究之前，也就是20世紀50年代的時候，著名的物理學家費米曾經問過這樣的問題：為什么我們找不到外星人？

如果外星人存在的話，那么在我們銀河系里面就應該有一代一代的外星人。一代外星人消亡了，另一代外星人出現，然后一直到今天。但是我們并沒有看到任何外星人。所以說，這就是費米悖論。

20世紀60年代初，人類開始了地外文明真正的科學研究。之后對于費米悖論有很多的解釋，有人說這是一個黑暗森林，里面每一個文明都拿著一把獵槍，見到另外一個文明就會把它殺掉。

這是一個假說，我覺得這個假說可能來自于霍金曾經說過的一句話：外星人幾乎肯定存在，但是人類最好避免與他接觸。

我的想法和他們不太一樣，我認為就像在黑暗的大海里面航行一樣，你如果看到遠處有一點點星光，看到其他的一些帆船，你會拿著槍把另外一個帆船的人給打死嗎？我認為不應該是這樣的。外星人和人類應該是互相協作的。

所以，不與外星人接觸或者不透露我們的位置等，其實都不是必要的問題。因為我們不知道外星人是友好的，或者是有敵意的。但是，我們如果那樣做的話，就假定外星人是100%有敵意的。這種情況下，我們就失去了具有非常高級技術的外星人的幫助。

類似于在黑暗的大海里，我們看到另外一個文明，肯定不會消滅它，而是靠近它，互相幫助、抱團取暖。

宇宙不會永遠沉默

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從2014年和美國的科學家丹談起這個事情，到2020年開始真正的科學研究，再到現在2025年，我們已經開展了六七年的研究。我們發表了很多關于這方面的文章，就像剛才介紹的對整個的搜尋框架做出了非常完美的貢獻。

我們也形成了一個計劃，叫做“知音計劃”。它來自于古代的一個故事，伯牙和子期彈奏高山流水。這個計劃包含很多內容，既包含射電SETI，也包含光學SETI。我們希望對外星人發射的信息，不僅僅是能夠聽到，還要能夠聽懂。所以說，我們在大力地在推進這個計劃，力爭在國際上能夠有大的突破。

搜尋地外生命，不管是光學還是射電，高級生命還是低級生命，雖然成功的可能性確實很難估計，但是如果我們不去尋找的話，它成功的可能性就是零。

這是康奈爾大學一個天文學家，在1959年nature上發表的一篇文章。這篇文章可以說是SETI研究最具開創性的一篇文章，也是第一篇科學上研究SETI的文章。之后60年，德雷克就開始了他的觀測研究。所以說，地外文明的搜尋，從20世紀60年代到今天，已經過去60年了。

所以，我們可以總結一下：中國的科學家才開始了不到十年的研究，但是國際上的科學家已經開展了60年的研究。

隨著地球上觀測技術的發展，我相信宇宙不會永遠沉默下去，在全球SETI科學家的共同努力下，我相信最終一定會找到地外生命，尤其是地外智慧生命，也稱為地外文明。我也相信中國的科學家，會從中做出非常重要的貢獻。

謝謝大家。

文章轉載自“格致論道講壇”公眾號