我相信，

宇宙不會(huì)永遠(yuǎn)沉默下去，

我們終將找到地外生命。

張同杰· 北京師范大學(xué)物理與天文學(xué)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(xué)。

看到這個(gè)題目，大家可能覺得非常熟悉，因?yàn)槔锩嬗小巴庑侨恕边@幾個(gè)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(xué)的角度。而我可能是國內(nèi)第一個(gè)——真正從科學(xué)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(hào)。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(zhuǎn)身回望，拍攝下地球的圖像。

▲《 暗淡藍(lán)點(diǎn)》（ Pale Blue Dot）

1990年2月14日，旅行者1號(hào)在60億公里外拍攝的地球

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

所以，當(dāng)我們回望這個(gè)暗淡藍(lán)點(diǎn)的時(shí)候，我們會(huì)想到什么？我們會(huì)想到整個(gè)宇宙中，除了地球上有生命之外，其他的地方有沒有生命？實(shí)際上，科學(xué)家、哲學(xué)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(shí)際上他是一位天文學(xué)家。他曾經(jīng)說過一句話，這句話也非常富有哲理，也具有科學(xué)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(fèi)。

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(gè)宇宙空間，將是極大的浪費(fèi)。所以，這是對“是否有地外生命”這個(gè)問題的一個(gè)非常好的詮釋。

那么，問題就來了——自20世紀(jì)60年代，真正從科學(xué)上探討外星人之后，以及20世紀(jì)60年代之前，從哲學(xué)上探討是否有外星生命，大家一直在問：我們在整個(gè)宇宙中是不是唯一的？用英文來說就是Are we alone？這個(gè)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(xué)家、公眾都非常關(guān)心的一個(gè)重要問題。

當(dāng)然，今天我給大家講的這些關(guān)于外星人的故事，不僅僅是出現(xiàn)在科幻作品里。我們大家平時(shí)看到的外星人，大多數(shù)都是出現(xiàn)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(shù)水平等等都不一樣。

今天，我將從更嚴(yán)肅的科學(xué)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(guān)于這個(gè)問題，實(shí)際上剛才也說過，不同學(xué)科的科學(xué)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(xué)的角度來探討的話，我們必須有科學(xué)的依據(jù)。

有一個(gè)很重要的依據(jù)，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(gè)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(gè)宇宙的歷程，我們可以看到，最初，人類認(rèn)為宇宙的中心在地球上，這就是“地心學(xué)說”。

之后又認(rèn)為宇宙的中心是在太陽系上，也就是“日心學(xué)說”；再后來，隨著天空觀測技術(shù)的發(fā)展，我們認(rèn)識(shí)到宇宙的中心不在太陽系上，它應(yīng)該在銀河系的中心。但是我們發(fā)現(xiàn)河外星系之后，知道了宇宙的中心其實(shí)也不在銀河系上；再后來，我們又發(fā)現(xiàn)了很多河外星系；如今，我們已經(jīng)差不多把宇宙中的很多天體都觀測到了。

我們現(xiàn)在知道，整個(gè)宇宙實(shí)際上沒有中心。也就是說，每當(dāng)我們聲稱所在的地球、太陽系、銀河系是獨(dú)一無二的、是宇宙中心的時(shí)候，我們都錯(cuò)了。

所以說，這是我相信地外生命存在的第一個(gè)證據(jù)。基于這個(gè)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(yīng)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(yīng)該有地外的生命。

第二個(gè)依據(jù)，就是德雷克公式。這個(gè)公式描述了我們銀河系內(nèi)能夠進(jìn)行星際通訊的智慧生命的估計(jì)個(gè)數(shù)。

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(gè)很重要的問題，也就是說這就牽扯到科學(xué)的問題了，從科學(xué)上我們怎么去尋找？

這里面有兩個(gè)大的策略，第一個(gè)策略就是我們要主動(dòng)去尋找外星人。這就相當(dāng)于在一個(gè)城市里，你想找一個(gè)朋友的話，你怎么去找？我可以直接過去，或者派一個(gè)人坐著出租車找他去。再就是發(fā)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(jì)70年代，先驅(qū)者探測器、旅行者探測器，它們都從地球上發(fā)射之后，奔著太陽系的邊緣飛去，直到現(xiàn)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(jìn)程度。這種方式是非常昂貴的，相當(dāng)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(fā)信息，就像發(fā)手機(jī)短信或者微信似的。20世紀(jì)70年代，美國的阿雷西博望遠(yuǎn)鏡向著銀河系的一個(gè)球狀星團(tuán)M13，發(fā)射了這張圖片上的信息。這個(gè)圖片包含了很多的信息，包含了這種DNA的結(jié)構(gòu)信息，還有地球在太陽系里面的位置。

實(shí)際上，在20世紀(jì)70年代，阿雷西博望遠(yuǎn)鏡向太空中發(fā)射的這個(gè)信息，已經(jīng)透露了我們地球所在的位置。所以說，現(xiàn)在一些科幻小說、電影里面都說“不要透露我們的信息”，但實(shí)際上我們早已透露了，大家不用擔(dān)心這些問題。

第二大類策略就是被動(dòng)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(fā)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(dāng)然到現(xiàn)在我們都沒有找到。

第三種方式，就是等待外星人發(fā)射的信息。這個(gè)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(shí)際上是非常有效的，也是非常廉價(jià)的一種方式。但是前提是假定外星人發(fā)展了和我們相當(dāng)?shù)?、甚至比我們更高的技術(shù)。

▲用射電望遠(yuǎn)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(xué)家進(jìn)行地外文明搜尋的故事。這個(gè)故事應(yīng)該開始于2014年，我訪問美國加州大學(xué)伯克利分校天文系時(shí)，在每周的討論會(huì)上，我遇到了一個(gè)科學(xué)家叫丹（Dan），我們當(dāng)時(shí)交流得非常好，后來他邀請我參加他的一個(gè)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(xué)家。

▲2014年于加州大學(xué)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(jì)70年代的時(shí)候，還曾經(jīng)在我們北師大工作過一年。這張照片就是他當(dāng)時(shí)在北師大工作的時(shí)候，向北師大的計(jì)算機(jī)專家、天文學(xué)家，講述阿雷西博望遠(yuǎn)鏡向球狀星團(tuán)發(fā)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(shí)我的一個(gè)思路是：我們首先評(píng)估一下這件事的可行性。 2014年的時(shí)候 ，中國的 FAST望遠(yuǎn)鏡 還沒有完全建成。在此之前， FAST首席科學(xué)家南仁東先生 ，于 2011年的時(shí)候 ，在國際物理雜志發(fā)表的文章里，已經(jīng)談到了 FAST將來可以做SETI 。這后來就成為 FAST的五大科學(xué)目標(biāo)之一 ，我也參與推動(dòng) SETI在中國的研究開展 。

▲左：FAST望遠(yuǎn)鏡

中：FAST首席科學(xué)家南仁東先生

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

我和國家天文臺(tái)合作，成立了這樣一個(gè)聯(lián)合的研究團(tuán)隊(duì)，由北師大牽頭，國家天文臺(tái)以及伯克利組成的三方SETI研究團(tuán)隊(duì)，這也是我們國內(nèi)成立的第一個(gè)SETI研究團(tuán)隊(duì)。

靠近另一個(gè)文明

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

首先，第一個(gè)目標(biāo)就是宜居帶內(nèi)的系外行星。我們以太陽系為例，地球就是處在宜居帶內(nèi)的?？梢钥吹剑厍螂x太陽的距離不近不遠(yuǎn)，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(gè)宜居帶。

▲目標(biāo)：宜居帶內(nèi)的系外行星

那么，另外一些目標(biāo)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(dāng)于我們怎么看他們一樣。有一種現(xiàn)象叫“凌日”，比如說外星人用望遠(yuǎn)鏡看我們的地球，掠過太陽的時(shí)候，太陽可以進(jìn)行消光，它的光度就會(huì)變?nèi)?，所以這種現(xiàn)象叫凌日現(xiàn)象。

▲目標(biāo)：那些正在看著地球的外星人

目前統(tǒng)計(jì)，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(biāo)，就是阿雷西博望遠(yuǎn)鏡。大家知道在2020年的時(shí)候，阿雷西博望遠(yuǎn)鏡坍塌了，也就是它現(xiàn)在已經(jīng)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(xù)觀測的目標(biāo)。

▲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(dāng)年的照片

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

外星人發(fā)射信號(hào)可能有兩種方式：一種方式是無意發(fā)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(hào)，就是特意讓我們地球人知道。

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

經(jīng)過我們和國際同行近十幾年的研究，我們把對外星人發(fā)出的信號(hào)等級(jí)總結(jié)成了5種：第一個(gè)等級(jí)是探測，第二個(gè)等級(jí)是事件，第三個(gè)等級(jí)是候選信號(hào)，第四個(gè)等級(jí)是興趣信號(hào)，第五個(gè)等級(jí)才是真正外星人的信號(hào)。

每一個(gè)等級(jí)，我們都做了很多的貢獻(xiàn)。第一個(gè)等級(jí)觀測是指，給它設(shè)定一個(gè)信噪比閾值，超過的信號(hào)，我們就算它一次觀測。這個(gè)觀測量會(huì)很大，因?yàn)檫@些里面可能含著外星人的信號(hào)，所以我們就通過一種方式進(jìn)行搜尋。

這種搜尋方式叫多波束聯(lián)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(jí)別叫事件。到了這時(shí)候，其實(shí)還有很多信號(hào)，它還不是候選信號(hào)。這個(gè)時(shí)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(fā)射的一些干擾，還有天體的一些信號(hào)。我們用人工智能把它篩選掉，就成候選信號(hào)了。

我們還發(fā)展了一種模式，可以從第一級(jí)別直接到第三級(jí)別 ， 叫多波束點(diǎn)源掃描策略，非常有效。

從候選信號(hào)到興趣信號(hào)，我們還有兩個(gè)終審判決。“終審判決 ” 這個(gè)詞不是我們自己取的，是當(dāng)時(shí)的審稿人給我們?nèi)〉摹Ｋ仲澷p我們的文章，說你們這個(gè)可以當(dāng)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(jù)。我們發(fā)現(xiàn)了這個(gè)候選信號(hào)之后，就在系外行星繞著它的母星一個(gè)周期內(nèi)連續(xù)觀測，看看它的頻率漂移是否符合這樣一個(gè)理論曲線。

再就是說，我們假定它的偏振就是這個(gè)射電干擾的偏振，和外星人信號(hào)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(huì)有變化。這是兩個(gè)判據(jù)。我們就可以從第三個(gè)到第四個(gè)信號(hào)。

最后一個(gè)就是外星人的信號(hào)，這個(gè)非常難，需要不同的科學(xué)家、不同的國家、不同的望遠(yuǎn)鏡重復(fù)觀測，但是有的信號(hào)有時(shí)候就不重復(fù)，比如一些隨意發(fā)射的信號(hào)。所以說，這一步非常困難。

因此，國際上在1989年起草了一個(gè)協(xié)議，叫后探測協(xié)議，即怎么來確定這個(gè)信號(hào)，以及這個(gè)信號(hào)確定之后，國際上怎么來應(yīng)對。這個(gè)協(xié)議是國際上的一個(gè)非常重要的協(xié)議。

通過前面的介紹，我們這個(gè)團(tuán)隊(duì)在整個(gè)流程 中 ——從信號(hào)的篩選、 去除 、再甄別、最后證論這四個(gè)步驟里，都做 了非常重要的貢獻(xiàn)，形成了一個(gè)非常完整的框架。

我們也發(fā)現(xiàn)了一些候選信號(hào)。大家知道候選信號(hào)是第三級(jí)，這個(gè)第三級(jí)，比起第五級(jí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。但是媒體或者是公眾不太了解級(jí)別的程度，其實(shí)它僅僅是一個(gè)候選信號(hào)而已。候選信號(hào)到第四級(jí)還很困難，到第五級(jí)更困難。

所以說，當(dāng)時(shí)我們確實(shí)發(fā)現(xiàn)一個(gè)候選信號(hào)，且引起了網(wǎng)上媒體的關(guān)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(xué)生，介紹這幾個(gè)級(jí)別，即我們發(fā)現(xiàn)的僅僅是候選信號(hào)而已。

▲2022年6月，探測到的窄帶候選信號(hào)

當(dāng)然也有意外之喜，這個(gè)熱搜讓我招到了很好的學(xué)生。其中一個(gè)學(xué)生，在英國讀本科和碩士，但他下定決心回來跟我讀博士，現(xiàn)在是我的博士生，也是我們隊(duì)伍里的骨干。

前面講的外星人是指通過射電，當(dāng)然還有其他的方式，光學(xué)波段也可以。其他國家的科學(xué)家，比如美國已經(jīng)造了望遠(yuǎn)鏡，也就是光學(xué)觀測。如果外星人用激光，它所在的母星上的這種光譜會(huì)發(fā)生一些異常，這樣就可以通過光學(xué)觀測來進(jìn)行。

我的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在也開始了光學(xué)研究，分析郭守敬望遠(yuǎn)鏡的一些數(shù)據(jù)。當(dāng)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(gè)是比較科幻的，但是它是物理學(xué)家提出來的，所以說它是完全科學(xué)的東西，只不過現(xiàn)在沒法驗(yàn)證而已。

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

甚高能輻射成像望遠(yuǎn)鏡陣列系統(tǒng)；

右：郭守敬望遠(yuǎn)鏡

這種方式認(rèn)為，如果外星人文明級(jí)別很高、活的時(shí)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(gè)包圍其母星的裝置。這個(gè)裝置會(huì)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(shí)候，他們就發(fā)現(xiàn)了一些異常。但是，戴森球的可能性還是非常小的。

▲2016年發(fā)現(xiàn)一顆

具有異常行星凌星現(xiàn)象的恒星KIC8462852，

但戴森球的可能性極小

當(dāng)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(jīng)發(fā)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(xué)家認(rèn)為，這有可能是外星技術(shù)的一種殘骸。所以，哈佛大學(xué)教授勒布啟動(dòng)了一個(gè)計(jì)劃，叫“伽利略計(jì)劃”，就是來搜尋外星技術(shù)留下來的殘骸 。

▲左：“奧陌陌”藝術(shù)想象圖（ 2017）

右：天問一號(hào)拍攝到的 “阿特拉斯”（ 2025）

那么，講了這么長時(shí)間了，到底有沒有外星人呢？這個(gè)問題，我們問了很多年。在真正進(jìn)行SETI科學(xué)研究之前，也就是20世紀(jì)50年代的時(shí)候，著名的物理學(xué)家費(fèi)米曾經(jīng)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(yīng)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(xiàn)，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(fèi)米悖論。

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

這是一個(gè)假說，我覺得這個(gè)假說可能來自于霍金曾經(jīng)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(rèn)為就像在黑暗的大海里面航行一樣，你如果看到遠(yuǎn)處有一點(diǎn)點(diǎn)星光，看到其他的一些帆船，你會(huì)拿著槍把另外一個(gè)帆船的人給打死嗎？我認(rèn)為不應(yīng)該是這樣的。外星人和人類應(yīng)該是互相協(xié)作的。

所以，不與外星人接觸或者不透露我們的位置等，其實(shí)都不是必要的問題。因?yàn)槲覀儾恢劳庑侨耸怯押玫模蛘呤怯袛骋獾?。但是，我們?nèi)绻菢幼龅脑?，就假定外星人?00%有敵意的。這種情況下，我們就失去了具有非常高級(jí)技術(shù)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(gè)文明，肯定不會(huì)消滅它，而是靠近它，互相幫助、抱團(tuán)取暖。

宇宙不會(huì)永遠(yuǎn)沉默

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

我們也形成了一個(gè)計(jì)劃，叫做“知音計(jì)劃”。它來自于古代的一個(gè)故事，伯牙和子期彈奏高山流水。這個(gè)計(jì)劃包含很多內(nèi)容，既包含射電SETI，也包含光學(xué)SETI。我們希望對外星人發(fā)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(jìn)這個(gè)計(jì)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(xué)還是射電，高級(jí)生命還是低級(jí)生命，雖然成功的可能性確實(shí)很難估計(jì)，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(xué)一個(gè)天文學(xué)家，在1959年nature上發(fā)表的一篇文章。這篇文章可以說是SETI研究最具開創(chuàng)性的一篇文章，也是第一篇科學(xué)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(jì)60年代到今天，已經(jīng)過去60年了。

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

隨著地球上觀測技術(shù)的發(fā)展，我相信宇宙不會(huì)永遠(yuǎn)沉默下去，在全球SETI科學(xué)家的共同努力下，我相信最終一定會(huì)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(xué)家，會(huì)從中做出非常重要的貢獻(xiàn)。

謝謝大家。

文章轉(zhuǎn)載自“格致論道講壇”公眾號(hào)