为了让外星人了解地球信息，他们拼命想出了这些“乱码”

撰写者|曲立建

浩瀚的太空总是让人思考一个深刻的问题：我们在地球上孤独吗？星光点点是其他智慧文明居住的地方吗？

随着科学的发展，人类已经超越了幻想和遐想，从1900年代初就开始尝试接收来自可能的外星文明的信号。这看起来还是很被动。为什么不主动向外星文明发送信息呢？

1958年，美国开始实施先锋计划，发射了一系列行星探测航天器。其中，先锋10号和11号分别于1972年和1973年发射，最初的目的是探索外太阳系。他们成为第一批分别飞越木星和接近土星的探测器。最终，它们将飞出太阳系。美国人在先锋10号和11号上安装了一块镀金铝板（先锋牌），上面刻着一些关于地球人的信息。如果探测器被外星文明捕获，外星人可以通过这块铝板很快了解到它的情况。地球人。

除了裸体的男人和女人就没有别的了吗？

除了含义模糊外，没有人确定这块铝板是否可以被外星人接收。这块镀金铝板就像一个漂流瓶。虽然它以每小时五万公里的速度离开了太阳系，但与浩瀚的太空相比，仍然不值一提。

有没有更有效的方法向外星人发送信号？

是的，它发送无线电信号，这也是最快的信号形式。

阿雷西博信息

1963年，美国波多黎各建成了阿雷西博射电望远镜，口径为305米。建成后成为世界上最大的单口径望远镜。这一纪录一直保持到2016年7月，才被中国500米口径球面射电望远镜FAST“中国天眼”打破。

阿雷西博射电望远镜有点特别。它配备了三个雷达发射器，用于向天体发射无线电信号并分析反射信号。

美国天文学家弗兰克·德雷克曾提议利用阿雷西博望远镜的雷达向太空发射无线电信号，让外星天文学家捕获它们，破译信息，了解地球上人类的存在。

送什么？

发送的内容应该是地球人和外星人都能理解的。

有这样的内容吗？

是的，科学。

科学适用于整个宇宙。如果外星人能够发明射电望远镜，他们一定懂科学。

在一些人的帮助下，Drake 很快就设计出了内容。 1974年11月16日，他向武仙球状星团M13发射了无线电信号，历时169秒，功率450千瓦，信号波长126毫米。

如果M13真的有外星智慧文明，我们需要多长时间才能收到回复？

很快，只有5万年了，因为M13距离地球25000光年。

在我们静静等待外星人回复的同时，我们不妨欣赏一下美国天文学家发出的信息。

我们可以记录音高系列，高音为0，低音为1，我们会得到：

000000101010100000000000010100000101000000010010001000100010010110010…

总共有1679个0或1，也就是1679位信息。

德雷克希望外星人将绳子排列成矩形。将1679 分解为质因数，1679=23 但是，如果按照前一种方式排列它们，得到的图案是白噪声；如果按后一种方式排列它们，就会出现有意义的像素位图。

那么我们来看看消息的内容是什么。

为了方便观察，我们把它做成了彩色。

阿雷西博信息，颜色是用来分类的，信息本身没有任何颜色。

我们先看第一部分，也就是下图中的白色方块。你能明白这意味着什么吗？

阿雷西博信息第一部分

这是数字1-10 的二进制表示。下面解释一下。

第四行的白点是定位符，标记二进制数的起点。定位符上方三行从下到上分别是二进制数的三位：20、21、22；然后跳到下一列，从下到上分别是23、24、25。下图是二进制和十进制数的对应关系：

Arecibo消息中二进制数字表示的10个数字1-10

接下来的部分，下图中紫色方块部分。

阿雷西博信息第二部分

同样，底线是一个占位符。很容易看出，这是五个二进制数，分别是1、6、7、8、15。这五个数字代表了DNA中所含的五种化学元素的原子序数。从左到右分别是氢(1)、碳(6)、氮(7)、氧(8) 和磷(15)。

接下来是12组绿色方块。有了之前的经验，我们可以很快的写出每组方格所代表的数字，如下图所示。

阿雷西博信息第三部分

这些数字意味着什么？

12组绿色方块代表12个分子，对应的5位数字代表分子的组成，即上一段信息中氢、碳、氮、氧、磷这五个原子的数量。写出分子式。它们是DNA的组成部分：第1行和第3行是脱氧核糖和四个碱基；第2 行和第4 行是磷酸盐。总结如下：

第1 行： 脱氧核糖(C5OH7)、腺嘌呤(C5H4N5)、胸腺嘧啶(C5H5N2O2)、脱氧核糖(C5OH7)；

第2行： 磷酸盐（PO4），磷酸盐（PO4）；

第3 行： 脱氧核糖(C5OH7)、胞嘧啶(C4H4N3O)、鸟嘌呤(C5H4N5O)、脱氧核糖(C5OH7)；

第4 行： 磷酸盐(PO4)，磷酸盐(PO4)。

接下来的部分，如下图：

阿雷西博信息第4 部分

蓝色代表DNA双螺旋结构。

中间的白色方块是一个二进制数，11111111 11110111 11111011 01011110（二进制）=4,294,441,822（十进制）。这个庞大的数字意味着什么？

它代表人类基因组中碱基的数量。不过，这是1974年的科学认识，目前的科学成果约为30.55亿。

在下一部分中，模式如下：

阿雷西博信息第五部分

红色部分是地球人的形象。左边的四个水平白点代表二进制数1110（十进制14）。这里横写意味着需要将14乘以信号的波长126mm，14126mm=1,764mm，这代表了当时美国男性的平均身高。

右边的白色图案是一个二进制数，从右下开始，000011 111111 110111 111011 111111 110110=4,292,853,750（十进制），左上角的白点代表最低有效位。这个数字代表1974 年地球上的总人口。

继续向下到达黄色方块部分。

阿雷西博信息第六部分

这部分显示了太阳系。左边最大的图案代表太阳，右边是九颗行星（1974年，冥王星仍被归类为行星）；第三个，地球，被抬高了一个空间来代表这一信息。它是从地球发出的，与人形图案接近，表明人类生活在地球上。

终于到了最后一部分。

阿雷西博信息第7 部分

紫色图案的弧形部分代表发送此信息的阿雷西博望远镜，M形部分是信号反射的示意图。横的白色方块是一个二进制数，100101 111110=2,430（十进制），2430126mm=306,180mm，代表望远镜的口镜。

解释完阿雷西博的信息后，您有何感受？你是突然恍然大悟还是更加困惑？

如果您觉得难以理解，请不要感到尴尬。当它设计出来并征求意见时，连很多诺贝尔奖获得者都无法理解。即使地球上最聪明的人也无法弄清楚有关我们自己的信息。外星人需要多聪明才能破译它？

1999 年和2003 年，天文学家使用Yevpatoria RT-70 射电望远镜向太阳系中多个附近的恒星传输无线电信息，称为“宇宙呼叫”。

宇宙呼叫也以二进制编码，与阿雷西博消息一致。它的信息内容比阿雷西博更加丰富：包含数学、物理、天文、地理、生物化学、人体形态等各个领域的知识，并力求内容自洽且易于外星人解读；最后，外星人被问了几个问题，等待外星人发来答案。内容太多，这里就不一一解释了。有兴趣的读者可以参考文末链接[1]。

银河灯塔

迄今为止，地球人已向外星人发送信息12次。

近日，来自美国、英国、荷兰和中国（北京师范大学和武汉大学）的科学家发射了升级版的外星信息代码——银河信标（BITG）。银河信标的详细信息于3月25日发表在学术期刊《Galaxies》上[2]。

银河信标呈现信息的方式与阿雷西博消息相同，都是二进制位图，内容也仅限于自然科学。

Galaxy Beacon共有十三个部分，如下图所示：

银河灯塔的所有内容

数学

第一部分是向外星人介绍地球数学。

我们地球人通常使用十进制数，但我们不能指望外星人也使用十进制数，但我们可以大胆地假设外星人理解二进制数。银河信标使用二进制表示法来表示我们地球人使用的十进制表示法，如下所示。

银河信标第1 部分内容、编号

上图的第一部分以三种方式表示数字。

数字的三种表示方式，=0111=7

第一种方式是点数（如上图所示，7个点代表7），第二种方式是四位二进制数，第三种方式是人类数字。三个方法之间用一个符号分隔，即等号“=”。

阿拉伯数字0-9在Galaxy Beacon中的表示如下：

银河信标代表十进制数字0-9

该图还显示了如何表示两个十进制数，例如数字14，如下所示：

第14 号，为了节省空间，省略了二进制表示。

一旦熟悉了十进制数的书写方式，图14 下半部分的素数就会更容易理解。底线是目前已知最大的素数，这需要使用Galaxy Beacon —— 第2 部分中的一些基本数学运算符号。

银河信标第二部分内容，数学运算

图中涉及的符号如下：

银河信标中的基本数学运算符号

从图中挑几个例子来测试一下：

Galaxy Beacon 中的数学运算示例

上述四个公式分别表示：43=12、12=1、32=1.5、19=0.1111。

现在，你对这些符号有感情吗？那么，看看下面这张图，你能立刻明白吗？

银河灯塔第三部分，指数运算

是的，这就是指数运算。

下一步是方程和函数。

银河信标第4 部分内容、方程和函数

图中定义了三个变量，假设分别对应a、b、c：

Galaxy Beacon 中的三个变量

，意味着求解关于的方程。

最后还画出了函数b=a3的图形。

物理

向外星人介绍数学之后，开始介绍物理。

首先，我们介绍物理量的单位。外星人会使用我们的国际单位制（SI）吗？

不太可能，连我们地球人都还没有能够统一单位制。

我们必须根据通用常数来定义单位。银河灯塔选择了氢原子光谱。

氢是宇宙中最丰富的元素。外星智慧文明一定能够非常清楚地研究氢原子。他们不仅了解氢原子是由质子和质子周围的电子组成，还了解氢原子的超细谱线。

当氢原子处于基态时，质子和电子的自旋有两种状态：平行或反平行。这两种状态之间的能量存在细微差别。前者略高于后者。当氢原子从前者跃迁到后者时，就会产生辐射。这是氢原子的超细谱线，波长约为21cm，频率约为1420MHz。

质子和电子的自旋从平行变为反平行。这种转变发生的概率极低。因此，氢原子的超精细谱线在地球上的实验室中是看不到的，但氢原子在星际介质中的天然含量相当大，可以发射超精细辐射，可以通过射电望远镜观测到。外星天文学家也应该熟悉这条线。

氢原子超精细辐射示意图

银河信标通过以下信息与外星文明约定长度和时间单位，分别是氢原子超精细谱线的波长和周期。

银河信标第5 部分，使用氢原子的超精细辐射定义时间和长度单位

图中的符号代表氢原子，质子位于中心，电子围绕质子。

下面有一个公式，描述了秒和赫兹的关系，即秒是赫兹的倒数。

在图23的右下角，这个图案代表质子和电子的自旋从平行状态转变为反平行状态，并释放辐射。

这样的画面大家应该都有体会吧？根据右边的英文提示，应该不难猜出以下符号的含义。

图23 中的最后一条信息值得一提。这是时间戳，即信息发送的时间。地球人和外星人有着不同的时代。时间怎么解释？幸运的是，地球人和外星人可以找到一个共同的时间起点，即大爆炸——。图中的最后一条消息说，地球在大爆炸后4.355X1017秒发送了这条消息。

化学与生命科学

银河灯塔的下一部分开始谈论化学元素。下图中的信息是氢原子光谱和几种化学元素的原子序数。

银河信标第6 部分，氢原子光谱和化学元素

有了以上数学、物理、化学的知识，我们就可以呈现出地球生命遗传物质的基本单位—— DNA的四个碱基。根据上图中的化学元素符号，结合图26中地球人正常的DNA结构，不难理解银河信标中四个碱基的表示。

银河灯塔第七部分，DNA 的四个碱基

DNA中四种碱基的结构式

DNA的双螺旋结构对其遗传功能至关重要。下图展示了地球上男性和女性的体型和DNA双螺旋结构。

银河信标第8 部分，人体

地球特征

然后银河灯塔直观地呈现出太阳系和地球的地图。

银河信标第9 部分，太阳系

银河信标第10 部分，地球地图

银河信标第11 部分，地球特征

银河灯塔第十一部分展示了地球的特征。如图30所示，地球有陆地、海洋和大气。人们生活在陆地上。陆地上有山。最高海拔8848米，海洋最深11000米。该地图还标明了陆地、海洋和大气中某些物质的成分。

最后邀请外星人以2380MHz的联络频率与地球人联络。最后还给出了地球的位置坐标。

银河信标第12部分，邀请外星人回复

送还是不送？

银河信标刚刚设计完成，尚未发送。

从哪里寄来的？

阿雷西博望远镜是第一座向外星人发送无线电信息的望远镜，于2020 年12 月1 日退役前夕被彻底摧毁。

好在地球上还有两台设备，可以承担联系外星人的重任，一个是“中国天眼”；另一个是美国的艾伦望远镜阵列（Allen Telescope Array，ATA），占地1公顷，也曾称为公顷望远镜。

不过，中国天眼和艾伦望远镜阵列都只能接收信号，而不能发送信号。将望远镜施加改造，装备上发射信息的雷达，难度不大。改造之后，这两个天文装置都能向银河系中最可能存在智慧生命的天域发射信号。

另一个关键问题是，发还是不发？

尽管天文学家已经多次向可能存在的外星文明发送信息，但一直有声音反对这种活动。

向可能存在的外星人主动发送信息，有可能纯属白费人力、物力、财力。这还算不了什么，更严重的是，可能招致危险。

这种危险体现在中国著名科幻作家刘慈欣在小说中提出的“黑暗森林法则”：

小说家言，不足为凭。但也有声望卓著的科学家表示，主动联系外星人很危险。

史蒂芬·霍金曾在一个电视节目中说，不要联系外星人，外星人找到地球，就像哥伦布找到新大陆，我们地球人将重演印第安人的悲剧。

美国科学家和科幻小说作家大卫·布林（David Brin）在2006年发表一篇文章[3]称，主动向外星人发送无线电波，有可能将地球人置于危险之中，主动搜寻外星人的狂热分子应该停下来，充分听取和讨论各领域——不仅包括天文学，还包括且不限于历史学、宇宙生物学、伦理学、动物行为学的专家的意见。

2006年10月11日，Nature发表社论[4]，称外星文明未必和善，即便真联系到了和善的外星文明，也可能在我们地球人内部带来严重的混乱，搜寻外星文明界应该公开透明地向外界阐述清楚本领域人士的讨论，不要有面大望远镜，就自封为地球大使。

有科学家回应了这些担忧。

2008年，俄罗斯雷达天文学家、搜寻外星文明专家扎伊采夫发表文章[5]称，只要地球人搞雷达天文学，就不要担心向外星文明发信息。地球人的雷达天文学研究发出的信号早就照亮了整个天空，向外星文明发出的信息仅相当于沧海一粟不值一提。要想根除后患，除非我们连雷达天文学研究也禁止了，但是，如果那样的话，我们将无法监视和预防小行星撞击地球，最后还是走向毁灭。

2016年，Nature Physics发表文章称[6]，人类泄露出去的无线电信号很弱，只能到达距离我们最近的7000颗恒星；即便是这7000颗恒星附近的外星文明，如果不用口径超过300米的射电望远镜，也不大可能监测到人类泄露的无线电信号。追踪小行星的雷达信号，胡乱分布于太空中，不能与直接通向具体恒星系统的雷达束相提并论。

Nature Physics的文章说，耐心应该是一个先进文明应具备的素质，我们应该锻炼耐心，等条件成熟的时候，再联系外星人，在这之前，不要让没有耐心的地球人搞事情。

这篇文章很快招来了反驳文章[7]。文章首先说，地球人泄露出去的电磁波足以让外星文明知道地球人的存在，现在担心外星人入侵，已经晚了。另一方面，损失厌恶心理让人们更关注联系外星人的风险，而更少注意联系外星人的好处。

文章还讨论了一个问题，要不要联系外星人，究竟谁说了算？地球人取得共识，按共识来做吗？这不现实，不可能取得共识的。更可行的方式是科学家说了算，按科学界惯例来做，同行评议。

先不谈这些争议，还是说银河信标。

地球人已经确认了5000多颗系外行星，也许在不久的未来就会发现宜居行星，甚至外星智慧文明，现在应做些准备。

银河信标这套信息，形式简洁，内容丰富，能发送到最可能有外星人的天域，所以也能极大提高在久远的未来收到外星人回复的概率。

外星人如果收到并破解了银河信标，会回复什么呢？

我们希望至少回复银河信标里已有的内容，比如他们的数字系统、回信时间、在太空的位置坐标、遗传物质（外星人有可能不是碳基生命）、外形等，还有可能提供其他信息，比如外星人的文化、星际交流语言等。

联系外星人，干还是不干？这是值得每个人思考的问题。

参考资料

[1] https://blog.plover.com/aliens/dd/intro.html

[2] https://www.mdpi.com/2075-4434/10/2/55

[3] http://www.davidbrin.com/nonfiction/shouldsetitransmit.html

[4] Nature, 2006, 443, 606，https://www.nature.com/articles/443606a

[5] http://jre.cplire.ru/jre/may08/2/text_e.html

[6] Nature Physics, 2016, 12, 720, https://www.nature.com/articles/nphys3852