观天神器 | 大耳朵望远镜：详解Wow!信号6EQUJ5，外星人发的吗？

作者：哈顿（科学声音知识写作训练营学员）& 汪诘

杰里·埃曼与 Wow！信号1977 年 8 月 19 日对很多美国人来说可能只是普通而又闷热的一天，但对杰里·埃曼（Jerry Ehman）来说却相当不平凡[1]。这一天傍晚，他忙完了自己的工作，泡了一杯咖啡，轻松自在地坐下来，拿起了一根长长的写满数据的纸带，饶有兴致地看了起来。他这是在检查由俄亥俄州立大学射电望远镜，也就是那台被大家亲切地叫做“大耳朵”的望远镜发来的数据。

图：杰里·埃曼（中间），来源：bigear.org

上世纪七十年代，观测数据并不是在屏幕上呈现，而是被打印在长长的纸带上。作为一名志愿者，分析一张又一张纸带上的数据，已经成了埃曼生活的一部分。然而，绝大多数情况下，纸带上的字符就像它们所呈现的内容一样，密密麻麻却毫无意义，除了背景噪声以外什么也没有。

Wow!信号（来源：bigear.org）

埃曼已经记不清这是他看过的第多少根纸带，突然一串字符映入他的眼帘，他睁大眼睛再次确认自己看到的内容后，忍不住发出一声惊叫“WOW！”。

这根纸带记录着三天前，也就是 8 月 15 日的望远镜观测数据，在 10 点 16 分的位置上有 6 个字符——6EQUJ5。这串字符在普通人眼里平淡无奇，可在埃曼眼中却极不寻常。他当时就愣在那里，脑海里翻腾起各种可能性。在所有念头中，有一个可能性最低却最令人兴奋。埃曼有点不敢把这个念头放大，但它却又不断从脑海深处翻腾起来，压都压不下去。那么，这串字符到底意味着什么呢？让我们先来了解一下这些字符的含义。

详解 6EQUJ5纸带上的字母和数字其实只有一个意思，就是信号的强度。强度最低的 1 表示背景底噪，强度 10 就用字母 A 表示，11 用 B 表示，以此类推，字母 Z 就表示强度为 35。

在信号纸带上，强度达到 5 以上的信号就已经很罕见。在一片数字 1 和 2 的海洋中，突然出现了一串 6EQUJ5，显得异常“突兀”。而信号强度U则表示比背景噪声高 30 个标准差，这也是该望远镜观测记录史上的最大值[2]。

6EQUJ5 由 6 个字符组成，每个字符表示的持续时间是 12 秒，总共 72 秒，但这并不意味着该信号只持续了 72 秒。望远镜固定在地面上随着地球自转，对一个来自地球以外的信号最多只能持续监听72秒。这串字符所对应的信号，强度变化是一个极为标准的倒钟型，这表明它应当来自地球之外。

6EQUJ5信号强度变化（来源：wiki）

还有一点需要说明，望远镜监听的频率是1.42GHz。这个频率在天文学家们看来，有着特殊的意义。它是由中性氢原子因能级变化而产生的电磁波谱线，因此被称为“氢波段”（这个频率对应的波长是 21 厘米左右，所以氢波段也被叫做 21 厘米线）。由于氢元素是宇宙中丰度最高的基本元素，所以氢波段有着广泛的天文学应用价值。很多科学家相信，假如外星文明试图与我们联络，这是最有可能的星际通讯频率之一。

埃曼曾经无数次幻想外星文明发来的信息会是什么样子，而摆在埃曼面前的这个信号正符合他的幻想。埃曼抑制不住内心的兴奋之情，用颤抖的手把字符串圈了起来，并在旁边用红笔写下了“Wow!”。从被埃曼标红的那一刻起，“Wow!信号”和发现它的美国俄亥俄州立大学射电望远镜（“大耳朵”望远镜）就被永远记录在了 SETI（地外文明搜寻）的历史中。

图：多年后的杰里·埃曼（来源：setileague.org）

寻找地外文明的 SETI 计划寻找地外文明的可靠方法就是监听来自宇宙中的电磁波，从中发现智慧文明的信号。

1959 年，美国物理学家莫里森（Philip Morrison）与可可尼（Giuseppe Cocconi）在《自然》杂志上发表了一篇名为《星际通信探索》的文章，提出寻找外星文明的最佳频率是氢波段。

人类历史上第一个寻找地外文明的正式计划是由美国著名天文学家德雷克（Frank Drake，1930-）组织实施的，名为“奥兹玛计划”。

图：德雷克

1960 年 4月的一天，德雷克将美国国家射电天文台新的 26 米直径望远镜对准了 10 光年外的恒星天苑四，使用的频率正是 1.42GHz。没过几分钟，用来记录信号的装置就疯狂地在纸上划来划去，与望远镜相连的扬声器也发出一连串声响。德雷克惊呆了，刚开始搜索就发现了如此强烈的信号，难道寻找外星人这么简单吗？显然没有那么简单啊，没过几天这个信号就被确认为来自一架飞机，后来的进一步调查发现，这其实是军方正在进行的秘密试验[3]。

在共计 4 个月大约 150 小时的间歇性观察中，除了那个引起误会的飞机，他没有发现任何有价值的信号。第一次奥兹玛计划虽然没有任何收获，但从此各种各样的 SETI 计划此起彼伏，从未停止过。

1971年，美国国家航天局资助了一项研究并形成了报告，该报告提出了许多建设性意见，还建议建造一个具有 1500 个碟形天线的射电望远镜阵列，称为“独眼巨人计划”，该计划后续以小规模的形式一直进行到上世纪九十年代。

1973 年，美国俄亥俄州立大学提出了一项新的 SETI 计划，实施该计划的正是我们今天这期节目的主角——“大耳朵”射电望远镜。我先带你认识一下这台望远镜。

为什么叫它“大耳朵”？第二次世界大战后，雷达技术的民用化带动了射电天文学的蓬勃发展，一批大口径的射电望远镜纷纷拔地而起，具有代表性的有：英国 76 米口径焦德尔班克射电望远镜，澳大利亚 64 米口径帕克斯射电望远镜，美国 305 米口径阿雷西博望远镜等。与它们相比，由俄亥俄州立大学的天文学家克劳斯（John D. Kraus，1910-2004）设计建造的射电望远镜显得非常“小众”，它不像别的望远镜那样造价昂贵、技术复杂，而是采用了一种简约而不简单、花小钱办大事的建设思路。

1955年，克劳斯提出了一种新颖的射电望远镜方案。它不像传统的射电望远镜那样采用旋转抛物面或球面作为接收器，可以指向天空的不同方向；而是以固定的抛物线状反射面当天线，这样不仅制造起来相对容易，而且成本也能够控制得非常好。尽管抛物线状反射面不能移动，但通过另外一个可以调整方向的平面反射面，就足以让望远镜随着地球的自转，观测天球北纬 63° 到南纬 36° 之间的广阔天空，用极低的成本实现了相当于 52.5 米口径球面的灵敏度。为了降低成本，建造过程中的很多工作都由克劳斯的学生免费帮忙完成，如望远镜模型的制作、钢梁形状的设计、焊接工作等，这也是他们只花了 25 万美元就能完工的原因[4]。

图：克劳斯

1962 年望远镜建成，它的占地面积比三个足球场还大。这台望远镜的总体外观很像一张高低床，由一张“床面”和高低两个“床头”构成。中间的床面部分长 152.4 米、宽 110.4 米，是一块铝板与混凝土混合物平面，总体呈白色，它的主要作用是防止微弱的信号被地面吸收。

在“床面”的两头竖着两个高低不同的“床头”，其中高的一头长 103.6 米，高 30.68 米，与地面有一个大约 45 度的倾角，就好像很多高低床的一头是倾斜的，方便靠背一样，它是一个平面反射面。低的那一头长 110.4 米，高 21.3 米，是一个抛物线反射面。来自宇宙空间的射电信号先会抵达平面反射面，随后反射到对面的抛物线反射面上，然后再聚焦到旁边的喇叭馈源处，再进行信号输出处理。从远处看，两个硕大的反射面特别像人的两个耳朵，因此很多人都亲切地把它叫做大耳朵望远镜。

图：大耳朵射电望远镜（来源：bigear.org）

勤勤恳恳的“大耳朵”“大耳朵”望远镜从建成的那一刻开始就注定是忙碌的，起初它的主要任务是在射电波段进行寻天观测。1970 年，它发表了一张包含近 2 万个射电源的星表，其中约有一半在之前从未被发现过，其中两个是当时所知最远的天体。

自 1973 年开始，“大耳朵”望远镜把主要的时间都投入到了搜索地外文明信号的事业中。自然产生的电磁波信号与人造电磁波信号有一个很大的区别：自然信号普遍有很宽的频率范围，而人造信号一般来说频率范围较窄。搜索地外文明信号往往需要在多个窄带频段同时收集信息。1973 年大耳朵望远镜采用8通道接收机，后来升级到了 50 通道，90 年代后更是提升到了 400 万个通道[5]。

望远镜常年累月的观测让数据源源不断，这些自动生成的数据需要用肉眼来观察和分析，经常旧的数据还来不及分析，新的数据又到了。从海量的数据中筛选有用的信息比大海捞针还难，在密密麻麻的纸带上找到可疑信号是一件费时、费力、费眼的工作，时间长了特别容易让人感到沮丧。因为每个人都明白，他们期待的是一件极小概率的事件。所以，即便付出百分百的努力，也可能完全没有任何回报。更加遗憾的是，从 1972 年开始，美国国家科学基金削减了大耳朵的预算，数据分析成了最大的瓶颈。不过，有许多志愿者在为大耳朵免费服务。

杰里·埃曼就是其中之一，他原本就是俄亥俄州立大学的助理教授，但预算被削减后，他的工作岗位也一同被削减了，但他依然以志愿者的身份为大耳朵工作。1977 年 8 月 19 日，当埃曼看到那串字符时，内心无比激动，顺手就在纸带上写了个大大的感叹词“Wow!”（哇！）,就这样，这个信号从此就一直被称为“Wow!信号”。

“Wow!信号”强度大、频带窄，观测频率 1.42GHz 符合科学家们对地外文明信号的猜测，而且基本上可以断定它不是来自地球，不是人造卫星，不是自然现象。它来自于人马座 M55 球状星团的西北方向。

那么，“Wow!信号”到底是不是外星文明发来的问候呢？很遗憾，这个问题至今依然没有公认的答案。埃曼在随后的几个月中频繁使用“大耳朵”望远镜在同一个方向搜寻重复信号。1987 年至 1989 年，科学家们在橡树岭天文台使用 META 阵列进行搜索；1995 年，美国国家射电天文台的 12 米口径的射电望远镜也曾寻求答案；到了21世纪，强大的美国甚大阵射电望远镜（VLA）阵列还进行了多次观测[6]，无数科学家和天文爱好者在同一频率同一方向上进行了无数次尝试，但始终没有再收到那个高强度的信号。

关于“Wow! 信号”的来源假设有很多，比如埃曼自己曾经猜测，它是地球上的某个信号被地球近地轨道的碎片反射回来。但这个假设很难成立，因为氢波段是天文保护频率，人为制造的可能性本身就很低，再加上计算也不支持太空碎片能返回这样的信号。2017 年，有美国天文学家又提出，是两颗彗星的氢气云产生的信号，但这个假说也被其他天文学家有力驳回。

总之，到目前为止，我们依然无法排除“ Wow!信号”可能来自于地外文明的假设。不过，在天文学研究中，对于来自地球以外的神秘信号，地外文明的解释都只能被排在最后一位。尽管我们很希望人类不是宇宙中的孤儿，地球文明不是宇宙中的唯一智慧文明，但科学要求我们用最严苛的证据来对待最惊奇的结论，哪怕是每一个天文学家都渴望得到的结论。

Wow！有意思的是，伴随着“Wow!信号”的出名，那串 6EQUJ5 的字符串也意外走红，它成了具有象征意义的符号，流行歌曲的曲名，还成了我的常用密码之一。

大耳朵望远镜因“Wow!信号”而备受关注，但我们也不能忘记在每个寂静的夜晚，勤劳的它都会竖起耳朵，仔细地聆听着来自宇宙的声音。作为吉尼斯世界记录收录的“寻找外星智慧生命时间最长的望远镜”，正是它数十年如一日的勤劳工作，才可能换来发现“Wow!信号”的高光时刻。1998年，大耳朵望远镜被拆除，原址被改造成了高尔夫球场和住宅，但“Wow!信号”以及大耳朵为寻找地外文明所付出的努力不会被人忘记。

尽管地球很小、宇宙很大，但只要勇敢地尝试、努力地探索，就算得不到想要的答案，也一定会在这个过程中受益匪浅。

信源http://www.bigear.org/Wow30th/wow30th.htm

http://bigear.org/6equj5.htm

https://bolide.lamost.org/report/rep7.htm

http://www.bigear.org/kraus.htm

吴鑫基. 美国大耳朵射电望远镜——观天巨眼400年系列之二十四[J]. 太空探索, 2004, 02:39-41.

https://en.wikipedia.org/wiki/Wow!_signal