如何用你的电脑寻找外星人?
2017/2/17 16:52:26 中国科普博览

    

     ▲电影《超时空接触》剧照,女主角Ellie是一名从事SETI项目的科学家

     “

     “我们在宇宙中真的是孤独的吗?”

     在浩瀚的星空下,相信每一个人都会产生这样的疑问。当然过不了几秒,这个问题就会被抛在脑后,毕竟“外星人”在大多数人眼里仍然是科幻的近义词。但是在学术界,还真有一群科学家,他们顶着巨大的争议,采用科学的手段,开展细致的研究,年复一年地搜寻着宇宙中智能生命存在的迹象。而对于每一个普通人来说,只要你拥有电脑,就可以参与到这项研究中来。

     幻想与科学的边界

    

     ▲十九世纪流行的“火星运河”,事实证明它是错觉与想象结合的产物http://www.popularmechanics.com/space/moon-mars/a17529/a-short-history-of-martian-canals-and-mars-fever/

     SETI“搜寻地外智能生命”(search for extraterrestrial intelligence)的缩写,它泛指所有的搜索地外文明的科学计划。SETI的历史可以追溯到十九世纪末期,那时候“火星人”是一个非常热门的话题。1896年,著名的科学家尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)声称,通过改造他的无线供电系统,可以和火星上的生命进行沟通。1899年,他开展了相关的实验,但是并没有获得被学界认可的成果。对火星的热情一直延续到了20世纪初。1924年,美国甚至开展了“国家无线电静默日”(National Radio Silence Day)以便进行对火星的监听,当然结果一无所获。

     一篇论文开启的时代

     “火星热”并没有持续很久,随之而来的是射电天文学的不断进步。1959年,康奈尔大学的物理学家朱赛皮·可可尼(Giuseppi Cocconi)和菲利普·莫里森(Philip Morrison)在《自然》杂志上共同发表论文,首次指出了利用无线电进行星际通讯的可能性。次年,射电天文学家佛兰克·德拉克(Frank Drake)开展了“奥兹玛计划” (Project Ozma)。这是人类首次尝试使用射电望远镜接收地外智能生命的信号。他们选择在中性氢21厘米波长上对鲸鱼座τ星,波江座ε星进行监听,这是离地球最近的类似太阳的恒星。虽然最后并没有获得地外智能生命的信号,但是他们的工作成为了此后SETI项目的雏形。

    

     ▲奥兹玛计划使用的射电望远镜,位于美国西佛吉尼亚州的“绿岸”地区www.seti-inst.edu

     起伏不定的命运

     奥兹玛计划的实施,引起了主流学术界对于SETI的关注。1960年美国科学院在绿岸(Green Band)地区召开了相关的学术会议。随后一些学术机构开展了Opza、Ozma II等SETI计划。其中最有名的是1973年至1998年之间,俄亥俄州立大学使用“大耳朵”(Big ear)射电望远镜进行的观测。这不仅因为它是史上第一个长时间的SETI计划,更重要的是“大耳朵”在1977年发现了著名的“Wow!”信号。

    

     ▲发现这个信号的志愿者十分激动,随手在记录的旁边写上了一个“Wow!”,从此它就被人成为“Wow!”信号。http://www.bigear.org/Wow30th/wow30th.html

     “Wow!”是一个非常强的信号,它随着时间逐渐增强,到达波峰后又开始减弱消失。整个持续的时间为37妙,而这正是“大耳朵”对一个观测目标的扫描时间。因此基本上可以断定“Wow!”并不是来自地面的干扰。至于它是否和地外的智能生命有关,还需要进一步验证,可惜的是人们再也没有接收到同样的信号。

    

     ▲口径达到305m的阿雷西博望远镜

     上个世纪七十年代,NASA开始关注SETI项目,这无疑对SETI的发展起到了巨大的推动作用。 1992年,在NASA的资助下开展了两个SETI项目,其中一个是使用当时世界上口径最大的射电望远镜——阿雷西博(Arecibo)进行观测。

     但是从诞生之日起,SETI就没有摆脱过人们对它的质疑。毕竟“花纳税人的钱去找E.T.”听起来实在是太荒唐了。仅仅一年后,NASA就迫于联邦政府的压力停止了项目。幸而先前的投入并没有白费,SETI研究所、行星协会等民间组织先后建立。他们接手了NASA的研究成果,并在此基础上发展出了新一代的SETI项目,包括凤凰计划(Project Phoenix)、BETA计划、SERENDIP计划等。目前SETI项目正在获得越来越多的来自社会的支持,正在开展的艾伦望远镜阵(ATA)、突破聆听计划(Breakthrough Listen)都是直接受到私人捐助而建成的。

     SETI,期待你的加入

     随着技术手段的进步和SETI计划规模的扩大,庞大的数据量逐渐成为一个问题。最初的“大耳朵”射电望远镜只能同时扫描50个通道,而1992年JPL所使用的望远镜就已经可以同时对320MHz的带宽进行扫描,并把他们分解成1600万个通道。要在这茫茫的信号中寻找智能的痕迹堪比大海捞针,势必会产生可怕的运算量。只有超级计算机才可以处理这个级别的数据,但是对于SETI这样“非主流”的项目,申请使用时间又谈何容易。

    

     ▲SETI@home的Logo

     好在个人电脑的计算能力也随着技术不断进步,对于一般人的使用来说已经是绰绰有余的了。1992年,两位伯克利大学的学者大卫·安德森(David Anderson)和丹·沃西默(Dan Werthimer)提出,可以利用个人电脑的空余时间来解决SETI的运算问题,这就是著名的SETI@home。

     该项目运用的是分布式计算技术,简单的来说,就是先将射电望远镜的观测数据切分成一个个数据包,然后将它们分发到安装相应客户端的电脑上,使用电脑的空闲时间进行计算。数据信息和分析会以屏幕保护的形式显示出来,而计算的结果会被反馈到数据的发出者手里。

     SETI@home的效果是超过设计者的预期的,在上线的第一年就吸引了两百多万来自全球的参与者。2013年,SETI的浮点运算速度达到了668万亿次每秒,相当于当时运算速度最快的超级计算机天河2号的1/50。SETI@home的成功同样证实了分布式计算的可行性。2003年,伯克利大学开始启用BOINC(Berkeley Open Infrastructure for Network Computing)平台。除了SETI之外,这个平台还包含数学、医学、物理学、天文学等各个方面的项目,参与者可以根据自己的兴趣进行选择。

     SETI@home的安装方法

     目前中文网络上已经有很多关于SETI@home的安装攻略了,本文仅介绍一个比较简单的方法。如果你在安装和运行软件中遇到问题,可以访问“中国分布式计算总站”等网站寻求帮助。此外,SETI@home的原始数据也是开放的,可供具有大数据、机器学习等相关研究背景的人直接使用。

     1、打开BOINC官网https://boinc.berkeley.edu/,找到下载选项,将安装文件下载到电脑上。

    

     ▲BOINC官网首页

     2、开始安装软件,选择SETI项目。

    

     3、填写个人信息,创建账号。系统会根据你的贡献计算积分,并建立全球的排行榜。

    

     4、运行程序,在为SETI做出贡献的同时,拥有一款最炫酷的屏保。

    

     ▲SETI@home屏幕保护效果截图

     *图八到十来自http://seti.berkely.edu/

     结语

     严谨是科学的基础,也是伪科学的照妖镜。SETI学会的创立者之一卡尔·萨根一生致力于推进天文生物学研究,但同时也与那些UFO的狂热信徒展开论战。寻找地外生命并不只存在于科幻作品之中,相反这是一个严肃的科学话题。在质疑声中,无数人的努力与付出使得SETI走到了今天。

     但是究竟有没有地外生命?有的话他们发展出了何种智能?他们会不会使用无线电?

     我们或许永远也得不到答案。唯一确定的是,如果我们放弃寻找,就一定得不到答案。

     参考资料:

     http://setiathome.berkeley.edu/ SETI@home官方网站

     http://www.seti.org/ SETI Institute

     http://apod.nasa.gov/ Astronomy Picture of the Day

     https://en.wikipedia.org/wiki/Search_for_extraterrestrial_intelligence#cite_note-9 Search for extraterrestrial intelligence

     http://www.equn.com/ 中国分布式计算总站

     http://www.planetary.org/explore/projects/seti/seti-at-home.html

     SETI@home Millions together, searching for a signal from the stars

     出品:科普中国

     制作:房庚雨

     监制:中国科学院计算机网络信息中心

    

     “科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。

     本文由科普中国融合创作出品,转载请注明出处。

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