银河系论文文献

银河系论文文献

恒星是由分子云中的气体和尘埃通过一系列复杂过程形成，而这些复杂的过程目前只被部分理解，这些云的演化驱动着宇宙中恒星种群的演化。在过去的几十年里，研究恒星形成的天文学家们集中精力研究几个活跃的恒星形成区域：太阳邻域、银河系的圆盘和邻近的麦哲伦云星系。

然而，这种环境范围是有限的，不能代表宇宙中大多数恒星形成的条件。例如，在这些局部环境中，气体的密度、压力和运动远低于人们认为在大约100亿年前宇宙恒星形成高峰时期存在的气体密度、压力和运动。

博科园：此外，不同的条件使得理清演化效应变得困难。最近，利用亚毫米阵列和阿尔玛望远镜等设备对不同波长的星系平面进行了广泛的观测，这使得研究中心 分子带 (CMZ)的云演化和恒星形成成为可能。CfA天文学家Eric Keto和张启洲以及同事在CMZ环境下对大质量分子云进行了一系列的计算机模拟，目的是描述它们在这个稠密、复杂区域内围绕星系中心旋转时的形态和运动演化。这些计算是第一次专门针对CMZ脊云的建模，并与最近的观测结果进行了比较。

（图示）伊拉克/斯皮策太空望远镜拍摄的银河系中心红外图像。红外线穿透了大部分尘埃，揭示了拥挤的星系中心区域的恒星。较老、较冷的星星是蓝色的；红尘云与恒星托儿所中的年轻恒星有关。银河系中心位于大约26,000光年之外，朝向人马座。这幅图像跨越了一个叫做环分子带的区域，新模拟似乎解决了围绕该区域分子云的性质和演化的一些谜团。图片：Susan Stolovy (SSC/Caltech) et al., NASA SPitzer/IRAC

研究小组发现，CMZ环境导致云层被压缩，压力和剪切力使云层破碎，形成细丝和纺丝等类似薄饼的结构。模拟能够重现关键的观测特征，比如“砖”，一种非常密集、扁平的分子云，尽管它的气体密度很高，但缺乏恒星形成活动；模拟可以模拟它的一般形态、倾角和速度梯度。结果表明，星系中心附近分子云的演化与其轨道动力学密切相关。当伴随着气体的增加，这些云可以进化产生在许多星系核中观察到的星暴。

由于外引力势的显著影响，星系中心分子云的演化被认为与星系盘中分子云的演化不同。研究提出了一组分子云在中心分子带(星系中心∼500pc)的100-pc流上绕轨道运行的数值模拟，并描述了它们随背景势和偏心轨道运动的形态和运动演化。发现这些云是由强剪切和力矩、潮汐和几何变形以及它们通过轨道周中心形成。在模拟中，这些机制控制云的大小、纵横比、位置角、丝状结构、柱密度、速度色散、视线速度梯度、自旋角动量和运动学复杂性。通过将这些预测与星系中心“尘埃脊”上的云的观测结果进行比较，发现模拟很自然地再现了一系列重要的观测形态和运动特征。

这些特征可以用人们熟知的物理机制来解释，研究人员认为，气体云在星系中心区域的吸积，也就是旋转曲线翻转、潮场完全压缩的地方，伴随着气体云的动力变化，导致坍缩和恒星的形成。这可以产生一个具有共同起始点的云塌演化过程，该起始点要么标志着吸积到潮压区域的时间，要么标志着最近的周中心通道时间。这些过程加在一起可能会自然地产生同步星暴，这些星暴可以在许多(额外的)星系核中观察到。

博科园-科学科普｜研究/来自: 哈佛史密森尼天体物理中心

参考期刊文献:《皇家天文学会月刊》

DOI: 10.1093/mnras/stz381

博科园-传递宇宙科学之美

银河系不再安全？科学家：银河系旋臂已断裂，银河系可能正在解体

在人类仰望星空之前，宇宙就已经存在了千万亿年。

人类似乎一直都对宇宙 探索 抱有极大的兴趣。自古以来， 人们都没有放弃过对于万丈星空的观测和记录 。带着对于宇宙这一神秘而未知空间的好奇，人类发明了各种各样的天文观测工具，改良了无数的天文观测方式，从望远镜到射电天文观测，人类 逐步了解到天文规律和宇宙中的各种射线信号波，并从中抽丝剥茧，试图弄懂宇宙的起源和根本原理 。

后来，随着航天技术的迅猛发展，人们得以真正踏足于宇宙之中，才知人类于宇宙而言，不过是沧海一粟、井底之蛙。甚至，以人类现在最顶尖的 科技 水平都飞不出自身所处的太阳系；而 太阳系对于更为广袤浩瀚的银河系来说，也只不过是边缘地带的一颗不起眼的星系 。

所以，虽然我们人类居住的地球对于银河系来说更加渺小而不起眼，但是银河系仍然是我们的居住所在，是人类在这无边星海里的一个归属。

然而，美国科学家的一个惊人发现，却让众人大跌眼镜。据称， 银河系旋臂已经发生断裂，银河系可能正在解体 。这是怎么回事呢？难道我们人类所居住的 银河系已经不再安全了吗？ 末日是否即将来临？

先让我们了解一下人类所居住的银河系究竟是怎么一回事。

银河系，是太阳系的所处星系，呈椭圆形，具有巨大的盘面结构，由五条相互对称的旋臂组成， 每条旋臂之间相距四千五百光年 ，作较差自转。银河系所具有的恒星数量共计在一千亿到四千亿之间，是 太阳质量的1.5万亿倍 ，大概已经有100亿年的形成 历史 ， 形成于宇宙大爆炸之后的38亿年 。

银河系由内向外分别由 银心、银河、银盘、银晕、银冕 组成，越靠近银河中心的恒星越老，通常都是星球末年期的白矮星，而银河外围都是年轻和新生的恒星，我们的太阳以及太阳系就是其中的一员， 我们在地球上可以用肉眼观察到的行星全是来自银河系 。

我们天文所观测到的 “银河” ，也是 银河平面上的带状弧光 ，这些光是银河平面上其它行星和天体累积的光亮。在冬季观测银河，可以看到由天狼星和南河三、参宿四构成的 “冬季大三角” 。

银河系还有两个 伴星系 ，分别是 大麦哲伦星系和小麦哲伦星系 。而银河系本身也正在通过缓慢吞噬周边矮星系的方式来壮大自己，目前，银河系的范围已经膨胀增加了百分之五十，巨大的体积使得它 更加容易与周围的星系发生碰撞 。

并且，根据人们的观察发现，M31仙女星系正在以每秒三百公里的速度朝银河系缓慢挪动，大概需要 三十亿到四十亿年后 ，仙女星系就会与银河系发生碰撞。所幸的是，太阳系或许不会因此受到影响，相反，这两个星系碰撞以后可能又会花上几十亿年的时间来互相合并，变成一个更大的星系。

银河系有五条主旋臂，五条旋臂呈螺旋状结构排列并旋转，尽管旋臂之间经常会发生合并分支和扭曲，但总体结构还算是非常稳定， 在暗物质的“骨骼支撑下”，平稳地运行并不断壮大自己 ；且太阳系所处的旋臂位置也十分 安全且温暖 ，不会受到来自银河系心的强烈辐射，也不会被轻易地甩入茫茫宇宙，因此科学家们一直认为不用对银河系过于担心。

直到科学家们忽然发现， 银河系旋臂已经发生断裂！ 一篇研究银河系射手旋臂的高俯仰结构论文，向我们揭示了悬臂断裂的具体情况。

在此之前，由于人们对于恒星演化的认知局限性，天文研究人员在绘制银河系地图的时候都面临了一些困难和疑惑，以至于银河系地图都不够精准和完善。直到最近因为 天文测量技术的逐步完善 ，人们对球状星云团的分析研究才知道银河系银心的位置并根据恒星位置将旋臂结构进行定位， 形成了如今较为普遍认知的银河系结构图 。

而这篇论文的研究团队，则在原先银河系结构图的基础上进行更加深入的研究升级和不懈努力，并 绘制出的号称“最精确”的全新银河系3D结构模型图，向我们展示出银河系的真实模样 。

在这个全新银河系结构图之中我们可以看到， 银河系的船底-人马旋臂上有一个断裂，这个断裂的“碎片”是一组额外伸出的恒星和气体云，它的方向与旋臂的主要旋转和结构方向都存在着巨大的差异 。

据悉， 人马座臂的俯仰角仅为十二度左右，而这部分“碎片”的俯仰角则有六十度 ，因此，看上去这块“碎片”的星云里的恒星都在 试图逃逸出银河系 ，造成了人马旋臂“断裂”的现象。

但是也有科学家认为，这条突出的“碎片”可能只是旋臂上类似于枝丫的特殊结构，具有一定的规律性和秩序性。无独有偶，在其它螺旋星系的旋臂上其实也存在类似的“断裂”结构。所以，可以推测出， 这种“断裂”的“碎片”也只是银河系发育过程的正常部分，不值得人们大惊小怪 。

虽然目前这坨旋臂上的“断裂”并不会造成解体，但是银河系可能也会因为其它潜在的危险因素而解体。因为，科学家研究发现，银河系边缘的恒星运动速度产生的离心力已经远超过银河系中心能提供的引力，这意味着 银河系边缘的恒星迟早会脱离银河系中心的引力单独行动，从而造成银河系的解体 。

但是这个担心并没有发生，很快，人们就证实了暗物质的存在，而银河系之所以在运行过程之中没有分解散架，正是因为宇宙之中无处不在的暗物质为星系提供了一部分引力，充当了星系的骨架。所以， 银河系不会轻易解体 。

而科学家仍然没有放过对于银河系即将毁灭的蛛丝马迹， 有科学界在观测LA型超新星时发现这个星系的天体远离速度超过预期 ，经过研究发现，这是因为 与暗物质性质相斥的暗能量正在加速宇宙的膨胀 ，如果这样的膨胀不会中止，那么最终会把所有星系都扯碎撕裂。不过，宇宙膨胀导致星系撕裂可能还需要一个十分漫长的时间，甚至远超于人类对于时间的理解和想象。

而银河系未来真正要面临的难题，是 三十多亿年后与仙女星系的合并 ，并有可能形成新的旋臂或星系。

不过，也有人认为， 黑洞可能会吞噬银河星系 。这是因为银河系的中心一个巨大质量的黑洞，位于人马座A之中，其体积是 太阳质量的四百万倍 ，距我们大约有2.7亿光年之远，这颗大质量黑洞正在慢慢地吞噬着周围的行星，甚至可以征服整个银河星系内的所有天体。

值得注意的是，这颗大质量黑洞的平均密度却低于一般黑洞。因此其体积增长潜力也更大，据悉， 这颗黑洞的吞噬力也随之增长了三倍 ，在其增长的过程中，视界附近的 潮汐力会明显减弱 。而这个位于人马座之中的黑洞在吞噬周围物质的过程之中，物质落入黑洞会摩擦生热产生光亮，引起人马座A的亮度变化。

虽然谁也不知道黑洞最终会发展成什么样，但是如果黑洞继续进行增长扩大，确实会吞噬掉整个银河系，而我们太阳系和地球也绝对不会幸免。只不过，与暗能量撕裂宇宙所担心的那样， 目前黑洞还并不能把我们怎么样，等到它膨胀到足以威胁太阳系的程度，我们人类可能都已经灭绝了 。

讨论完毁灭银河系的一万种方式，我们不妨再来看看“银河系绕一圈，地球就会毁灭一次”的传言，来 探讨地球这颗人类最后的底线和家园，其命运走向会如何变化 。

地球围绕太阳一圈是一年，月球绕地球一圈是一天。那么太阳系绕银河中心转一圈则需要用“银河年”这个单位来计算。据悉， 一个银河年大约等于2.5亿个地球年，根据地球目前的寿命来算，地球已经经历了大约20个银河年 。

而地球每经历一次银河年的节点，似乎就会发生一次毁灭性打击。譬如距今刚好2.5亿年前， 毁灭一代霸主-恐龙的事件就很好地佐证了这个“银河年诅咒”的说法， 而恐龙的灭绝正是因为地球遭受了不可磨灭的毁灭性打击。

再往前推一个“银河年”，正是海洋动物盛行的时期，但最终也因为 地球的极端气候导致许多海洋物种的灭绝，催生了海洋生物走上陆地的演化之路 。似乎也在印证“银河系年诅咒”。

不过，银河系绕一圈，地球就毁灭一次的说法并不严谨。因为 一个银河年并不是导致地球物种毁灭的根本原因 ，而地球物种的毁灭也不全是按照银河年的规律而毁灭的，所以， 强行将两者联系在一起的说法并不算可靠 。

所以，人们对于银河系旋臂断裂的担忧，也正显示出 人类将地球的命运与银河系的命运联系起来 。人类对银河系未来的无限遐想和猜测，都是人类对自身未来命运的担忧与人类在宇宙之中所处地位的生存迷茫。

虽然所有会让银河系乃至地球毁灭的猜想都离人们很远，远超于人类对目前时间尺度的认知，但是 人类却仍然试图弄懂所有使得自身命运走向灭亡的可能性 ，这其中也折射出 人类对于宇宙本质和原理认知的局限 。不过，正是由于这些未知，才促使我们人类 科技 和文明的进步，以发展到足够强大的地步在面临危及存亡的末日局面时也能活下去。

银河系的研究历史

科学家发现银河系经历了漫长的过程。望远镜发明后，伽利略首先用望远镜观测银河，发现银河由恒星组成；而后，T.赖特、I.康德、J.H.朗伯等认为，银河和全部恒星可能集合成一个巨大的恒星系统。1750年，英国天文学家赖特（Wright Thomas）认为银河系是扁平的。1755年，德国康德和郎伯特（Lambert Johann heinrich）提出了恒星和银河之间组成一个巨大的天体系统。1785年，英国天文学家威廉·赫歇耳绘出了银河系的扁平形体，并认为太阳系位于银河的中心。1918年，美国天文学家沙普利（Harlow Shapley）经过4年的观测，提出太阳系应该位于银河系的边缘。1926年，瑞典天文学家林得布拉德（Lindblad Bertil）分析出银河系也在自转。在18世纪后期，F.W.赫歇尔用自制的反射望远镜开始恒星计数的观测，以确定恒星系统的结构和大小，他断言恒星系统呈扁盘状，太阳离盘中心不远。他去世后，其子J.F.赫歇尔继承父业，继续进行深入研究，把恒星计数的工作扩展到南天。20世纪初，天文学家把以银河为表观现象的恒星系统称为银河系。J.C.卡普坦应用统计视差的方法测定恒星的平均距离，结合恒星计数，得出了一个银河系模型。在这个模型里，太阳居中，银河系呈圆盘状，直径8千秒差距，厚2千秒差距。H.沙普利应用造父变星的周光关系，测定球状星团的距离，从球状星团的分布来研究银河系的结构和大小。他提出的模型是：银河系是一个透镜状的恒星系统，太阳不在其中心。沙普利计算出：银河系直径80千秒差距，太阳离银心20千秒差距，这些数值太大，因为沙普利在计算距离时未计入星际消光。20世纪20年代，银河系自转被发现后，沙普利的银河系模型得到公认。银河系是一个巨型棒旋星系（漩涡星系的一种），Sb型，共有4条旋臂。包含1200亿颗恒星。银河系整体作较差自转，太阳处自转速度约220千米/秒，太阳绕银心运转一周约2.5亿年。银河系的目视绝对星等为－20.5等，银河系的总质量大约是我们太阳质量的1.4万亿倍，大致10倍于银河系全部恒星质量的总和。这是我们银河系中存在范围远远超出明亮恒星盘的暗物质的强有力证据。关于银河系的年龄，占主流的观点认为，银河系在宇宙大爆炸之后不久就诞生了，用这种方法计算出，我们银河系的年龄大概在125亿岁左右，上下误差各有5多亿年。而科学界认为宇宙大爆炸大约发生于138亿年前。2014年，科学家公布了最新的观测数据，银河系的质量仅为仙女座的一半。这个研究结果来自一支国际研究小组，包括卡内基·梅隆大学的宇宙学家马修·沃克，他们的研究论文发表在英国皇家天文学会的月刊上。论文指出，研究小组使用了一种全新的方法去测量星系的质量，比以往的测量方法更加精确。2015年3月，科学家使用斯隆数字巡天勘测数据分析了银河系边缘恒星的亮度和距离，结果发现银河系边缘像瓦楞纸板一样，存在皱褶结构，凹槽中存在着恒星。实际上这些恒星区域也是银河系的一部分，真实的银河系比之前预想大50%。

发现隐藏的黑洞！银河系一亿多个黑洞的之一

天文学家通过对星际气体云的影响探测到一个隐秘黑洞。这个中等质量的黑洞是预计潜伏在银河系中的一亿多个安静黑洞之一。这些结果为寻找其他隐藏黑洞提供了一种新的方法，帮助我们理解黑洞的生长和演化。黑洞是一种引力如此之大的天体，任何天体，包括光，一旦落到视界之外都无法逃逸。

由于黑洞不发光，天文学家必须从它们的引力对其他物体的影响来推断它的存在。黑洞质量范围从大约太阳质量的5倍到几百万倍太阳质量的超大质量黑洞。天文学家认为，小黑洞会合并并逐渐成长为大黑洞，但从来没有人发现过质量是太阳数百或数千倍的中等质量黑洞。

博科园-科学科普：日本国家天文台竹川俊也领导的一个研究小组注意到hhn -0.009-0.044，一团气体云奇怪地移动在距离地球25000光年的人马座星系中心附近。他们使用ALMA(阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列)对云进行高分辨率观测，发现它正在一个巨大的不可见物体周围旋转。Takekawa说：详细的运动学分析显示，一个巨大质量，3万倍于太阳的质量，集中在一个比我们太阳系小得多的区域。这一现象以及在那个位置没有任何观测到的物体，强烈地暗示了一个中等质量黑洞。通过分析其他异常云，希望能发现其他安静的黑洞。

庆应义塾大学(Keio University)教授、该研究小组的共同负责人冈友治(Tomoharu Oka)补充道：这个中等质量黑洞的发现意义重大，它距离银河系中心的超大质量黑洞只有20光年。在未来，它会落入超大质量黑洞，就像现在的气体一样。这支持了黑洞增长的合并模型。这些结果作为Takekawa等人发表在《天体物理学快报》上《银河系中心另一个中等质量黑洞的迹象》。

根据阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列的高分辨率分子线观测，在银河系中心区域发现了绕着一个看不见的大质量物体旋转的分子气体流。这些流也可以复制的形态和运动学两开普勒轨道在一个单点的质量(3.2±0.6)×104⊙。也发现离子化气体靠近轨道气体的内部，表明离解冲击和/或光离子化。研究结果为银河系中心游荡的中等质量黑洞提供了新的环境证据，这也表明高速致密云可以作为我们银河系中大量存在的安静黑洞探测器。

博科园-科学科普｜研究/来自: 国立自然科学研究院

参考期刊文献:《天体物理学快报》

DOI: 10.3847/2041-8213/aafb07

博科园-传递宇宙科学之美

杨利伟太空遇到外星人了？——地外文明搜寻历程

对于“是否有外星人”存在这个问题，宇航员们似乎因为曾经进入太空，比我们普通人更有机会与外星人“ 亲密接触”,因此他们多了一些发言权。

宇航员们相信“外星人”存在吗？

最近，中国第一位航天员杨利伟亲述曾在太空遇到神秘的敲击声：“这个声音也是突然出现的，并不一直响，而是一阵一阵的，不管白天还是黑夜，毫无规律，不知什么时候就响几声。不是外面传进来的声音，也不是飞船里面的声音，而仿佛是谁在外面敲飞船的船体。无法描述它，不是叮叮的，也不是当当的，而是更像拿一个木头锤子敲铁桶，咚 咚 咚 咚”。

这是否是外星人造访我们的飞船?

2014年，笔者曾组织举办第27届太空探索者协会年会的社会活动日(北师大分会场)，航天员刘旺和部分美国、俄罗斯和日本的宇航员都应邀参加了这个活动。

会议交流期间，刘旺曾经告诉我，他相信有外星人的存在，但是没有说为什么。而最近航天员杨利伟的爆料，让我明白了背后可能的原因。此外,一些美国航天员也相信外星人的存在。

图注: 第27届太空探索者协会年会(北师大分会场)

本文将首先介绍国际和国内搜寻地外文明的历史及现状，再从天体物理角度对杨利伟爆料的神秘敲击声给出可能的解释。

漫长的地外文明搜寻之路

在如此深邃的宇宙里，

人类是唯一的智慧生命吗？

地球是宇宙中最特殊的星球吗？

在宇宙中是否还有其他的生命？

这些生命会以怎样的形式进行演化？

人类是如此渴望知道这些问题的答案，以至于从未停止过对地外文明的搜寻。

从最早试图在地球上建造巨大的结构来引起外星人的注意，被动得等待外星人发现人类，到一百多年前，尼古拉·特斯拉认为他的无线电传输系统可以用来联系火星上的生物（参考文献【1】），人们搜寻外星人的方法随着科技的进步经历着一系列深刻重大的变化。

1931年，美国的无线电工程师卡尔·央斯基接收到了来自银河系中的射电辐射，打开了射电天文学这一新窗口，为人们探索宇宙增加了一条重要途径。

1959年，物理学家莫里森和科可尼在《自然》杂志上发表了一篇论文（参考文献【2】） ，他们认为如果宇宙中存在其他智慧生命，并且他们的科技发展水平与人类相当，或许人类能够从众多的射电信号中，找到外星人发出的信号。他们认为这个信号的波长很可能是525px（1.42GHz），这一波长正是宇宙中最常见的中性氢发出的辐射。

图注: 中性氢原子的21 厘米谱线产生机制示意图

这篇文章的发表一时间激起千层浪，从此人们对于外星人的搜寻不再是盲目的，可谓是为现代搜寻地外智慧生命奠定了科学基础。

笔者的师大物理宇宙学团队也基于2014年发表在PRL上的文章，计划使用我国FAST望远镜，观测宇宙深处中性氢的21 厘米射电谱线测量宇宙膨胀的加速度。

1.搜寻地外智慧生命（SETI）实验

1960年，康奈尔大学的射电天文学家、被称为“SETI之父”的弗兰克·德雷克（Frank Drake）开启了第一个现代搜寻地外智慧生命（Search for Extra-terrestrial Intelligence，以下简称SETI）的实验，该实验被称为“奥慈玛计划（Project Ozma）”。基于莫里森和科可尼的文章，他利用绿岸射电望远镜(Green Bank Telescope)的85英尺射电望远镜，观测天仓五和天苑四这两颗恒星在1.42GHz这一频率的射电信号。当然，现在我们都知道在这次实验中，德雷克并没有找到他想找到的信号。然而德雷克并没有放弃，第二年，他发表了著名的德雷克公式，从统计上揭示了银河系中能够与外界交流的文明的数量。

图注: 笔者与德雷克的合影

1971年，NASA支持了德雷克等人进行SETI研究，他们设计了由多达1500个小型射电望远镜组成的地基射电望远镜阵列。然而由于造价过高，并没有实际建成，但是他们所做的研究工作为之后大量的SETI工作奠定了基础（参考文献【3】）。

1972年，美国先驱者10号探测器发射时携带了德雷克与康奈尔大学的天体物理学家卡尔·萨根共同设计的人类发往太空中的第一条物理信息（参考文献【4】）。这块镀金铝板上标记出了地球在太阳系中的位置，如果先驱者10号探测器能够遇到地外生命，那么他们就有望通过这条信息与我们取得联系。

然而地外生命也许并不是友好的，我们是否应该主动发送地球以及人类的信息给可能的地外生命，也一直是一个备受争议的话题。

德雷克目前是SETI研究所（参考文献【5】）的成员之一。SETI研究所是一个非盈利性组织，它成立于1984年，所需资金大部分来自于私人捐赠，他们所用的艾伦射电望远镜阵列以微软的共同创始人保罗·艾伦的名字命名，保罗·艾伦为这个望远镜阵列提供了一半的经费支持。

图注: 笔者访问SETI研究所

然而，耗费了大量人力物力的艾伦射电望远镜阵列并没有搜寻到外星人的蛛丝马迹，随着2011年美国政府资金支持的停止，艾伦射电望远镜阵列陷入了停工的局面。

图注：艾伦射电望远镜阵列(图片来源于网络)

与SETI研究所隔着旧金山湾相望的加州大学伯克利分校SETI研究中心（参考文献【6】），他们负责的SERENDIP(Search for Extraterrestrial Radio Emissions from Nearby Developed Intelligent Populations：搜寻临近地球的地外智慧生命发出的射电信号)项目是世界上运行时间最长的SETI项目。

得益于互联网技术突飞猛进的发展，伯克利SETI研究中心也展开了SETI@home的项目（参考文献【7】），利用全球900万志愿者联网的计算机共同搜寻地外文明。SERENDIP最初是依附于其他观测项目之上的，从阿雷西博射电望远镜拿到观测数据之后，他们将这些数据分段，分别发给SETI@home的各个志愿者，利用每个志愿者电脑待机休息的时间对数据进行处理，找出非自然产生的射电信号以及潜在的目标信号，再反馈给SETI研究中心的科学家们。这种模式的优势是进行SETI研究的科学家们不需要单独申请望远镜的观测时间，能与其他项目实现双赢。

图注： SETI@home分布式计算项目

2.突破创新计划 (Breakthrough initiatives)

突破创新计划（参考文献【8】）是俄罗斯富翁尤里·米尔纳于2015年创立的探索宇宙、搜寻地外智慧生命，鼓励公众从行星的角度进行辩论的项目。其董事会成员包括著名的科学家史蒂芬·霍金以及Facebook的CEO马克·扎克伯格。尤里·米尔纳在英国伦敦皇家学会举行的新闻发布会上宣布了突破创新计划的成立, 当时物理学家史蒂芬·霍金、英国皇家天文学家马丁.瑞斯(Martin Rees)[据说他非常相信地外文明的存在]、“SETI之父”的弗兰克·德雷克、美国加州大学伯克利分校(ey)天文系席教授高尔夫·摩西(Geoff Marcy)[他曾经发现了上千颗系外行星，是诺贝尔奖的热门候选者；但是不相信地外文明的存在，曾经和突破聆听计划的PI，同时也是伯克利SETI@home的首席科学家Dan Werthimer教授进行过关于是否有地外文明的辩论；目前他已经从ey天文系辞职]、 突破聆听的主要负责人Andrew Siemion以及基金会主席Peter Worden参加了成立仪式。

图注: 突破创新计划新闻发布会

突破创新计划由突破聆听(Breakthrough Lisen)、突破摄星(Breakthrough Strashot)以及突破信息(Breakthrough Message)三个项目组成。

（1）突破聆听

突破聆听计划是历史上最大规模的搜寻地外智慧生命的项目。

史蒂芬·霍金与尤里·米尔纳于2015年7月共同启动了突破聆听项目。尽管霍金本人认为向太空主动暴露人类的信息并不是明智之举，但是他对于人类主动搜寻地外智慧生命的项目仍然持积极态度。

突破聆听计划将在十年内投入1亿美元的资金，支持SETI研究。其中一部分经费用于购买望远镜的观测时间，另一大笔经费将会用来升级望远镜的后端设备。有了更多的望远镜观测时间以及更好的设备，突破聆听计划将会得到优于以往近百倍的观测结果。鉴于NASA已经决定今后不再给SETI研究任何的经费支持，对于SETI研究的科学家们来说，突破聆听项目的启动是一个重大利好消息。

2015年，伯克利SETI研究中心幸运的得到了俄罗斯富翁尤里·米尔纳10年内共计1亿美元的资金支持，继续搜寻地外文明。突破聆听计划的PI，同时也是伯克利SETI@home的首席科学家丹·沃斯莫(Dan Werthimer)教授，将与突破聆听的主要负责人安德鲁·西蒙(Andrew Siemion)一起[曾经是Dan Werthimer的博士后]，带领伯克利的SETI研究团队一同聆听天外来音。

Dan Werthimer教授与中国也有一段不解之缘，早在上个世纪八十年代，他就在北京师范大学天文系进行了为期一年的访问交流，与北师大的师生建立了深厚的情谊。2014年笔者访问美国加州大学伯克利分校(ey)天文系和劳伦兹国家实验室(LBNL)时，与Dan建立了更加密切的合作关系。2015年，在笔者邀请下，Werthimer教授对北师大进行了学术访问，并做了风趣幽默、通俗易懂的报告，报告介绍了SETI研究的历史与发展。在此良机下，笔者带领的北师大SETI研究团队也积极得加入到了SETI的研究中,并且已经开始处理绿岸射电望远镜(Green Bank Telescope)的数据。

图注: 笔者与DAN的合影以及DAN在北师大的海报

突破聆听计划主要利用位于美国西弗吉尼亚州的100米口径的绿岸射电望远镜(Green Bank Telescope)和位于澳大利亚的64米口径的Parkes射电望远镜，监听来自外星文明传来的信号。绿岸射电望远镜是世界上最大的全方位可移动望远镜，Parkes射电望远镜是南半球第二大的射电望远镜。在突破聆听项目开启之前，做SETI研究的科学家们通常一年之内只能得到一两天的观测时间，而现在，他们得到了望远镜每年20%-25%的观测时间。

图注：国台和SETI签订协议

2016年10月，中国科学院国家天文台也与突破基金会签订战略性合作协议，国家天文台台长严俊和突破奖基金会主席及“突破计划”执行主任Pete Worden代表双方分别签字。根据合作意向，国家天文台500米口径球面射电望远镜FAST将加入“突破聆听”（Breakthrough Listen）项目，与位于美国的绿岸望远镜及位于澳大利亚的Parkes天文台共同合作，寻找地球以外智慧生命的线索。双方将有可能交换观测计划、探测方法和数据，并快速进行跟踪观测及数据分析。

未来，位于三个国家的三个世界一流的望远镜将一起交换观测计划，共享观测数据。

图注： 笔者参观绿岸射电望远镜

图注：Parkes射电望远镜

除了射电波段的研究，突破聆听还有一部分资金用于美国加利福尼亚州利克天文台的2.4米光学望远镜，进行光学波段的研究，旨在探测地外文明发出指向地球的激光信号。

图注：笔者访问美国加利福尼亚州利克天文台

突破聆听计划主要观测的频率范围是1-10GHz，在这个范围内的射电信号不受宇宙源或地球大气的影响，可以用地面望远镜进行观测。大型望远镜的观测时间是十分宝贵的，因此科学家们总是期望从一批观测数据中可以得到多项科研成果。SETI研究得到的观测数据，还可以用于研究脉冲星、恒星日冕物质抛射等研究领域。这些数据将会公开发表，可能是历史上公开发表的数量最多的数据。

（2）突破摄星计划

突破摄星项目计划建成一个依靠光压驱动的纳米级宇宙飞船，其速度高达到光速的15%，这样的飞船能够在发射后20年到达距离太阳系最近的恒星——半人马座α星，又称为比邻星——为我们传来最近发现的比邻星的行星 Proxima b的图像。据此，可以帮助我们探测该恒星系统是否还有其他行星，我们还可以分析它们的磁场等一系列的性质。

（3）突破信息计划

如果说突破聆听计划是被动的接收外星人的信号，那么突破信息计划则是人类主动、有意识地给地外文明发送信息的项目。

突破信息计划的研究还包括将信息发送到宇宙深空的伦理学。同时，它还发起了高达一百万美元奖金的竞赛，竞赛的内容是设计一个可能会发送到地外文明手中的来自地球的数字化信息。这条信息应该是代表整个人类的文明程度和我们地球的特征。在是否应该主动向外界发送关于地球和人类信息的高水平深层次辩论结果出来之前，该项目暂时不会向外界发送任何信息。

突破计划的三个项目相辅相成，期待它能为我们带来振奋人心的发现。在未来的十到二十年之间，人们或许有望找到外星人发出的蛛丝马迹。另一方面，不论是否真的有外星人存在，突破创新计划都将在天文特别是射电天文学方面，极大的推动科学技术的发展。

3.突破聆听计划研讨会

2016年10月5-6日，在绿岸天文台召开了突破聆听计划研讨会，笔者也参加了这次会议，并且作了SETI in China 的学术报告。

会议由突破聆听计划项目主办，绿岸天文台承办。突破聆听基金的负责人Jamie Drew、突破聆听项目的PI Dan Werthimer教授、该项目的主要负责人Andrew Siemion以及现代SETI项目的奠基人Frank Drake教授均出席了本次研讨会。

图注：笔者与Dan Werthimer和Andrew Siemion

研讨会上探讨了突破聆听计划的研究目标、策略，并且广泛探讨了现代搜寻地外智慧生命的方法。从SETI实验所需的射电望远镜后端接收机以及数据储存、传输等硬件设备，到数据处理的方法，特别是对与其他研究项目一起进行联合观测研究的可能性进行了讨论。

此外，还有部分利用开普勒卫星进行光学波段研究的学者到场做了精彩的报告，主要是有关系外行星的搜寻工作。随着系外行星样本的不断增加，将会增加我们对于系外行星的认识，对于宜居行星分布情况也将会有进一步的了解。

对于宇宙中是否存在其他智慧生物，虽然短时间内可能不会有结果，但是学者们大多抱有积极乐观的态度。

即使最终不是专门研究SETI的科学家发现了地外智慧生命的，就像历史上许多重大天文观测发现一样（有心栽花花不开，无心插柳柳成荫），那仍将是令人激动的结果。

与会者还参观了绿岸望远镜的观测室以及后端设备室（非美国公民需要登记批准后才能进入）。在这里，观测人员可以同时控制天文台中的多架望远镜进行观测，后端设备室有两排插满了5TB硬盘的架子，存储了突破聆听计划的观测数据并对其进行了预处理。当找到了研究人员所感兴趣的信号之后，会把这部分数据发往加州大学伯克利分校的空间科学实验室进行进一步的处理。由于每天观测都会产生大量数据，剩下的没有发现感兴趣信号的数据就会被删除掉。德雷克教授感慨道，他在二十世纪六十年代最早做SETI实验的时候，是不敢想象今天的海量数据的。

杨利伟在太空是遇到外星人了吗?

最后，让我们再回到这个问题，杨利伟在太空是遇到外星人了吗？

笔者的看法是，杨利伟遇到外星人的可能性很小。

到目前为止，还没有接收到来自外星人的信号，并且也没有外星人造访地球的确切事实。以目前我们所知的科学技术水平，银河系内的外星人即使乘坐以光速飞行的飞船在短时间内都无法到达我们地球。从理论上讲，一种可能可以使我们从一个区域在短时间内到达另一个区域，那就是《星际穿越》电影里面描述的虫洞，这也是我的博士导师沈有根先生研究了一辈子的天体物理领域。

图注：虫洞示意图

如上图所示，外星人可以通过虫洞在短时间内从宇宙一个遥远的区域到达我们这里，而不需要经过漫长的路程。2015年初，来自意大利和美国的一个国际研究小组声称，基于对银河系的最新研究和理论，在我们的银河系可能存在可以通往遥远时空的巨大门户-虫洞，像热映电影《星际穿越》中所展现的那样，其大小足以让一艘宇宙飞船经过。相关论文发表在《物理学报》杂志上。这项研究表明人类将有可能通过虫洞穿越时空到达及其遥远的地方。因此，如果杨利伟遇到的确实是外星人，那么这些外星人所行走的路线只有一条：虫洞。这条虫洞连接我们地球附近区域和银河系内某个遥远的地方或者河外星系的某处区域，而且这个虫洞的入口或许在马航MH370飞机失事区域。

一个美好的愿望是马航MH370飞机仍然在这条虫洞中穿越。虽然我们感觉两年过去了，而MH370飞机由于在虫洞中穿行，其时间变慢，机上的乘客一直活着，他们感觉只是过去了几个小时，不久的将来他们或许通过其他的虫洞返回到我们的地球。

参考文献

[1] Seifer, Marc J. (1996). "Martian Fever (1895–1896)". Wizard : the life and times of Nikola Tesla: biography of a genius. Secaucus, New Jersey: Carol Pub. p. 157. ISBN 33865102.

[2] Cocconi, Giuseppe & Philip Morrison (1959). "Searching for interstellar communications"Nature.184(4690):844~e:1959Natur.184..:10.1038/184844a0.

[3] "Project Cyclops: A Design Study of a System for Detecting Extraterrestrial Intelligent Life"  NASA. 1971.

[4] Carl Sagan; Linda Salzman Sagan & Frank Drake (1972-02-25). “A Message from Earth”. Science. 175 (4024) : 881-884

[5]

[6]

[7]

[8]

出品：科普中国

制作：北京师范大学天文系 宇宙之美科普团队  张同杰 李时雨

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。