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標題: （未解之謎）短短的72秒鐘，讓天文學家困擾了近半個世紀 [打印本頁]

作者: fumio2018 時間: 2022-2-10 08:35 PM 標題: （未解之謎）短短的72秒鐘，讓天文學家困擾了近半個世紀

本帖最後由 fumio2018 於 2022-2-10 08:51 PM 編輯

TL，DR：1977年8月15由美國俄亥俄州立大學「大耳朵」電波天文台所監測到的「WOW訊號」，長期以來讓天文學家們困惑不解。這一訊號具備一些難以用自然現象解釋的特徵，如今依然是UFO和外星人愛好者們津津樂道的話題。

愛好UFO和外星人的朋友們應該都聽說過著名的「WOW訊號」。但你知道它為什麼讓天文學家們如此困擾，以至於「外星智慧生命」依然是迄今為止看上去最合理的解釋嗎？今天我們就來一探究竟。

來自宇宙的無線電波

人類自古以來就在用肉眼觀測宇宙了，望遠鏡和照相底片的發明大大增強了人們的觀測能力。但從某種意義上講，它們所帶來的變化並不是根本性的。之所以這麼說，是因為宇宙空間中充斥著各種各樣的訊號：電磁波、宇宙射線、中微子、引力波...，它們都攜帶者關於天體的有用訊息，而我們人類的眼睛只能接收「電磁波」這一類訊號中非常狹窄的一個波段，也就是平常生活中被稱為「光」的那種東西。使用望遠鏡和照相底片，只是增強了我們收集和記錄「光」的能力。對於電磁波的其他波段，我們依然「視而不見」。對於其他類型的訊號，我們更是「充耳不聞」。

這種情況，在第二次世界大戰之後發生了些許改觀。雷達技術的廣泛運用，使得觀測來自宇宙空間的無線電波成為可能。到了60年代，「電波天文學」已經是天文學中進展最迅速的領域。正是在這樣的背景下，美國的俄亥俄州立大學啟動了一項雄心勃勃的計畫：「俄亥俄巡天觀測」。其目標就是用最新型的電波天文台對整個天空進行掃描，以記錄下盡可能多的電波源，供日後研究之用。承擔這一巡天觀測任務的，是1963年落成的「大耳朵」電波天文台

監聽宇宙的大耳朵

這就是「大耳朵」。照片裡這兩個巨大的類似於腳手架的結構，其實是電波望遠鏡的「鏡面」。傾斜的平面結構位於北側，是「定天鏡」。彎曲且直立的結構位於南側，是「主鏡」，兩者之間的距離大約是130公尺。來自天體的無線電訊號先被定天鏡反射到主鏡上，然後被主鏡聚焦到焦點的位置上。焦點那裡有兩個喇叭口形狀的接收器，它們把來自主鏡的訊號傳送給接收室。接收室裡有分析和紀錄訊號用的電腦設備。

說到電波天文台，許多人的腦海中都會浮現出這樣的景象：一個個巨大的碟型天線排列在一望無際的沙漠中，齊刷刷地指向天空中的某個位置。「大耳朵」的設計與大眾對電波天文台的印象相去甚遠，但這樣的設計並非沒有道理。

「大耳朵」電波天文台最初被設計用來觀測1411到1419兆赫的無線電波。這個頻段所對應的波長大約是21公分。相比之下，我們肉眼所看到的光波的波長大約只有零點幾微米。一般來說，觀測的波長越長，鏡面的尺寸就要做得越大，而對於鏡面平整度的要求則越低。這其實是很容易理解的：觀測的對象變長了，觀測的設備當然要相應地變大，但對於一些細節的要求反而就沒那麼高了。這也就是為什麼「大耳朵」要用巨大的「腳手架」結構來做鏡面的原因。

那為什麼「大耳朵」要被設計在這個波段上呢？不要忘了，「大耳朵」是承擔巡天任務的。為了盡可能多地發現天體，當然要觀測宇宙中數量最多，分佈最廣的東西，那就是暗能量。但當時人們還沒有把暗能量當回事，而且暗能量也不會發射無線電波，所以只好退而求其次，去觀測氫。氫原子會自發地發射波長為21公分的無線電波，這是由其內部的質子和電子的自旋結構所決定的。換言之：你要搞電波巡天，就必須觀測氫。你要觀測氫，就必須觀測21公分這個波段。你要觀測21公分這個波段，就必須把設備做得很大很笨重。但這裡又出現一個問題：如此巨大而笨重的「大耳朵」，是如何轉向和定位，以達到其掃描天空之目的的呢？

實際上，「大耳朵」只有定天鏡的傾角是可以調節的，而主鏡則是完全固定的。通過調節定天鏡的傾角，可以在南北方向上定位。而東西方向上的定位，只能依靠地球的自轉來實現，轉到哪裡是哪裡。很多人在試圖理解WOW信號的時候都忽略了這一點，但這是很重要的。

從巡天到尋人

1971年，隨著「俄亥俄巡天觀測」計畫的完成，美國國家科學基金會終止了對「大耳朵」的資助，許多人因此丟了工作。人們都以為「大耳朵」會難逃「鳥盡弓藏」的命運，這時卻有一家機構卻悄悄地看上了它。這家機構就是SETI：搜尋地外文明協會。

早在50年代就有科學家提出，如果銀河系中存在外星文明，他們可能會選擇21公分這個波段來與其他的文明取得聯繫。這主要有兩方面的原因：第一，21公分的無線電波不容易被銀河系中的氣體和塵埃雲所遮擋。第二，正如我們提到的，21公分是電波天文學觀測的重要波段，有理由相信它正在被各個星球上的天文學家們所監測。因此，通過這個波段來宣示自己的存在，會有更大的機率被發現。

這麼說來，「大耳朵」似乎天生就是尋找外星文明的利器，但事情並沒有這麼簡單：雖然都是21公分，但來自自然天體的無線電波和來自外星文明（準確說是我們所想像的外星文明）的無線電波之間還是存在一個關鍵區別：來自天體的無線電波往往是所謂的「寬頻」訊號。它擁有巨大的能量，但這些能量被分散在一個很寬的波段上。相反，來自外星文明的無線電波更有可能是「窄頻」訊號，就像我們人類自己所發出的電視和廣播訊號那樣。「窄頻」訊號的能量並不大，但這些能量都集中在一個很窄的波段上。如果說寬頻訊號像是大功率探照燈所發出的白光，那窄頻訊號就好比是小激光筆發出的紅光。試想一下，當激光筆和探照燈被綁在一起的時候，要如何才能把激光筆辨識出來呢？唯一的辦法就是只看紅色，把別的顏色排除掉。換言之，就是把接收器也限制在一個狹窄的波段上。但作為巡天望遠鏡，「大耳朵」無法做到這一點。

為了讓「大耳朵」能夠偵測窄頻訊號，其原設計師John D. Kraus博士以及Jerry R. Ehman和Bob Dixon等人對其進行了為期2年的改造。改造後的「大耳朵」擁有50個頻段，每個頻段的寬度只有0.01兆赫。你可以把它想像成一台50個頻道的收音機，只不過它的靈敏度極高，而且可以同時在這50個頻道上收音。1973年，「大耳朵」正式加入SETI。

一次理想的觀測

在分析WOW訊號之前，讓我們先來想像一下，如果太空中有一個靜止的、點狀的、強度恆定不變的窄頻電波源，當它被「大耳朵」觀測到的時候，我們會獲得怎樣的訊號呢？

（1）首先有一點是可以肯定的：我們不太可能同時在「大耳朵」的50個頻道中都觀測到訊號。因為我們已經假設了觀測對象是個窄頻電波源，即它的能量集中在很窄的頻段上。一般來說，這個頻段會落在50個頻道中的某一個裡面。如果運氣比較好，它也可能剛好跨在兩個頻道之間。也就是說，最多只有1到2個頻道裡會出現訊號。

（2）其次，雖然我們假設這個電波源本身的強度是恆定不變的，但這並不意味著偵測到的訊號也是恆定不變的。之前已經提到，「大耳朵」無法自主地在東西方向上定位，而只能依靠地球的自轉。具體來說，隨著地球的自轉，「大耳朵」的「視野」在天空中不斷地移動。只有當「視野」掃到這個電波源的時候，它的訊號才能夠被捕捉到。隨著地球自轉的繼續，電波源終究會移出視野，訊號也就消失了。

（3）再者，即使是電波源位於視野之內的這段時間裡，其訊號也並非恆定不變的。跟所有的電波望遠鏡一樣，「大耳朵」在不同取向上的靈敏度是不同的。一般來說，越靠近視野中央，靈敏度越大。越靠近視野邊緣，靈敏度越小。因此，隨著電波源在視野中的移動，其訊號強度也有一個由弱變強再變弱的過程。

（4）最後，有一個鮮為人知的要點，值得在這裡強調一下。「大耳朵」在主鏡焦點附近的接收器數量，不是1個，而是2個。這意味著「大耳朵」其實有2個視野！由於這2個接收器是按東西方向配置的，被觀測的對象會首先進入西側接收器的視野中（這當然還是由於地球的自轉，之所以先進入西側是因為主鏡的成像是顛倒的）。經過兩三分鐘後，再進入東側接收器的視野。更為特別的是，接收室的電腦設備會將西側接收器的訊號乘以負1，再跟東側接收器的訊號相加。因此，綜合西、東這兩個接收器的貢獻，我們應該先看到一個負的訊號，然後看到一個正的訊號。

這張圖表是「大耳朵」觀測點狀電波源OY372時記錄下來的訊號。這是一個位於銀河系之外的電波星系。圖中的橫坐標表示觀測時間（以小時為單位），縱座標表示訊號的強度。從圖中可以明顯地看到先負後正的兩個訊號，兩者相隔了3分鐘左右。這一觀測結果，可以說是跟剛才的分析幾乎完全一致。唯一不一致的地方是第（1）點：這是一個自然形成的電波源（電波星系），它發出的是寬頻訊號，而非窄頻訊號。當然，從圖上你看不出這一點來，因為這張圖只畫出了訊號強度和時間的關係，並沒有畫出訊號強度和頻段的關係。但我在這邊直接告訴你就是了。

解讀WOW訊號

看到這裡，你可能覺得有些不耐煩了：說了這麼半天，怎麼還沒說到「WOW訊號」呢？那我們現在就來看看吧。其實，將WOW訊號跟上圖做一對比，會發現只有兩個不同的地方：

（a）上圖的訊號是寬頻訊號，WOW訊號是窄頻訊號。即WOW訊號符合前述（1）。

（b）上圖的訊號有負和正兩部份，但WOW訊號只有一部份，即WOW訊號不符合前述（4）。由於當時設備的侷限，無法確認它究竟是正部分還是負部分，只知道WOW訊號的形狀和上圖中訊號的形狀（不管是其正部分還是其負部分）幾乎一模一樣。

這是WOW訊號發現當時的原始觀測數據。接下來我們就參照這個表格來進一步說明（a）和（b）這兩點。如果你看到許多數字會覺得頭大，請不要緊張。我們很快就能看懂這個表格在說什麼。

首先，表格的最右邊一列是時間。在接收室裡，電腦每隔12秒就會在紙上列印出一行。這一行裡面最右邊的3個數字表示時間，它告訴你這一行是幾點幾分幾秒被列印出來的

在這12秒裡，系統會花10秒的時間接收訊號，再花2秒的時間處理訊號並列印數據。處理完畢的訊號被列印在表格的左半邊。左半邊的數表有50列，每列對應一個頻道。每一行每一列都只有一位數字或字母，它代表了當前頻道、當前時間的訊號強度（準確說是10秒內的平均值，且不分正負號）。如果這個數字是1，就代表訊號的強度和背景噪聲相同。如果這個數字是2，就代表訊號的強度是背景噪聲的2倍，依此類推（背景噪聲來源於儀器內部的電子器件以及周邊環境等）。當訊號的強度達到背景噪聲的10倍以上時，就會用字母來表示。例如A表示10倍，B表示11倍等等。這個數表中最重要的地方，當然是左下角被圈起來的「6EQUJ5」。這幾個字是出現在同一列，也就是說只有一個頻道裡有訊號，這符合窄頻訊號的特徵。這麼強的訊號，讓當時監測這些數據的天文學家Jerry R. Ehman博士都感到難以置信，以至於在訊號旁邊寫下了「wow!」的字樣。從此以後，人們就把這個訊號稱為「WOW訊號」。如果把訊號強度隨著時間的變化畫成曲線圖，就得到下面的圖樣，它看上去就像是前述OY372訊號的一半。

表格的倒數第2列和倒數第3列是東側接收器視野中心的銀道座標。這兩個數字告訴你東側接收器視野中心相對於銀河系盤面以及銀河系中心的位置。表格的倒數第5列和倒數第6列是東側接收器視野中心的赤道座標。這兩個數字告訴你東側接收器視野中心相對於北極星和春分點的位置。準確說地，應該是曆元1950.0的平北極、平春分點，但你只要知道這是「東側接收器視野中心在天空中的位置」就可以了。根據這些數據推算，訊號源位於射手座。由於不知道訊號是來自於東側還是西側的接收器，訊號源的可能位置有2塊候選區域，見下圖。

表格的倒數第4列是第二本地振盪器的頻率。這是電波天文台中的一個關鍵部件，起到類似於收音機調諧旋鈕的功能。在收音機裡，你一碰這個旋鈕，收音機的接收頻率就會變動。而在這裡，你一碰它，這50個頻道的接收頻率就會一起變動。一般來說，在觀測過程中這個「旋鈕」是不動的，但它會受到地球以及太陽系運動的影響，所以你會看到這個數字一直在慢慢改變。這個數字並不等於所觀測的訊號的頻率，但可以根據這個數字推算出訊號的頻率。

難以解釋的特徵

改造後的「大耳朵」，從1973年一直運行到1998年，創下了「運行時間最長的地外文明搜尋項目」這一吉尼斯世界紀錄。無數個日日夜夜的觀測，積累的大量的數據，但為什麼惟獨「WOW訊號」讓人們如此著迷呢？這當然還是要歸咎於訊號本身那些難以解釋的特徵。

首先，這是一個窄頻訊號。光是這一點，就足以排除掉大多數的天體現象了。再怎麼說，當初把「大耳朵」改造成能夠偵測窄頻訊號，其目的就在於此。根據人類目前對宇宙的理解，在太陽系內，不論是行星還是小行星，都不具備發出窄頻輻射的機制，這使得彗星成為唯一的可能。2017年，一位名叫Antonio Paris的天文學家提出WOW訊號可能是來自266P/Christensen和335P/Gibbs這兩顆彗星附近的氫雲，卻遭到了其他天文學家的反對。更加精確的計算顯示，當時這兩顆彗星並不在「大耳朵」的觀測視野內。

那太陽系外有沒有可能呢？，這裡我們就需要考慮到另外一個因素，就是WOW訊號的持續時間。從表面上看，這個訊號的長度是72秒。有些人據此得出結論說訊號源只「存在」，或者只「播送」了72秒時間，但這樣說是不對的。我們知道，訊號強度的變化不僅取決於訊號源本身，還取決於訊號源和視野的相對位置。

但另一方面，說訊號源是恆定不變，同樣是站不住腳的。在「理想的觀測」中，我們已經看到，恆定不變的訊號源會留下「先負後正」兩個成份的訊號，但WOW訊號只有一個成份。由於當時技術條件的限制，無法確定這個成份是來自東側的接收器，還是西側的接收器，但基本上可以肯定，只有一個接收器看到了這個訊號。由於一個訊號源從西側的接收器來到東側的接收器需要花3分鐘時間，這就把WOW訊號的訊號源的存在時間縮小到了3分鐘以內。也就是說，這個訊號源應該是瞬變源。但已知的瞬變源，如中子星、超新星爆炸、伽馬射線爆、星體的碰撞，或者星體被黑洞所吞噬等，都無法產生21公分附近的窄頻訊號。目前看來，僅有的可能性是一種被成為「星際間閃爍」的機制。這一機制與地球大氣讓星光閃爍的機制有著類似之處，但其發生的地點是在星際空間。然而許多天文學家認為，如果真的是這種情況，那麼不應該只有「大耳朵」探測到這個訊號。同時期運行的「甚大天線陣」也應該探測到了這個訊號。而且「星際間閃爍」只是一種改變訊號傳播途經的機制，其本身無法解釋訊號的最終來源。此外，一種叫做「引力透鏡」機制也被提出，但遭受到類似的指摘。

除了自然起源，我們也不得不討論一下人類活動導致WOW訊號的可能性，儘管這種可能性同樣是十分的渺茫。鑑於21公分在天文學上的重要性，世界各國都將這個波段規定為保護波段，任何通訊設備都不許使用這個波段。即使有人悄悄違反這一禁令，在地基的發射器上使用這一波段，由於「大耳朵」和發射器都位於地面，兩者保持相對靜止，訊號的強度不應該出現類似於天體那樣的變化。如果發射器是位於飛機上，其相對於星空背景的移動速度應該會很快，訊號的強度同樣不會像天體那樣的變化。雖然說發射器也可能是位於人造衛星上，但所有已知的人造衛星當時都不位於「大耳朵」的觀測視野內。還有一種可能性是地面訊號經漂浮在軌道中的太空垃圾反射後被「大耳朵」所接收。這種可能性雖無法徹底排除，但其對太空垃圾的特性似乎也提出了一些不切實際的要求。

與WOW訊號再會？

時至今日，天文學家們依然無法在自然現象或人為因素的框架下為「WOW訊號」找到合理的解釋，這給了UFO和外星人愛好者無限的想像和發揮空間。許多天文學家們試圖再次探測WOW訊號，但都一無所獲。在探測到WOW訊號之後的幾個月裡，「大耳朵」就多次嘗試與之再次相會，但都以失敗告終。SETI利用美國國家電波天文台的12米望遠鏡進行觀測，也是毫無結果。一位叫Robert H. Gray的天文學家在1987年和1995年數度嘗試利用橡樹嶺天文台的「META陣列」，以及「甚大天線陣」等搜尋WOW訊號，還是一無所獲。我們不禁要問，如果WOW訊號真的是來自地外文明的話，他們為何不更加耐心一點，多等我們一會兒呢？

補充內容 (2022-2-10 08:37 PM):
圖都不見了，我也不知道為什麼QQ

補充內容 (2022-2-10 08:45 PM):
為什呢不能發圖啊？

補充內容 (2022-2-10 08:51 PM):
圖發好了

作者: andy7172008 時間: 2022-2-15 05:22 PM

會不會是太空的影響
例如太陽風暴
電磁場等等

作者: fumio2018 時間: 2022-2-24 11:22 AM

太陽風暴不太可能。太陽風暴引發的是地球磁場的大範圍擾動，也就是說不管把望遠鏡指向哪個方向都會看到訊號。但wow訊號是只有沿著一個特定的方向才看到訊號。

作者: peter458 時間: 2022-3-8 10:45 PM

WOW訊號,我一向覺得是幻想出來,如果用0和1反而能確定到真正訊號?

作者: fumio2018 時間: 2022-3-20 05:39 PM

本帖最後由 fumio2018 於 2022-3-20 05:39 PM 編輯

peter458 發表於 2022-3-8 10:45 PM
WOW訊號,我一向覺得是幻想出來,如果用0和1反而能確定到真正訊號?

你說的0和1是數位訊號，而wow訊號是模擬訊號。數位訊號是0和1組成的，確實比較簡單，但收發訊號的雙方必須事先需要約定好什麼樣的訊號代表0，什麼樣的訊號代表1，以及0和1的意義分別是什麼，才能進行有效的通訊。這也就是所謂的「通訊協議」和「編碼」。我們跟外星人之間當然是不可能存在這種「通訊協議」和「編碼」的，因此很難想像外星人會用數位訊號和我們通訊。美國發射的「旅行者」號探測器上面的金色唱片也是用模擬訊號的。

作者: bt90azzoks 時間: 2022-4-5 05:23 PM

好複雜的通訊
如果真的被外星人接收到這訊息
不曉得會不會引來什麼災難

作者: 羅爵 時間: 2022-4-7 10:18 PM

真的很難解，有可能地球本身自己行成的訊號干擾嗎
宇宙真的太廣大了，顯現我們的弱小
人類再宇宙真的如同一顆球上面小小的細菌而已

作者: B95030137 時間: 2022-4-12 08:31 PM

看起來很像很專業的分析

作者: btuse 時間: 2022-5-20 10:16 AM

很專業的解說.
我很不專業的想像, 會不會是意外的攔截到地外文明的星際通訊的片斷.

作者: modfghtw 時間: 2022-5-29 01:44 AM

可能是意外接收到外星人的斷片通訊不一定是對地球發出的

作者: B95030137 時間: 2022-7-1 02:21 PM

這種太天文的東西真的是很奧妙

作者: coki1102 時間: 2022-8-9 12:17 AM

奇妙的事情總是充滿世界中等著我們去發現

作者: coki1102 時間: 2022-9-11 07:52 PM

也太詳細的解說!不可置信的一切!真是奇妙!

作者: davis1279 時間: 2023-6-21 08:08 PM

雖然很詳細但其實還是看不太懂哈哈
意外收聽到的訊號也有可能是陷阱
這要注意

作者: aa0975707559 時間: 2023-8-9 10:20 PM

只希望有一天外星人可以光明正大出現在世人眼前阿

作者: joe101 時間: 2024-3-1 10:23 AM

感覺起來很專業的分析

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