老式天线电视信号不好时,屏幕上会滚过一道道横纹,声音里夹着电流声。那些横纹有时来自几公里外的发射塔,有时来自邻居的电动工具。广播信号就是这样:它不瞄准谁,只是往外撒,撒到哪儿算哪儿。地球从 1930 年代起就一直在撒。从那时起,这层壳就一直在往外长。
电视广播始于 1936 年,第一批高功率信号如今已传到约 90 光年外,但这个「半径」只是几何上的。单个电视台的等效全向辐射功率约 1 MW 量级,按平方反比衰减后,用现有最灵敏的射电望远镜,可探测距离只有 1 光年上下。
泄漏以光速扩散,强度按距离平方衰减
电磁波在真空中以光速传播,所以「信号到哪儿了」这个问题有一个干净答案:距离等于时间乘以光速。90 年就是 90 光年。
但强度是另一回事。功率摊在一个半径不断增大的球面上,流量密度按距离平方下降。走到 1 光年处,1 MW 的辐射已经摊薄到 10⁻²⁷ W/m² 量级。
模拟电视的载波比数字电视更容易被认出
模拟电视有一个很强的视觉载波,功率集中在很窄的频带里,在频谱上是一根尖峰,很容易和自然辐射区分开——这本来是缺点,对搜寻者却是优点。
数字广播把能量摊到整个频道带宽里,看起来更接近噪声,单位带宽的功率也更低。结果是:地球的射电亮度在模拟时代达到峰值,进入数字时代反而在下降。
真正亮的不是广播,是雷达
远程预警雷达的峰值功率远高于民用广播,波束也更集中,短时间内可以把很强的能量打到某个方向。
代价是它们大多不连续、方向性强、频率还会跳变。对远处的接收者来说,这类信号像间歇的探照灯,只有恰好被扫到时才亮一下。
我们已经在无意中广播了 90 年
从 1936 年 BBC 从亚历山大宫开播算起,地球的泄漏球壳半径已经接近 90 光年。这个范围里有上千颗恒星。
但「球壳扫过」不等于「被收到」。1974 年 Arecibo 向 M13 发射的信息是有意为之的一次尝试,功率 450 kW,经天线增益后等效全向辐射功率达 10¹³ W 量级——即使这样,到达 2.5 万光年外也已极其微弱。
| 参数 | 数值 | 口径与来源 |
|---|---|---|
| 电视广播起始 | 1936 年 | BBC 亚历山大宫开播 |
| 泄漏球壳半径 | 约 90 光年 | 90 年乘以光速 |
| 单个电视台等效全向辐射功率 | 约 1 MW 量级 | 依发射机与天线增益 |
| Arecibo 1974 发射功率 | 约 450 kW | 天线增益后 EIRP 约 10¹³ W |
| 该信息目标 | M13,约 2.5 万光年 | 1974 年发射 |
| 现有望远镜可探测距离 | 约 1 光年量级 | 依带宽与积分时间假设 |
哪些是观测,哪些还是推断
常见问题
信号确实在传,只是越来越弱。强度按距离平方衰减,而接收机灵敏度有下限,两者相交的位置就决定了可探测距离。
不监听地球,而是监听可能有文明的恒星。地球泄漏在这里的作用是反向的:它告诉我们一个文明的无意辐射大概有多弱。
能,但需要双方都对准、频段匹配、积分时间足够。这几个条件同时满足的概率,正是 SETI 搜索空间问题的一部分。
延伸阅读
- Cocconi, G. & Morrison, P. 1959, Searching for Interstellar Communications, Nature 184, 844
- NASA 深空网络与 Arecibo 1974 信息的技术说明(science.nasa.gov)
- ITU 无线电规则中关于射电天文保护频段的条款(itu.int)