如何不被外星人發現?

  我們對宇宙探索重要課題之一是尋找外星生命，如果真的有外星生命，他們又何嘗不是在尋找我們呢？本文講述的是用一些手段來隱藏自己，不被發現。

  「藏好自己，做好清理。」這一箴言的第二句我們現在肯定是做不到了，但就連第一句也有困難——想想我們發現其他行星有多容易吧。截至2016年3月31日，地球人已經確認發現了1963顆地外行星。

  其中，足足1292顆是由所謂「凌日法」（transit）發現的。它利用的原理很簡單：亮度差異。恆星發光，行星自身不發光只能反射，其微弱光芒幾乎總是會被恆星淹沒，這讓地球人很難直接觀察到行星本身。但是，當行星轉動到恆星「前面」的時候，就會擋住一部分它發出的光，令恆星看起來變暗了。如果一顆恆星看起來總是周期性變暗一點點，就可以認為它周圍有至少一顆行星。（一些地球天文學家正是根據天會周期性變黑的現象，做出了「太陽周圍至少有一顆行星」的判斷。）

  凌日法的主力是開普勒項目。開普勒衛星發射至今7年，已經確認了1044顆行星，超過全部已知地外行星的一半；還有3699顆未經確認的備選。過去10年裡，75%的新發現地外行星是凌日法發現的，其中80%來自開普勒。

  開普勒項目發現的一些地外行星的藝術想象圖。

  但是這一欣欣向榮的場景中也隱藏著危機。如果我們發現其他行星如此容易，那麼反過來也是一樣。地球每繞太陽一圈，就是向整個黃道平面發送了一個自身存在的信號；迄今為止，已經有45.5億個這樣的信號飄蕩在太空中。作為宜居帶里大小適中的岩質行星，這樣暴露無疑是巨大的威脅。

  所幸，就在前不久，兩位地球天體物理學家大衛·季平（David M. Kipping）和阿列克斯·提切（Alex Teachey）提出了一種隱身方案：既然地球的遮蔽會讓亮度降低，那麼向外發射激光，把亮度補回來就是了。

  反凌日探測的基本原理。

  亮度隱身

  因為人類已經知道周圍有哪些宜居行星可能發現地球的存在，所以我們可以向太空中發射一組精細調節的鏡子（或者直接使用地球氣候工程所計劃的鏡子陣列），利用它們來精密控制我們所發射的激光。在地球進入相應凌日階段的一瞬間，激光啟動，向相應方向發射，正好抵消因凌日導致的亮度降低，就不會被發現了。

  雖然聽起來可怕，實際上並不需要非常多的能量。太陽的最高亮度在600nm波長附近，為了抵消凌日效果，所需功率峰值只有大約60MW。而且，因為實際上觀測者只會採用全光譜中相對窄的波段，能量需求還可以進一步降低——對於開普勒項目而言，30MW峰值就可以完全騙過。

  凌日本身的亮度變化，和激光的亮度變化。

  而由於每次凌日的時間都極為短暫，所以大部分時間裡這一激光都無需工作。地球掩太陽一次的全程只有13小時，因此只需要日常連續以87kW的功率發電並儲藏，在短暫的凌日過程中一下釋放出來就可以了。這一要求其實不高，國際空間站的太陽能板都可以產生84-120kW的電力。當然，如果需要對N個潛在文明隱藏自身存在，那就需要產生N倍於此的電力。

  色譜隱身

  亮度隱身存在一個問題：如果外星文明的凌日法足夠高級，不但發現了整體亮度差異，還能準確測得整個光譜上所有波段的強度，那麼用一個激光來代替太陽的計劃就要露餡了。

  辦法也簡單：可以用一大批不同種類的激光器，分波段完全模擬太陽的光譜。因為數量大，還可以降低對每一個激光器峰值的要求。

  根據計算，這樣的總能量要求會相繼提升，峰值功率需要約250MW，實現成本會增加，但是對技術的要求可能會更低。

  生物隱身

  但其實，行星數量眾多，就算被發現了可能也無傷大雅。真正帶來危險的，是地球被發現可以支撐生命——那麼我們要麼將成為殖民對象，要麼會遭受二向箔打擊。相應地，我們可以利用色譜隱身的工具，但只是把地球的生物信號遮蔽——比如，遮蔽掉整個大氣層，或者只遮蔽氧氣。

  這樣還有一個額外的優點：依然保留了行星自身凌日的信號。畢竟，探測行星的方式不止凌日法一種，還有一些其他的方案，比如徑向速度（radial-velocity）法，該法通過測量恆星因為行星運動帶來的多普勒效應而判斷行星的存在。我們的技術不足以修正恆星本身，因此也無法隱藏這個信號。如果有人發現了徑向速度信號卻找不到對應的凌日信號，這反而暴露了有高等文明在篡改信號這一事實。

  地球大氣的光譜（有效高度）和抵消它所需的激光。

  對於地球而言，遮蔽全部大氣層的信號所需的能量峰值可以削減到1MW。鑒於某一波段上有效高度太薄的大氣層本來也難探測到，還可以進一步削減到607kW，這意味著只需廣譜凌日隱身所需能量的2%。

  而如果進一步增加選擇性，只遮蔽0-20μm範圍內氧氣和臭氧的信號，那麼峰值功率需求就可以降低到160kW。對於一個技術文明而言，這些能量根本就是舉手之勞。

  抵消氧氣和臭氧信號所需的激光。圖片來源：論文截圖

  偽裝和廣播

  以上這一切，都是防禦手段。如果星際政治真的惡劣到了面臨戰爭的場景，那麼單純防禦當然沒有用，需要進攻——而這套裝置也可以擔負重任，只不過是作為誘餌。

  毫無疑問，有了全頻段激光陣列就肯定能夠發出任意的信號。但是如何製造一個節能又明確的人工信號？畢竟除了凌日，還有許多其他自然現象（比如黑子）會改變亮度。一種方法是遮蔽凌日的開端和結束，但是保留中間過程。這樣觀測者看到的就不是平滑的亮度變化曲線，而是會看到突變。已知還沒有什麼自然過程能產生這一現象。

  廣播所需的信號，以及外星人將會看到的廣播波形。

  對於地球來說，因為開端和結束的時間只有整個凌日過程的百分之一，所以廣播消耗的能量也只有百分之一。由於任何文明本來也會把已知行星作為重點觀測對象，因此這樣的信號被探測到的幾率，比隨機的廣播信號會高很多。

  但是我們肯定不會傻到廣播地球啦——我們將會挑選一個無人居住的遙遠行星。在廣播完成後，我們老老實實藏在地球上看，就能知道銀河系裡到底都住著怎樣的幺蛾子了