甚麼是SETI計劃？

一個半世紀來，人類一直有個好奇：那些天上的光點背後，有沒有另一群像我們一樣會發問、會建造、會發出訊號的「鄰居」？SETI（Search for Extraterrestrial Intelligence，地外智慧搜尋）就是用科學方法，嘗試回答這條問題的長期計劃。它不是獵奇，更不是電影橋段，而是一個集天文、工程、數學、電腦科學、甚至社會學於一身的跨學科探索。

為何要找？從「是否有鄰居」到「我們是誰」

對香港人來說，住樓聽到隔壁開收音機，不一定代表你認識對方，但至少證明「有人」。SETI 的基本動機也類似：宇宙極大，星星極多，按天文數據計算，行星很常見，適居帶(temperate zone)行星也不罕見。問題是：有沒有文明達到可以被我們「聽見」的程度？

這不是浪漫問題，而是科學問題。生命是否普遍、智慧是否持久、技術文明能否避免自我毀滅，都是關於我們自身未來的鏡子。SETI 嘗試以可被驗證的方法，去測試「我們不是唯一」的假設。

SETI 是甚麼？不是太空探險隊，而是訊號偵測隊

SETI 並不派人去外星，也不專找「飛碟」。它主要做三件事：
– 電波搜尋：用射電望遠鏡(radio telescope)「收聽」天空，尋找疑似人工的無線電訊號。
– 光學搜尋：用光學望遠鏡尋找激光(laser)的短閃或脈衝，因為高功率激光是遠距離通訊的可能手段。
– 其他技術跡象(technosignatures)：例如尋找超大工程（如戴森球 Dyson sphere）造成的紅外過量輻射，或行星大氣中的非自然化學痕跡。

把它想成一個超大型「掃台」：從 FM、AM 到數碼頻道逐個掃，不同的是，宇宙的頻道遠比你家的收音機多，噪音也多得多。

德雷克方程：先問「有幾多台值得掃」

1961 年，天文學家 Frank Drake 提出德雷克方程(Drake Equation)，用來框架式地估算銀河系內可通訊文明的數量 N：
N = R* × fp × ne × fl × fi × fc × L
– R*：每年產生恆星的速率
– fp：有行星的恆星比例
– ne：每個行星系平均有多少適合生命的行星
– fl：生命實際出現的比例
– fi：生命進化為智慧生命的比例
– fc：能釋放可被探測訊號的比例
– L：文明釋放訊號可持續的時間

這不是計分機，而是「提問地圖」。前半部（R*、fp、ne）近年因開普勒(Kepler)與 TESS 任務而得到較好約束：行星很常見，地球大小行星在適居帶並不少見。後半部（fl、fi、fc、L）仍然不確定。SETI 的每一次搜尋，都在嘗試對 fc 和 L 這類未知數「投光」。

為何鎖定「微波窗」與 1420 MHz？

宇宙不是每個頻率都清晰。地球大氣在某些頻段很透明，宇宙背景噪音也較低，形成所謂的「微波窗(microwave window)」。1420 MHz 是氫原子自旋翻轉線(HI 21-cm line)的頻率，宇宙充滿氫，這個頻率對任何做過基礎物理的文明都具有「自然地標」意義。於是有學者提出，「如果要寄一封宇宙共通的電郵，用這頻段可能最不容易錯過」。

當然，SETI 不會只聽一個頻率，而是選擇整段頻譜(frequency spectrum)做高解析度掃描，因為「鄰居」未必用我們想像的頻道，亦可能用窄帶(narrowband)或掃頻(chirped)設計來穿透噪音與多普勒效應(Doppler effect)。

怎樣分「人造雜訊」與「可能是外星」？

住在香港最知噪音煩擾：電車、電鑽、Wi‑Fi、藍牙。射電天文一樣，地面電訊與衛星訊號是巨大的干擾(RFI, radio-frequency interference)。SETI 的「清場」功夫非常講究：
– 多天線同時監聽：真正來自星空的信號會在不同天線以相對一致的延遲與方向出現；地面干擾多半同時「通天」或指向性不同。
– 盲測與追蹤：疑似信號會多晚、跨日、跨月重測；若訊號不隨地球自轉而有預期的多普勒漂移，通常可判為地面或近地來源。
– 對比「開/關目標」：把望遠鏡在目標與空白區域間來回切換，若信號只在目標方向出現才是可疑。
– 頻譜特徵分析：人工文明若想被聽到，最省能的方法是極窄頻帶訊號；自然天體（如脈衝星）雖有規律，但頻寬與調製特性不同。

2017 年著名的「Wow! 信號」再分析與多個「詭異」個案，多數最終指向人類衛星或儀器效應。這並非壞事，因為科學的嚴謹就在於不把噪音當訊號。

硬件陣容：從 Arecibo 到 Allen Array，以至「百億顆手機」的運算力

– Arecibo（波多黎各）：曾是地球上最大的單口徑射電望遠鏡，既能發射也能接收。它在 1974 年向球狀星團 M13 發射著名的 Arecibo 訊息，更多則用於雷達行星科學。2020 年坍塌令人惋惜，但它啟發了整整一代 SETI 與行星研究。
– Green Bank Telescope（美國）：世界最大可轉向單碟射電望遠鏡，是「Breakthrough Listen」的主力之一。
– Parkes / Murriyang（澳洲）、MeerKAT（南非）、FAST（中國貴州）：都是當代一流的射電耳朵，FAST 尤其在窄帶搜尋上具優勢。
– Allen Telescope Array（ATA，美國）：多天線陣列(interferometric array)專為 SETI 和射電天文設計，可同時監聽多個方向，像一雙「分得開注意力」的耳朵。

在運算方面，SETI@home 曾把全球志願者的電腦閒置時間化為分析能力，等於「百億顆手機」一起幫手。雖然項目已於 2020 年暫停派工，但分散式運算的概念被許多天文與生物項目沿用。

突破聆聽：Breakthrough Listen 的系統化時代

2015 年，物理學家 Yuri Milner 支持的「Breakthrough Listen」計劃，投入一億美元資金，目標是系統、深度地掃描鄰近百萬顆恆星、銀河中心與數十個近鄰星系，涵蓋從 1 到數十 GHz 的頻段。其特點：
– 高動態範圍與超高頻譜解析度：能在巨量噪音中抓到如髮絲般窄的訊號。
– 公開數據(Open Data)：數百 PB 級數據逐步開放，鼓勵外界用新演算法再挖寶。
– 算法創新：廣用機器學習(machine learning)與異常檢測(anomaly detection)，自動從海量頻譜中挑針。

這種「把海撈針改為把針變粗」的策略，讓 SETI 從零散的觀測，進入可重複、可審核、可擴展的工程級搜尋。

光學 SETI：為何要找激光閃光？

光學 SETI 針對的是 ns 到 μs 等級的超短激光脈衝。理由很簡單：如果你要對 1000 光年外的鄰居「眨眼」，用超亮、超短的激光最省能也最醒目。實作上，天文台會用快速光電倍增管(PMT)或雪崩光電二極體(APD)配合時間標記器，尋找與背景星光明顯不同的「針尖閃動」。

這些搜尋同樣要面對衛星反光、雷射測距、甚至地面雷射表演的干擾，因此也用到多站同時偵測與交叉驗證。近年亦有把光學與射電同步監聽的「多信使(multimessenger) SETI」策略：如果同時在兩個波段看到可疑事件，可信度更高。

技術跡象的新視野：戴森球、紅外過量與工業化大氣

– 戴森球(Dyson sphere)：假想中的巨構，包圍恆星以收集能量。完整球殼不現實，但 Dyson 群(Dyson swarm)或軌道太陽能的總效果，可能讓該恆星在中紅外(MIR)有異常過量輻射。WISE 與 Spitzer 的全天紅外巡天被用來尋找這類候選。
– 人造大氣特徵：若在系外行星的透射光譜中看到氯氟碳化物(CFCs)等純工業分子，或高度不平衡的化學組合，可能是工業活動或大規模能源利用的副產品。JWST 與未來的超大口徑望遠鏡可望提供敏感度。
– 夜面光：極難，但原理直觀——若一顆行星的「夜面」有異常人造光度，可能是城市級照明。不過現階段技術上遠未到可行尺度。

為何尚未「聽到」？費米悖論與多重解釋

費米悖論(Fermi Paradox)問的是：如果文明常見，為何我們未見其跡？常見解釋有：
– 信號錯配：他們不用我們聽的頻率、調製方式，或只在短時間發射。
– 距離與能量：即使在銀河內，訊號強度以平方反比衰減，想被聽見需要巨大功率或高度指向性，機會小。
– 時間窗問題：L 或許很短——文明在可被偵測的階段只維持幾百或幾千年，錯過就沒有了。
– 沉默策略：高度文明可能刻意保持無線電靜默，避免風險，轉用纖維、量子密鑰或其他「不外洩」通訊。
– 自然稀有與篩選：fi 或 fc 本身極低，能跨越技術與社會挑戰而長存的文明不多。

SETI 的策略因此是「廣覆蓋＋深掃描＋長時間」，最大化撞到「時間窗重疊」的概率。

META：從搜尋到科學方法的示範

SETI 不是單向消費浪漫的工程，它對科學方法本身有貢獻：
– 嚴格的假陽性控制：每一則「疑似」都必須有可重現的觀測、可被他台獨立驗證。
– 開放數據與可重複性：讓外界可再分析，減少主觀偏見。
– 跨學科算法與硬件創新：把高頻數據壓縮、時間頻譜分析、RFI 建模、異常偵測等推到新境界，回饋到其他天文與通訊領域。

社會與政策：若真的收到，怎辦？

國際天文學聯合會(IAU)與 SETI 社群有「首次檢測後程序」指南：
– 多重獨立驗證，公開方法與數據。
– 通知國際機構，避免單點發布引發混亂。
– 暫不回傳(reply)任何訊號，先經全球共識與倫理討論。

這些不是為了煞有介事，而是避免把自然或人為假訊號當真，也避免單一團隊代表全人類行動。

SETI 的未來：更廣、更快、更聰明

– SKA（平方公里陣列）：建成後將把靈敏度與掃描速度推到新層級，對窄帶訊號敏感度大幅提升。
– 全頻寬化：從 kHz 到 tens of GHz 的同時觀測，減少「錯失」機會。
– 自動化異常工廠：把機器學習與物理先驗結合，建立可解釋的 AI 檢測流程，降低假陽性。
– 多信使整合：射電、光學、紅外以至高能波段的同步搜尋，建立事件級「證據鏈」。

可以預期，未來十到二十年，我們對「宇宙是否沉默」的統計界線會收窄許多：若仍未有發現，意味著 fc×L 的上限會被壓得更低；若有蛛絲馬跡，將是科學史上最重要的發現之一。

結語：用科學的方法，守一份耐心

SETI 像在嘈雜的城市以最敏銳的耳朵，找一段可能存在的旋律。它需要耐心、需要工程與理性的執拗，也需要群眾的參與和透明的方法。是否「有鄰居」也許仍需時間，但在搜尋的過程中，我們已學懂更精準地觀天、在噪音中辨識模式、以及用可檢驗的方式回答最大的問題。