3.9

知識(shí)分子

The Intellectual

知識(shí)分子 X Physics World，帶你走進(jìn)英國媒體視角下的科學(xué)議題。

導(dǎo) 讀

加州大學(xué)伯克利分校的 Sofia Sheikh 是少數(shù)致力于尋找地外文明的博士后研究員之一，也是一位冉冉升起的學(xué)術(shù)新星。在這篇文章里，她與自由撰稿人 David Appell 討論了包括神秘太空信號(hào)、挑選棘手的研究領(lǐng)域，以及導(dǎo)師的重要性等話題。

撰文 | David Appell

翻譯 | 馬超

校對(duì) | 王一葦

圖1 Sofia Sheikh的研究聚焦于尋找地外高級(jí)文明 | 圖源：SETI

2019年，當(dāng)一個(gè)來自最近鄰恒星方向的神秘射電信號(hào)被地球接收到時(shí)， 突破聆聽項(xiàng)目（Breakthrough Listen project）委派 Sofia Sheikh 來調(diào)查信號(hào)來源。這一信號(hào)是來自4.2光年外比鄰星（Proxima Centauri ）宜居帶行星上的外星文明嗎？還是來自地球或者地球周邊無數(shù)可能源頭的射電信號(hào)？

Sheikh現(xiàn)在是第一年的博士后研究員。接到這個(gè)任務(wù)時(shí)，她是加州大學(xué)伯克利分校搜尋地外文明（SETI）研究中心的成員。 她協(xié)調(diào)一個(gè)團(tuán)隊(duì)仔細(xì)分析收集到的數(shù)據(jù)，搜尋相似的信號(hào)模式。同時(shí)，該項(xiàng)目的其他成員會(huì)盡可能多地收集關(guān)于衛(wèi)星傳輸和航天器的公共信息，他們甚至研究了與這個(gè)持續(xù)時(shí)間長達(dá)5小時(shí)的神秘信號(hào)擁有相似射電頻率的一架澳大利亞飛機(jī)。該信號(hào)被稱為BLC1（Breakthrough Listen Candidate 1），由澳大利亞新南威爾士州口徑為64米的帕克斯射電望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到。

Sheikh 今年26歲，她于2017年獲得加州大學(xué)伯克利分校的學(xué)士學(xué)位，主攻物理和天文。那個(gè)時(shí)候，她在突破聆聽項(xiàng)目中負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)地球凌日帶（Earth Transit Zone）的搜尋方案。地球凌日帶是一個(gè)較為特殊的空間帶，在這個(gè)地帶內(nèi)，遙遠(yuǎn)宇宙的外星人恰好能夠觀測(cè)到地球從太陽前面經(jīng)過。也就是說，我們?nèi)祟惏l(fā)出的各種射電信號(hào)能夠輕易地被處于該空間帶范圍內(nèi)的外星文明接收到，而從高級(jí)外星文明的角度看，既然地球發(fā)出了這種文明信號(hào)，那也就意味著地球在過去或者現(xiàn)在存在高級(jí)文明，因此高級(jí)外星文明也可能更傾向于向地球發(fā)射信號(hào)。相關(guān)工作已經(jīng)發(fā)表在2020年的天體物理雜志上，Sheikh為第一作者。

剛進(jìn)入賓夕法尼亞州立大學(xué)讀研之時(shí)，Sheikh考慮過把研究方向從之前的研究高級(jí)文明信號(hào)轉(zhuǎn)到更為公眾接受的系外行星搜尋方向上來。她認(rèn)為這兩個(gè)研究領(lǐng)域很相關(guān)，但后者能獲得更多的資金支持。然而在同她未來的導(dǎo)師Jason Wright （天文學(xué)家 Jason Wright 是SETI的領(lǐng)導(dǎo)者之一）聊過之后，她回想起她當(dāng)初是多么地?zé)釔圻@一領(lǐng)域?！凹词寡芯咳蝿?wù)可能會(huì)很棘手，我仍然想要繼續(xù)”，她回憶道。后來她拿到了該方向的博士學(xué)位。

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從SETI項(xiàng)目走出的第十位博士

圖2 外星人通過發(fā)送信號(hào)來聯(lián)系我們？

2019年，天文學(xué)家對(duì)于來自比鄰星（距離我們最近的恒星）的神秘射電信號(hào)感到非常興奮。但最終證實(shí)它來自于地球的電子設(shè)備。

2021年獲得博士學(xué)位之后，Sheikh是第十位從SETI項(xiàng)目中完成博士論文的人，她的導(dǎo)師Wright說。去年九月，Sheikh 被授予（MPS-Ascend, Mathematical and Physical Sciences Ascending）博士后研究基金。今年1月，她回到SETI，與傳奇的天文學(xué)家 Jill Tarter 和 Andrew Siemion 合作開展相關(guān)研究（Andrew Siemion是伯克利SETI研究中心的主任，也是突破聆聽項(xiàng)目的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人）。這一數(shù)額高達(dá)一億美元的私人資助項(xiàng)目由俄羅斯億萬富翁Julia和 Yuri Milner 于2015年發(fā)起。

“對(duì)于探索未知，Sofia具備非凡的熱情和卓越的科研能力，這非常有利于她未來的職業(yè)發(fā)展”，Siemion說，“而且Sheikh是一位世界一流的科學(xué)家，把她的視野、韌性和精力全部投入到一個(gè)具有挑戰(zhàn)性且意義重大的研究領(lǐng)域”。Tarter對(duì)此也十分贊同，并且說到， “當(dāng)從事一個(gè)跨時(shí)代的項(xiàng)目時(shí)，你真的需要認(rèn)真考慮如何培養(yǎng)下一代。Sofia此次獲得 MPS-Ascend 基金，對(duì)于我們來說是一個(gè)不錯(cuò)的機(jī)遇，借此來鼓勵(lì)和啟發(fā)下一代天文學(xué)家，也會(huì)讓我們橫向地思考如何擴(kuò)展這種商業(yè)觀測(cè)項(xiàng)目，需要做什么，由誰來做，從哪里做起”。

BLC1信號(hào)最初是由 Shane Smith 發(fā)現(xiàn)的，當(dāng)時(shí)他還是美國密歇根州希爾斯代爾學(xué)院的一名本科生，當(dāng)時(shí)他正在篩選從帕克斯射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)來的超過四百萬個(gè)射電信號(hào)。這一奇怪信號(hào)的圖譜很快被發(fā)到研究小組內(nèi)部的交流平臺(tái)上，并且借助初始的篩查測(cè)試，迅速排除了它來自傳統(tǒng)射電源的可能性。團(tuán)隊(duì)之后就開始尋找其他干擾源。Sheikh回憶道：“當(dāng)我看到BLC1的圖譜時(shí)，我停頓了片刻，我心里認(rèn)為這也許就是我們想要尋找的外星文明信號(hào)”。

迄今為止，Sheikh和她的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)分析了超過160萬億字節(jié)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，目的是為了尋找類似之前BLC1那樣的神秘信號(hào)。在分析過程中，團(tuán)隊(duì)需要不斷學(xué)習(xí)諸多新的東西，并且需要寫大量的python代碼來快速有效地量化各種信號(hào)的特性。新冠疫情給原本就充滿挑戰(zhàn)的研究進(jìn)程帶來了更多阻礙。 “用偵探式思維聚焦并且深挖一件事情，令人心情愉悅，” Sheikh對(duì) Physics World 說。她說，整個(gè)團(tuán)隊(duì)工作非常努力，甚至2020年圣誕節(jié)當(dāng)天他們還在開會(huì)。

最終，Sheikh和同事們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大約60個(gè)特性類似于BLC1的信號(hào)，但是在望遠(yuǎn)鏡從比鄰星半人馬座移開后，這些信號(hào)都還存在。

“因此我們能夠很有信心的說，這些信號(hào)都是人類的科技活動(dòng)造成的”，去年十月，她對(duì) SciTech Daily 說。它們的頻率很規(guī)則，所以很可能是來自于人類的電子設(shè)備。“BLC1之所以特殊，是因?yàn)樗銮稍诒揉徯堑姆轿唬钗覀儺a(chǎn)生誤解”，她解釋說。盡管如此，為了能夠快速有效地分析這些信號(hào)，我們開發(fā)了大量的代碼工具。通過不斷提高算法的精度，我們時(shí)刻期待著下一個(gè)誘人信號(hào)的到來，她補(bǔ)充道。

2020年12月18日，英國衛(wèi)報(bào)報(bào)道了BLC1的故事，很快消息傳遍全世界。涉及該工作的一個(gè)YouTube視頻截圖包含Sheikh的電子郵箱地址，因此她很快收到來自大眾的評(píng)論。然而并不是所有都是善意的，她回憶道。她記得一些具有人身攻擊性的電子郵件，只因?yàn)樗抢砉づ?，或者因?yàn)樗幸粋€(gè)巴基斯坦姓氏。

幸運(yùn)的是，Sheikh的個(gè)人經(jīng)歷里，作為女性科學(xué)家 “在大多數(shù)情況下并不是什么問題”，除了偶爾受到一些微小的冒犯，例如“你放棄吧” 這種建議。她說，合作導(dǎo)師Wright和Siemion在這一方面給了她很多幫助。

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星際迷航和 “不可思議” 的想法

Sheikh在南卡羅來納州長大，她的父親是一名胃腸病學(xué)家，母親是一名家庭主婦兼彩色玻璃藝術(shù)家。Sheikh從小就是科幻迷，并且和她的父親一起看了很多遍《星際迷航》小說。Sheikh也對(duì)《不可思議的物理學(xué)》十分感興趣，作者是物理學(xué)家兼科普作家加來道雄。

盡管Sheikh的上述特質(zhì)在SETI相關(guān)研究人員或者天文學(xué)家中并不獨(dú)特，但她對(duì)科幻小說的熱情能夠持續(xù)地督促自己，不斷嘗試新的策略來尋找外星智慧生命。一種方式是尋找環(huán)繞系外行星的克拉克帶（由大量同步軌道衛(wèi)星組成）。 另一種方式是在我們的銀河系中，探測(cè)由外星飛船加速而產(chǎn)生的引力波。

Sheikh在SETI研究中心的新工作還包括發(fā)展一個(gè)導(dǎo)師項(xiàng)目，主要任務(wù)是為舊金山灣區(qū)的社區(qū)大學(xué)的大二學(xué)生提供科學(xué)和編程方面的指導(dǎo)。 她也計(jì)劃利用加州北部重新裝配的艾倫望遠(yuǎn)鏡陣列來開設(shè)研究課題，幫助學(xué)生理解射電頻譜干涉環(huán)境。同時(shí)，她也會(huì)學(xué)生掌握技術(shù)，研究其他天文和物理學(xué)課題。

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冉冉升起的學(xué)術(shù)新星

如今，Sheikh正在她的領(lǐng)域內(nèi)變得越來越知名，她在國際學(xué)術(shù)會(huì)議上做報(bào)告，在知名雜志上發(fā)表重要研究發(fā)現(xiàn)，比如2021年11月，她作為第一作者在《自然-天文學(xué)》雜志上發(fā)表關(guān)于信號(hào)BLC1的重要研究結(jié)果。Sheikh也被邀請(qǐng)參與其他重大項(xiàng)目，比如由紐約羅切斯特大學(xué) Adam Frank 領(lǐng)導(dǎo)的測(cè)量地球大氣層文明信號(hào)的項(xiàng)目。該項(xiàng)目將建立一個(gè)文明信號(hào)庫（這些信號(hào)是人類科技活動(dòng)產(chǎn)生的），來檢測(cè)我們現(xiàn)在最尖端的探測(cè)儀器對(duì)這類射電信號(hào)的靈敏度。

所以，是什么讓Sheikh還在這么年輕的時(shí)候就獲得成功？她的導(dǎo)師 Jason Wright 和 Andrew Siemion 在其中扮演了重要角色。Sheikh也鼓勵(lì)年輕人要抓住機(jī)遇，“抓住每個(gè)演講的機(jī)會(huì)，在國際學(xué)術(shù)會(huì)議上多多宣傳自己的研究工作”。年輕學(xué)生如果想要涉足前沿科學(xué)領(lǐng)域，必須要通過參加學(xué)術(shù)會(huì)議、專題研討會(huì)和組會(huì)等方式，來建立自己的人脈網(wǎng)絡(luò)?！白プC(jī)會(huì)展現(xiàn)自己?！?另外，在自己力所能及的范圍內(nèi)參與盡可能多的科研項(xiàng)目，這一點(diǎn)也同等重要，她說。

對(duì)于在自己的職業(yè)生涯中能否找到外星生命，Sheikh保持中立態(tài)度，更沒有奢望一個(gè)巨型外星飛船出現(xiàn)在倫敦或者約翰內(nèi)斯堡的上空，這樣的場景。

“然而我們已經(jīng)掌握了這樣的科技（探測(cè)外星生命的科技手段），這足以讓人興奮”，她說。如今，她也在研究其他非常規(guī)的手段來探測(cè)可能存在的外星智慧生命。

圖3 外星天線 Sofia Sheikh的研究工作需要利用到位于加州哈特克里克高原上的艾倫射電望遠(yuǎn)鏡陣列， 如今它依然是唯一把搜尋外星文明作為主要任務(wù)的射電望遠(yuǎn)鏡。

本文為 Physics World 專欄的第53篇文章。

版權(quán)聲明

原文標(biāo)題為“The technosignature researcher on the lookout for exo-civilizations”，首發(fā)于2022年2月出版的 Physics World，英國物理學(xué)會(huì)出版社授權(quán)《知識(shí)分子》翻譯。未經(jīng)授權(quán)的翻譯是侵權(quán)行為，版權(quán)方將保留追究法律責(zé)任的權(quán)利。登陸 Physics World，關(guān)注日常全球科學(xué)新聞、熱點(diǎn)報(bào)道和評(píng)論。Physics World 幫助學(xué)界與產(chǎn)業(yè)界的研究人員走在世界重大科研突破與跨學(xué)科研究的前沿。

原文鏈接：

Meet the technosignature researcher on the lookout for exo-civilizations

參考資料：

1. Sheikh, Sofia Z., et al. “The breakthrough listen search for intelligent life: a 3.95–8.00 GHz search for radio technosignatures in the restricted earth transit zone.” The Astronomical Journal 160.1 (2020): 29.

2. https://scitechdaily.com/a-mysterious-signal-looked-like-a-sign-of-alien-technology-heres-what-the-investigation-revealed/

3. https://www.theguardian.com/science/2020/dec/18/scientists-looking-for-aliens-investigate-radio-beam-from-nearby-star

4. Sheikh, Sofia Z., et al. “Analysis of the Breakthrough Listen signal of interest blc1 with a technosignature verification framework.” Nature Astronomy 5.11 (2021): 1153-1162.

制版編輯 | 姜絲鴨