第217章 给外星人发坐標（二）（1/2）

如果你感兴趣的话，wi-fi和微波炉常用的2.45吉赫频率对应的波长是12.2厘米（即5英寸），而微波炉的內部尺寸通常是该波长的整数倍，这样能形成驻波模式，让食物受热更均匀。

相比之下，我们收听的调频（f）无线电频段的频率约为“水洞”区域的十分之一，波长则是其10倍——波长大约与人类的身高相当；调幅（a）无线电的频率约为“水洞”的千分之一，波长则是其1000倍——相当於一个足球场的大小。

光学频率则走向了另一个极端：频率是“水洞”的数千倍，波长则缩小到分子尺度。而波长比原子还小的频段，试图用由原子构成的半导体来產生这类信號，显然是不现实的。

这些信號在真空中的传输特性並无差异，但太空並非完全真空。太空中最常见的物质是氢。中性氢（由一个质子和一个绕其运行的电子组成）的电子能处於多个高於基態的能级，其中两个较低能级之间的能量差仅为5.9微电子伏特，对应的光子波长为21厘米（频率1.42吉赫）。

这种能级跃迁很容易发生，因此在该能量、频率和波长下存在背景噪声。凡是有大量中性氢聚集的区域（银河系中几乎隨处可见，尤其是星际介质中以中性原子氢为主的区域——包括温度在50至100开尔文（与冥王星相当）的冷中性介质（），以及温度在6000至10000开尔文（与太阳表面相当）的暖中性介质（wn）），都能检测到这种背景噪声。

温度约8000开尔文的热电离介质（wi）占比甚至超过冷中性介质和暖中性介质的总和，但其发射的並非射电波，而是可见光波段的深红色氢a谱线——因此这一频段也不適合用於信號传输。不过也有人认为，在几十到几百光年的短距离內，该频段能避开部分干扰，让信號更易识別。

你可能经常听到关於21厘米谱线的討论，因为我们通常会优先考虑射电波，但用於定向波束和通信雷射的光波段，显然也需要考虑被星际介质吸收或作为背景噪声发射的问题。恆星本身会產生多种谱线，我们正是通过这些谱线计算恆星的光谱和红移；而观测恆星诞生的分子云时，也需考虑太空中各种分子的吸收谱线。

在我看来，这些因素並非指明了我们该监听哪些频率，而只是指出了我们（以及外星文明）应该避开的频率。但“水洞”和21厘米谱线在相关討论中频繁出现，因此在进入信標主题之前，我觉得有必要先对此进行说明。

接下来谈谈无线电信號的最大可探测距离。我们此前也曾討论过这一话题，有一种观点认为，人类自身的无线电信號最多只能传播到约100光年外，因此我们无法接收到更远距离的外星信號。

这一观点有时会与信號在传播过程中因衰减、扩散，以及穿过嘈杂且不均匀的太空而產生的失真相混淆。我们通常认为日常信號会被压缩（即去除重复模式，並標註“已去除重复模式”），这使得高带宽、高压缩的信號即便通过我们之前提到的巨型望远镜，也几乎无法被接收。

但对於信標而言，这一点並不重要——因为信標的首要目標是在遥远的距离上被理解，且通常无需进行高带宽、高压缩的详细通信。信標不会压缩数据，因为特意保留那些重复模式，才能让信號从噪声中凸显出来，更易被解码。

毕竟，你完全可以在未压缩的基础信號之后附加一个压缩的次级信號，並在基础信號中说明压缩方式。例如，未压缩信號中可能包含提示：“请切换至另一频率，接收採用如下压缩方式的高数据量压缩信號”。不过这並非適用於所有银河或星系际信標——比如银河定位系统类信標，可能会假定使用者已了解其传输规则和密钥。

有人提出可以將中子星作为天然的定位系统，我们稍后会回到这一话题，但这也恰好能说明“无线电信號传播距离有限”的观点並不成立。我们能探测到数百万光年外的中子星，也能通过射电望远镜观测整个银河系乃至其他星系——显然，射电波的传播距离並非受限於“最大探测范围”。

你也可以通过低密度的传输方式发送信號，比如以莫尔斯电码或二进位的形式，以不会受时空干扰、能在目標传输距离內被解码的低速闪烁信號源。若有需要，还能在恆星周围建造太阳镜，让恆星按选定的频率闪烁，以此传递0和1的信息。即便恆星每秒仅闪烁一次，每天也能传输86400比特的数据——对於简单的信息而言，这已经足够。

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