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她的博士课题,是寻找外星人的 “文明信号”

知识分子 X Physics World,带你走进英国媒体视角下的科学议题。

导  读

加州大学伯克利分校的 Sofia Sheikh 是少数致力于寻找地外文明的博士后研究员之一,也是一位冉冉升起的学术新星。在这篇

文章里,她与自由撰稿人 David Appell 讨论了包括神秘太空信号、挑选棘手的研究领域,以及导师的重要性等话题。

 

撰文 | David Appell

翻译 | 马超

校对 | 王一苇

图1 Sofia Sheikh的研究聚焦于寻找地外高级文明 | 图源:SETI

 

2019年,当一个来自最近邻恒星方向的神秘射电信号被地球接收到时, 突破聆听项目(Breakthrough Listen project)委派 Sofia Sheikh 来调查信号来源。这一信号是来自4.2光年外比邻星(Proxima Centauri )宜居带行星上的外星文明吗?还是来自地球或者地球周边无数可能源头的射电信号?

 

Sheikh现在是第一年的博士后研究员。接到这个任务时,她是加州大学伯克利分校搜寻地外文明(SETI)研究中心的成员。 她协调一个团队仔细分析收集到的数据,搜寻相似的信号模式。同时,该项目的其他成员会尽可能多地收集关于卫星传输和航天器的公共信息,他们甚至研究了与这个持续时间长达5小时的神秘信号拥有相似射电频率的一架澳大利亚飞机。该信号被称为BLC1(Breakthrough Listen Candidate 1),由澳大利亚新南威尔士州口径为64米的帕克斯射电望远镜探测到。

 

Sheikh 今年26岁,她于2017年获得加州大学伯克利分校的学士学位,主攻物理和天文。那个时候,她在突破聆听项目中负责设计地球凌日带(Earth Transit Zone)的搜寻方案。地球凌日带是一个较为特殊的空间带,在这个地带内,遥远宇宙的外星人恰好能够观测到地球从太阳前面经过。也就是说,我们人类发出的各种射电信号能够轻易地被处于该空间带范围内的外星文明接收到,而从高级外星文明的角度看,既然地球发出了这种文明信号,那也就意味着地球在过去或者现在存在高级文明,因此高级外星文明也可能更倾向于向地球发射信号。相关工作已经发表在2020年的天体物理杂志上,Sheikh为第一作者。

 

刚进入宾夕法尼亚州立大学读研之时,Sheikh考虑过把研究方向从之前的研究高级文明信号转到更为公众接受的系外行星搜寻方向上来。她认为这两个研究领域很相关,但后者能获得更多的资金支持。然而在同她未来的导师Jason Wright (天文学家 Jason Wright 是SETI的领导者之一)聊过之后,她回想起她当初是多么地热爱这一领域。“即使研究任务可能会很棘手,我仍然想要继续”,她回忆道。后来她拿到了该方向的博士学位。

 

1、从SETI项目走出的第十位博士 

图2 外星人通过发送信号来联系我们?
 

2019年,天文学家对于来自比邻星(距离我们最近的恒星)的神秘射电信号感到非常兴奋。但最终证实它来自于地球的电子设备。

 

2021年获得博士学位之后,Sheikh是第十位从SETI项目中完成博士论文的人,她的导师Wright说。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,与传奇的天文学家 Jill Tarter 和 Andrew Siemion 合作开展相关研究(Andrew Siemion是伯克利SETI研究中心的主任,也是突破聆听项目的项目负责人)。这一数额高达一亿美元的私人资助项目由俄罗斯亿万富翁Julia和 Yuri Milner 于2015年发起。

 

“对于探索未知,Sofia具备非凡的热情和卓越的科研能力,这非常有利于她未来的职业发展”,Siemion说,“而且Sheikh是一位世界一流的科学家,把她的视野、韧性和精力全部投入到一个具有挑战性且意义重大的研究领域”。Tarter对此也十分赞同,并且说到, “当从事一个跨时代的项目时,你真的需要认真考虑如何培养下一代。Sofia此次获得 MPS-Ascend 基金,对于我们来说是一个不错的机遇,借此来鼓励和启发下一代天文学家,也会让我们横向地思考如何扩展这种商业观测项目,需要做什么,由谁来做,从哪里做起”。

 

BLC1信号最初是由 Shane Smith 发现的,当时他还是美国密歇根州希尔斯代尔学院的一名本科生,当时他正在筛选从帕克斯射电望远镜发来的超过四百万个射电信号。这一奇怪信号的图谱很快被发到研究小组内部的交流平台上,并且借助初始的筛查测试,迅速排除了它来自传统射电源的可能性。团队之后就开始寻找其他干扰源。Sheikh回忆道:“当我看到BLC1的图谱时,我停顿了片刻,我心里认为这也许就是我们想要寻找的外星文明信号”。

 

迄今为止,Sheikh和她的团队已经分析了超过160万亿字节的观测数据,目的是为了寻找类似之前BLC1那样的神秘信号。在分析过程中,团队需要不断学习诸多新的东西,并且需要写大量的python代码来快速有效地量化各种信号的特性。新冠疫情给原本就充满挑战的研究进程带来了更多阻碍。 “用侦探式思维聚焦并且深挖一件事情,令人心情愉悦,” Sheikh对 Physics World 说。她说,整个团队工作非常努力,甚至2020年圣诞节当天他们还在开会。

 

最终,Sheikh和同事们已经发现了大约60个特性类似于BLC1的信号,但是在望远镜从比邻星半人马座移开后,这些信号都还存在。
 

“因此我们能够很有信心的说,这些信号都是人类的科技活动造成的”,去年十月,她对 SciTech Daily 说。它们的频率很规则,所以很可能是来自于人类的电子设备。“BLC1之所以特殊,是因为它碰巧在比邻星的方位,令我们产生误解”,她解释说。尽管如此,为了能够快速有效地分析这些信号,我们开发了大量的代码工具。通过不断提高算法的精度,我们时刻期待着下一个诱人信号的到来,她补充道。

 

2020年12月18日,英国卫报报道了BLC1的故事,很快消息传遍全世界。涉及该工作的一个YouTube视频截图包含Sheikh的电子邮箱地址,因此她很快收到来自大众的评论。然而并不是所有都是善意的,她回忆道。她记得一些具有人身攻击性的电子邮件,只因为她是理工女,或者因为她有一个巴基斯坦姓氏。

 

幸运的是,Sheikh的个人经历里,作为女性科学家 “在大多数情况下并不是什么问题”,除了偶尔受到一些微小的冒犯,例如“你放弃吧” 这种建议。她说,合作导师Wright和Siemion在这一方面给了她很多帮助。

 

2、星际迷航和 “不可思议” 的想法
 

Sheikh在南卡罗来纳州长大,她的父亲是一名胃肠病学家,母亲是一名家庭主妇兼彩色玻璃艺术家。Sheikh从小就是科幻迷,并且和她的父亲一起看了很多遍《星际迷航》小说。Sheikh也对《不可思议的物理学》十分感兴趣,作者是物理学家兼科普作家加来道雄。

 

尽管Sheikh的上述特质在SETI相关研究人员或者天文学家中并不独特,但她对科幻小说的热情能够持续地督促自己,不断尝试新的策略来寻找外星智慧生命。一种方式是寻找环绕系外行星的克拉克带(由大量同步轨道卫星组成)。 另一种方式是在我们的银河系中,探测由外星飞船加速而产生的引力波。

 

Sheikh在SETI研究中心的新工作还包括发展一个导师项目,主要任务是为旧金山湾区的社区大学的大二学生提供科学和编程方面的指导。 她也计划利用加州北部重新装配的艾伦望远镜阵列来开设研究课题,帮助学生理解射电频谱干涉环境。同时,她也会学生掌握技术,研究其他天文和物理学课题。

 

3、冉冉升起的学术新星 
 

如今,Sheikh正在她的领域内变得越来越知名,她在国际学术会议上做报告,在知名杂志上发表重要研究发现,比如2021年11月,她作为第一作者在《自然-天文学》杂志上发表关于信号BLC1的重要研究结果。Sheikh也被邀请参与其他重大项目,比如由纽约罗切斯特大学 Adam Frank 领导的测量地球大气层文明信号的项目。该项目将建立一个文明信号库(这些信号是人类科技活动产生的),来检测我们现在最尖端的探测仪器对这类射电信号的灵敏度。

 

所以,是什么让Sheikh还在这么年轻的时候就获得成功?她的导师 Jason Wright 和 Andrew Siemion 在其中扮演了重要角色。Sheikh也鼓励年轻人要抓住机遇,“抓住每个演讲的机会,在国际学术会议上多多宣传自己的研究工作”。年轻学生如果想要涉足前沿科学领域,必须要通过参加学术会议、专题研讨会和组会等方式,来建立自己的人脉网络。“抓住机会展现自己。” 另外,在自己力所能及的范围内参与尽可能多的科研项目,这一点也同等重要,她说。

 

对于在自己的职业生涯中能否找到外星生命,Sheikh保持中立态度,更没有奢望一个巨型外星飞船出现在伦敦或者约翰内斯堡的上空,这样的场景。


“然而我们已经掌握了这样的科技(探测外星生命的科技手段),这足以让人兴奋”,她说。如今,她也在研究其他非常规的手段来探测可能存在的外星智慧生命。

图3 外星天线  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伦射电望远镜阵列, 如今它依然是唯一把搜寻外星文明作为主要任务的射电望远镜。
 

▲ 本文为 Physics World 专栏的第53篇文章。

 

版权声明 

原文标题为“The technosignature researcher on the lookout for exo-civilizations”,首发于2022年2月出版的 Physics World,英国物理学会出版社授权《知识分子》翻译。未经授权的翻译是侵权行为,版权方将保留追究法律责任的权利。登陆 Physics World,关注日常全球科学新闻、热点报道和评论。Physics World 帮助学界与产业界的研究人员走在世界重大科研突破与跨学科研究的前沿。

原文链接:

https://physicsworld.com/a/meet-the-technosignature-researcher-on-the-lookout-for-exo-civilizations/


参考资料:

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-star4. 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.


 



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