捕捉外星“小精靈”需要哪些操作？開(kāi)著電腦屏保就夠了
只需要一臺(tái)普通的個(gè)人電腦，幾步相當(dāng)簡(jiǎn)單的操作，我們就能立刻和全球各地的小伙伴們一起，攜手踏上搜尋外星文明的征程。
撰文 | 金斯基
編輯 | 白書旭 金莊維
還記得前年開(kāi)始火爆全球的精靈寶可夢(mèng)GO（Pokémon Go）嗎？在世界各地，都能看到大家拿著手機(jī)，在街頭巷尾尋找寵物小精靈。然而這種全民動(dòng)員搜尋的“盛況”早就在科學(xué)界有前例了，不過(guò)科學(xué)家們動(dòng)員大家搜尋的可不是呆萌的小精靈，他們將目光對(duì)準(zhǔn)了浩瀚宇宙，尋找的是外星文明存在的證據(jù)。該項(xiàng)目有個(gè)看起來(lái)非常普通的名字——地外文明搜尋計(jì)劃（Search for Extraterrestrial Intelligence，SETI）。
而本文將要介紹的SETI@home項(xiàng)目則是SETI計(jì)劃的一個(gè)衍生項(xiàng)目，這一項(xiàng)目利用大眾個(gè)人計(jì)算機(jī)的閑置計(jì)算資源來(lái)處理SETI計(jì)劃得到的數(shù)據(jù)，其規(guī)模之大，甚至于2005年入選了“史上最大規(guī)模的計(jì)算”這一項(xiàng)吉尼斯世界紀(jì)錄。下面，就讓我們一起看看SETI@home的前世今生吧！
“志愿計(jì)算”
時(shí)間回溯到上世紀(jì)七十年代，加州大學(xué)伯克利分校的首席SETI科學(xué)家Dan Werthimer和他同事所在的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)室啟動(dòng)了一個(gè)稱為“搜尋來(lái)自近地外智慧生命群落的無(wú)線電波計(jì)劃”（Search for Extraterrestrial Radio Emissions from Nearby Developed Intelligent Populations，SERENDIP）的項(xiàng)目，但是很快他們受到了阻礙，計(jì)算能力始終差強(qiáng)人意。這個(gè)項(xiàng)目先于SETI@Home，可謂是后者的平行研究，SERENDIP在更寬泛的頻段內(nèi)進(jìn)行探測(cè)，但是其數(shù)據(jù)處理能力無(wú)法達(dá)到SETI@Home的強(qiáng)度。在接下來(lái)的十年中，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)嘗試過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)，最后，他們將目光轉(zhuǎn)向了個(gè)人電腦。
SETI@Home的想法據(jù)說(shuō)誕生于一次雞尾酒會(huì)上，當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)科學(xué)家David Gedye跟朋友們?cè)谟懻撊绾渭て鸸妼?duì)科學(xué)的興趣。他的腦中萌生了“志愿計(jì)算”的念頭，說(shuō)服人們貢獻(xiàn)出閑置的硬盤，集體搞個(gè)大項(xiàng)目。他想到了像X檔案、UFO等之類能激起人們興趣的東西。
Gedye隨后聯(lián)系了宇航員Woody Sullivan，后者當(dāng)時(shí)在西雅圖的華盛頓大學(xué)工作。他將Gedye介紹給了Werthimer，而Gedye又拉來(lái)了他在伯克利的研究生導(dǎo)師David Anderson。由此，SETI@home項(xiàng)目小隊(duì)集結(jié)完畢。與此同時(shí)，團(tuán)隊(duì)也募集到了資金，其中包括來(lái)自行星協(xié)會(huì)和微軟聯(lián)合創(chuàng)始人 Paul Allen名下公司的資助。
就這樣，1999年5月17日，SETI@home正式和公眾見(jiàn)面了。一開(kāi)始他們預(yù)計(jì)注冊(cè)項(xiàng)目網(wǎng)站的也就千余人。然而，人們似乎非常喜愛(ài)這種不費(fèi)力氣、只要開(kāi)著設(shè)計(jì)好的屏保程序就能分析天外信號(hào)、還說(shuō)不定能發(fā)現(xiàn)外星人的設(shè)定。注冊(cè)用戶人數(shù)很快超過(guò)了一百萬(wàn)。在隨后的幾年內(nèi)，超過(guò)四百萬(wàn)人參與到SETI@home中，眾人團(tuán)結(jié)貢獻(xiàn)的計(jì)算力甚至超過(guò)了2008年最先進(jìn)的超級(jí)計(jì)算機(jī)。
獨(dú)一無(wú)二的屏保
那該如何參與這個(gè)大項(xiàng)目呢？簡(jiǎn)單極了！你只需要在官網(wǎng)（https://setiathome.berkeley.edu）注冊(cè)賬號(hào)，并在首頁(yè)下載BOINC小程序，登陸后選擇SETI@home項(xiàng)目，程序就會(huì)自行接受來(lái)自服務(wù)器的信號(hào)數(shù)據(jù)，開(kāi)始進(jìn)行分析計(jì)算。沒(méi)有任何復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式和令人費(fèi)解的操作步驟：）
為了增添項(xiàng)目的趣味性，研究人員將整個(gè)計(jì)算過(guò)程以酷炫三維屏保的方式呈現(xiàn)在大家面前，下圖就是最新的SETI@home breakthrough版本的屏保。
Youtube上有不少志愿者會(huì)將自己電腦的分析視頻上傳展示，時(shí)長(zhǎng)從3小時(shí)到8小時(shí)不等，整個(gè)過(guò)程寂靜無(wú)聲。（圖源：youtube）
整個(gè)工作區(qū)域分為三大部分，左半部分是主要區(qū)域，所展示的正是計(jì)算機(jī)的運(yùn)算過(guò)程。個(gè)人收到的伯克利服務(wù)器發(fā)送的新數(shù)據(jù)單元往往混雜了各種類型的信號(hào)，而SETI@home項(xiàng)目感興趣的信號(hào)僅僅是窄帶寬信號(hào)，因?yàn)?/span>研究團(tuán)隊(duì)相信外星人應(yīng)該通過(guò)這種類型的信號(hào)進(jìn)行溝通，也許它們也聽(tīng)“廣播”、看“視頻”。因此程序會(huì)消除那些寬帶信號(hào)，將所有其他窄帶寬信號(hào)降低（或者提升）到同一“基線”上。SETI@home會(huì)搜索以下5種信號(hào)：
功率譜中的尖峰。
信號(hào)能力的高斯上升和下降，這種信號(hào)可能表示望遠(yuǎn)鏡的主瓣掠過(guò)一個(gè)信號(hào)源。
三連波信號(hào)
窄帶脈沖信號(hào)，代表著可能在窄帶上的數(shù)字信號(hào)。
自相關(guān)函數(shù)檢測(cè)到的信號(hào)波形
工作區(qū)的右半部分上下一分為二，上半部分顯示數(shù)據(jù)信號(hào)的基本信息，包括數(shù)據(jù)來(lái)源、時(shí)間和頻率，而下半部分則是用戶的注冊(cè)信息：昵稱，完成數(shù)量以及積分。
最下面的動(dòng)態(tài)柱形圖則是頻率-時(shí)間-功率的三維圖，也就是計(jì)算機(jī)進(jìn)行的快速傅里葉變換運(yùn)算。為了增加柱形圖的美觀度，研究團(tuán)隊(duì)特意加上了彩虹色，讓整個(gè)界面看上去高端又賞心悅目。
在官網(wǎng)上，研究人員還非常溫馨地提示各位志愿者，在這個(gè)屏保圖中可能看不到真正的外星信號(hào)，因?yàn)樗蜎](méi)于各種宇宙自然噪聲中。所以，“如果你看到了些什么奇怪的東西，請(qǐng)不要過(guò)度興奮，這有可能是某個(gè)強(qiáng)大的射電源，或者是飛掠過(guò)我們頭頂?shù)男l(wèi)星。”通常情況下，平均每3到6個(gè)月，望遠(yuǎn)鏡會(huì)掃過(guò)天空的同一片區(qū)域，因此項(xiàng)目成員有機(jī)會(huì)再次檢查同樣的強(qiáng)烈信號(hào)。
令人激動(dòng)的成果
SETI@home是一個(gè)分布式計(jì)算項(xiàng)目。通俗來(lái)說(shuō)，就是若干計(jì)算機(jī)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)接受到小塊的數(shù)據(jù)，各自進(jìn)行計(jì)算，然后將計(jì)算結(jié)果上傳，經(jīng)過(guò)統(tǒng)一合并得出最終結(jié)論，由此共同配合完成一個(gè)共同的項(xiàng)目。SETI@home項(xiàng)目的數(shù)據(jù)基數(shù)超過(guò)千萬(wàn)位數(shù)，大部分志愿者集中在歐美國(guó)家。目前在官網(wǎng)上注冊(cè)的中國(guó)大陸志愿者不到兩千人，很有開(kāi)發(fā)潛力。
志愿者們分析的無(wú)線電信號(hào)來(lái)自全世界三家天文臺(tái)。他們分別是美國(guó)弗吉尼亞州的綠岸天文望遠(yuǎn)鏡（Green Bank Telescope），波多黎各的阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡（Arecibo Radio Telescope）和歐洲的低頻陣列望遠(yuǎn)鏡（Low-Frequency Array，LOFAR）。其中，阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡是全球第二大的射電望遠(yuǎn)鏡。
上圖分別顯示了伯克利發(fā)送給志愿者的數(shù)據(jù)（黃點(diǎn)）和接收到的數(shù)據(jù)（藍(lán)點(diǎn)）以及三大數(shù)據(jù)來(lái)源。（圖源：setiathome.berkeley.edu）
阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡是一個(gè)直徑為305米的一個(gè)碟形天線。碟形天線可以反射并將天空中微弱的信號(hào)集中在懸在正上方目目子王150米的接收天線上。由于碟形天線是固定的，無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，所以接受天線被裝在一條弓形的軌道上，這樣它們可以“觀察”在他們頂點(diǎn)（正上方）40度范圍內(nèi)的目標(biāo)。
圖中淺灰色標(biāo)出的區(qū)域是阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡能看到的天空范圍，這也就是我們的尋寶圖。（圖源：setiathome.berkeley.edu）
那么大家的分析成果如何？時(shí)至今日，SETI@home集結(jié)全球之力，確定了天空中的幾個(gè)候選目標(biāo)做進(jìn)一步分析，其中最重要的候選信號(hào)是公布于 2004年9月1日、命名為SHGb02+14a的射電源。這個(gè)信號(hào)總共被觀察到三次，信號(hào)的頻率為1420兆赫茲，信號(hào)源似乎來(lái)自雙魚座和白羊座之間天空的某一處。前兩次分別是不同的用戶在不同情況下看到，而其他人的計(jì)算也證實(shí)了這個(gè)信號(hào)，第三次則由SETI@home研究人員親自觀察到。
對(duì)于這個(gè)神秘信號(hào)，當(dāng)時(shí)媒體積極地將其與外星人向地球人發(fā)送信號(hào)聯(lián)系在一起。但是也有不少科學(xué)家質(zhì)疑這可能只是自然現(xiàn)象。同時(shí)，SETI@home的科學(xué)家們也持謹(jǐn)慎態(tài)度，項(xiàng)目工程主任David Anderson就表示：“這不太可能是真的，但我們以后肯定還會(huì)接收到這種信號(hào)?！睙o(wú)論如何，SHGb02+14a信號(hào)的出現(xiàn)稱得上是迄今為止SETI計(jì)劃最令人激動(dòng)的成果。
面臨的困境
盡管志愿者們積極貢獻(xiàn)著自家的計(jì)算能力，但SETI@home項(xiàng)目仍然面臨種種問(wèn)題。
2016年，阿雷西博天文臺(tái)曾經(jīng)因一度資金短缺而面臨縮減科研項(xiàng)目甚至完全關(guān)閉的窘境。然而到了2018年，事件有了轉(zhuǎn)機(jī)，佛羅里達(dá)中央大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)小組將接管國(guó)家科學(xué)基金對(duì)天文臺(tái)望遠(yuǎn)鏡的管理和運(yùn)作。這對(duì)SETI@home來(lái)說(shuō)無(wú)疑算是個(gè)好消息。
另外，中國(guó)的“天眼”五百米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（Five hundred meter Aperture Spherical Telescope，F(xiàn)AST）作為全球最大的射電望遠(yuǎn)鏡，未來(lái)是否會(huì)參與到這一國(guó)際合作項(xiàng)目中，也讓人充滿期待。
此外，作為一個(gè)公益性的公共科學(xué)項(xiàng)目，SETI@home目前沒(méi)有政府資金資助，因此也必然遇到公益項(xiàng)目常見(jiàn)的問(wèn)題——資金短缺。加州大學(xué)伯克利分校空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)室雖然通過(guò)各種途徑盡量減少預(yù)算，但是資金仍然有限，項(xiàng)目官網(wǎng)上也開(kāi)設(shè)專門的頁(yè)面，呼吁捐款。SETI@home項(xiàng)目的主管曾說(shuō)過(guò)：“我們?cè)谟米钗⒈〉馁Y金從事人類最偉大的事業(yè)”。所以支持外星文明搜尋項(xiàng)目的志愿者們，除了貢獻(xiàn)自家的計(jì)算能力之外，也可以給他們捐款，幫助項(xiàng)目繼續(xù)運(yùn)營(yíng)下去。
在這個(gè)計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的時(shí)代，科學(xué)已經(jīng)不僅限于大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室，我們普通人也能有幸參與一些科學(xué)研究項(xiàng)目。今天介紹的SETI@home就是一個(gè)非常有意義的項(xiàng)目，只需要一臺(tái)普通的個(gè)人電腦，幾步相當(dāng)簡(jiǎn)單的操作，我們就能立刻和全球各地的小伙伴們一起，攜手踏上搜尋外星文明的征程。正所謂運(yùn)籌于電腦之中，探索于光年之外。也許不遠(yuǎn)未來(lái)的某一天，你會(huì)在你家里的個(gè)人電腦上發(fā)現(xiàn)外星友人發(fā)來(lái)的問(wèn)候信號(hào)，并且由此開(kāi)啟一場(chǎng)星際對(duì)（gà）話（líao）? 想想是不是還有些小激動(dòng)？
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參考資料
[1] https://setiathome.berkeley.edu/
[2] http://www.setileague.org/index.html
[3] https://www.equn.com/wiki/BOINC
[4] https://fr-fr.facebook.com/SETIhome-16063264533/
[5] https://computer.howstuffworks.com/question204.htm
[6] https://www.equn.com/forum/thread-17651-1-1.html
[7] https://www.theatlantic.com/science/archive/2017/05/aliens-on-your-packard-bell/527445/
[8] https://36kr.com/p/5080783.html
[9] https://en.wikipedia.org/wiki/SETI@home
[10] https://en.wikipedia.org/wiki/Arecibo_Observatory
[11] https://www.newscientist.com/article/dn6341-mysterious-signals-from-light-years-away/
文章頭圖及封面圖片來(lái)源：ActuGaming
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