信号6EQUJ5 信号与系统( 二 ) _小知识

寻找地外文明的 SETI 计划寻找地外文明的可靠方法就是监听来自宇宙中的电磁波，从中发现智慧文明的信号。
1959 年，美国物理学家莫里森（Philip Morrison）与可可尼（Giuseppe Cocconi）在《自然》杂志上发表了一篇名为《星际通信探索》的文章，提出寻找外星文明的最佳频率是氢波段。

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人类历史上第一个寻找地外文明的正式计划是由美国著名天文学家德雷克（Frank Drake ， 1930-）组织实施的，名为“奥兹玛计划” 。

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图：德雷克
1960 年 4 月的一天，德雷克将美国国家射电天文台新的 26 米直径望远镜对准了 10 光年外的恒星天苑四，使用的频率正是 1.42GHz 。没过几分钟，用来记录信号的装置就疯狂地在纸上划来划去，与望远镜相连的扬声器也发出一连串声响。德雷克惊呆了，刚开始搜索就发现了如此强烈的信号，难道寻找外星人这么简单吗？显然没有那么简单啊，没过几天这个信号就被确认为来自一架飞机，后来的进一步调查发现，这其实是军方正在进行的秘密试验[3] 。
在共计 4 个月大约 150 小时的间歇性观察中，除了那个引起误会的飞机，他没有发现任何有价值的信号。第一次奥兹玛计划虽然没有任何收获，但从此各种各样的 SETI 计划此起彼伏，从未停止过。
1971 年，美国国家航天局资助了一项研究并形成了报告，该报告提出了许多建设性意见，还建议建造一个具有 1500 个碟形天线的射电望远镜阵列，称为“独眼巨人计划” ，该计划后续以小规模的形式一直进行到上世纪九十年代。
1973 年，美国俄亥俄州立大学提出了一项新的 SETI 计划，实施该计划的正是我们今天这期节目的主角——“大耳朵”射电望远镜。我先带你认识一下这台望远镜。
为什么叫它“大耳朵”？第二次世界大战后，雷达技术的民用化带动了射电天文学的蓬勃发展，一批大口径的射电望远镜纷纷拔地而起，具有代表性的有：英国 76 米口径焦德尔班克射电望远镜，澳大利亚 64 米口径帕克斯射电望远镜，美国 305 米口径阿雷西博望远镜等。与它们相比，由俄亥俄州立大学的天文学家克劳斯（John D. Kraus ， 1910-2004）设计建造的射电望远镜显得非常“小众” ，它不像别的望远镜那样造价昂贵、技术复杂，而是采用了一种简约而不简单、花小钱办大事的建设思路。
1955 年，克劳斯提出了一种新颖的射电望远镜方案。它不像传统的射电望远镜那样采用旋转抛物面或球面作为接收器，可以指向天空的不同方向；而是以固定的抛物线状反射面当天线，这样不仅制造起来相对容易，而且成本也能够控制得非常好。尽管抛物线状反射面不能移动，但通过另外一个可以调整方向的平面反射面，就足以让望远镜随着地球的自转，观测天球北纬 63° 到南纬 36° 之间的广阔天空，用极低的成本实现了相当于 52.5 米口径球面的灵敏度。为了降低成本，建造过程中的很多工作都由克劳斯的学生免费帮忙完成，如望远镜模型的制作、钢梁形状的设计、焊接工作等，这也是他们只花了 25 万美元就能完工的原因[4] 。

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图：克劳斯

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1962 年望远镜建成，它的占地面积比三个足球场还大。这台望远镜的总体外观很像一张高低床，由一张“床面”和高低两个“床头”构成。中间的床面部分长 152.4 米、宽 110.4 米，是一块铝板与混凝土混合物平面，总体呈白色，它的主要作用是防止微弱的信号被地面吸收。
在“床面”的两头竖着两个高低不同的“床头” ，其中高的一头长 103.6 米，高 30.68 米，与地面有一个大约 45 度的倾角，就好像很多高低床的一头是倾斜的，方便靠背一样，它是一个平面反射面。低的那一头长 110.4 米，高 21.3 米，是一个抛物线反射面。来自宇宙空间的射电信号先会抵达平面反射面，随后反射到对面的抛物线反射面上，然后再聚焦到旁边的喇叭馈源处，再进行信号输出处理。从远处看，两个硕大的反射面特别像人的两个耳朵，因此很多人都亲切地把它叫做大耳朵望远镜。