【博科园-科学科普】首先问你个问题：假如说在没有说明的情况下让你来解读我们地球人自己设计的旅行者号携带的金属唱片，你能解读吗？敢问地球上有几个人能凭空解读出上面的信息？虽然说好简单的样子，其实也包含了不少较深层次的知识在里面。
（图注1）“旅行者号”金唱片(R)的镀金铝盖(L)既可以保护它免受微陨石的撞击，还提供播放和解读地球位置的关键作用。图片版权：NASA
40年前旅行者号宇宙飞船成功射，成为第一个离开太阳系的人造物体。当它离开地球进入星际空间时为那些在遥远的未来找到他们的外星人传达了一个特别的信息：旅行者号的金唱片包含了地球的歌曲、图像和声音，它被设计成一个信息装载的宇宙时间胶囊，能够很容易地被任何聪明的外星物种破译。在记录的封面上有一系列的图表被标记出来，其中包括一个非常重要的图表：地球在银河系的位置的地图。尽管用来定位地球的方法很聪明，但现在它被认为是有内在缺陷的，这意味着任何接收它的人都很可能无法准确地找到我们的星球到底在哪里。
（图注2）黄金唱片封面包括在左下角有14颗脉冲星的脉冲星图，能让接收者识别出地球的位置。图片版权：NASA Jet Propulsion Laboratory
如果你想知道我们的太阳位于银河系的位置，有一定的参考是绝对必要的。我们本可以展示我们的夜空是什么样子的，但在几千年的时间里将明显地改变了，因为星星都是相对的移动的。在更大的尺度上可以绘制出最亮的恒星，但它们可能在超新星中死亡或者在没有预示的情况下坍缩成黑洞，相反我们带着一幅脉冲星的地图。
（图注3）14个脉冲星的彩色版本将有关其相对距离和其脉冲时序的信息编码为12个有效数字。图片版权：Sam W of Simple Desktops
在整个银河系中旅行者的金唱片与14个不同脉冲星的相对方位、距离和脉冲计时频率有关(先锋10和11任务也有脉冲星信息)。在数千光年之外，这些脉冲星是宇宙中最精确、最可靠的时钟。虽然它们的相对位置会随着恒星和银河系运行而改变，但它们仍然可以被它们的脉冲频率和太阳的近似位置所识别，也将在数千万年里保持相对稳定。
（图注4）一个由中子构成的脉冲星，有一个由质子和电子组成的外壳，它产生了一个非常强的磁场，它的磁场是我们太阳表面的万亿倍。注意自旋轴和磁轴是不一致的。图片版权：Mysid of Wikimedia Commons/Roy Smits
事实上基于这两个量随时间的变化，人们不仅能够重建地球和太阳的位置，还能计算出这些太空探测器发射的时间。在当时选择这些物品似乎是一个明智的决定。脉冲星——中子星比太阳质量更大，但直径只有几公里而且自转得非常快。由于它们表面上存在的带电粒子以及它们的快速旋转可以达到65%的光速，这些物体产生了宇宙中已知的最强的磁场：数万亿甚至是千万亿倍地球上的磁场。
（图注5）脉冲星周期性变化。图片版权：NASA
这些强磁场会加速它们附近带电粒子，产生并导致电磁辐射的发射。每当中子星完成旋转，辐射路径中的任何物体都会接收到“脉冲”，而指向我们的则可以识别为脉冲星。这14个被确认为创造地球地图的物体确实是脉冲星，所以这个计划看起来很不错。但自上世纪70年代末以来发现了两个非常不方便的事实，它们很可能会让任何有智慧的外星生物都无法找地球。
（图注6）NASA的费米卫星造建了有史以来最高的分辨率高能量的宇宙地图。银河系的黑洞地图很可能会在这里看到更多的散射，并分解成数百万个单独的点源。预计银河系中有20万的脉冲星也可能多达10亿。图片版权：NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration
第一个事实：
银河系中大约有10亿个脉冲星，根据银河系中恒星和恒星形成的历史，我们已经能够确定，即使只有1%的恒星变成超新星，也有不可思议的数量的中子星和黑洞。在今天的银河系中有大约4000亿颗恒星，最近的研究表明银河系中大约有1亿个黑洞，10倍于(10亿)中子星。几乎所有的中子星都有使其产生脉冲的特性，这就意味着它们的自旋轴和它们的磁轴并不是完全一致的。要知道从10亿选出14个将是一项艰巨的任务，因为脉冲星周期并不是唯一的。
（图注7）虽然脉冲星周期是非常可靠的，但它们的方向不是。同样在大尺度的时间里脉冲周期也会改变。图片版权：NASA/GSFC (main); NIST (inset)
第二个事实：
脉冲星以一种不可预知的方式在地球上随时间而变化。大多数中子星不会像脉冲星那样出现在我们面前，仅仅是因为它们的“脉冲”没有在地球上排列。但随着时间的推移，脉冲星可能会出现或消失，这是自旅行者探测器发射以来科学家们所发现的。当物体在太空中旋转和轨道运行时，它们的相对方位会发生变化，所以现在指向我们的脉冲星将不会在未来的几百万年里指向我们。此外今天没有指向我们的脉冲星将会在数百万年的时间里指向我们。复合的事实是中子星会随着时间的推移调整它们的自转周期(通过星震和脉冲星加速)，而且很明显，这些脉冲星的周期和方向都在数百万年的时间里发生了巨大的变化。所以当任何外星人拿起我们的脉冲星地图时，它将会变得非常过时。
（图注8）1967年Jocelyn Bell(Jocelyn Bell - burnell)发现了第一个脉冲星：一个明亮的无线电来源，我们现在知道它是一个快速旋转的中子星。图片版权：Mullard Radio Astronomy Observatory
脉冲星是在50年前才首次被发现(在1967年之前，乔斯林·贝尔-伯内尔(Jocelyn Bell-Burnell))，当先驱者和旅行者号宇宙飞船发射时，脉冲星仍然是非常新奇的。现在我们对它们的工作方式有了更好的了解，它们有多普遍以及它们的外表如何随时间变化，可以看到这些是可怕的长期信标！事后看来最好把太阳的天文性质，连同质量、半径、大气内容以及行星的轨道参数结合起来。毕竟这些都是我们今天用来识别太阳系外行星系统的信息，而且将是长期以来最好的方法，来确定我们的太阳系。
（图注9）TRAPPIST-1 系统与太阳系相比，TRAPPIST-1 的所有七颗行星都可以在水星的轨道内。通过提供行星的质量、半径、大气含量和轨道参数, 以及关于我们的恒星的天文信息，拥有先进技术的外星人可以从远处识别我们的太阳系。图片版权：NASA / JPL-Caltech
相反我们发送了一个原始的信息，尽管它的本意是好的。尽管散布恐惧的人愚蠢地声称：怀有敌意的外星人可以跟随旅行者号来到地球，但地图本身实际上是旅行者号上最无用的信息之一。根据弗兰克·德雷克(Frank Drake)曾与卡尔·萨根(Carl Sagan)合作过《旅行者》(Voyager)信息：
我们需要把一些东西放在旅行者号上，上面说它是从哪里来的，以及它旅行了多长时间……有一个神奇的脉冲星…没有其他东西在天空上的标签。每个人都有自己独特的脉冲频率，所以它可以被任何人识别，包括很长一段时间后的其他遥远的生物。
虽然这些标识符被认为是唯一的和稳定的，但我们现在知道长期的变化将使这幅地图毫无用处。如果你试图通过Pangaea来识别地球，你会非常失望。通过发送我们对Voyager所做的信息，我们实际上给任何“幸运”的外星人提供了一个更具有挑战性的问题。发送脉冲星位置和频率的想法是非常棒的，但当人们收到它的时候，他们只会遇到人类赋予的最困难的谜题之一。
作者：Ethan Siegel （天体物理学家）
来自：Forbes science
编译：卿君侧
审校：博科园
