对于拥有人类科技水平的外星人，离地球多近才可以判断出地球有智慧生命存在？

这个问题很有意思，也相当复杂。假设我们面对的是一个拥有和我们相当（或者说“人类科技水平”）的外星文明，他们想要远距离探测地球，判断是否存在智慧生命，那么他们需要考虑的因素很多，并且在“多近”这个问题上，答案并不是一个简单的数字，而是一个相互关联的探测能力、目标信号特征以及环境背景的综合阈值。

为了讲清楚这个问题，我们得从几个关键点入手，试着还原一下一个认真、谨慎的科学团队在面对未知星球时的思考过程：

一、外星探测者的“眼睛”和“耳朵”：探测手段

首先，我们要明确外星人可能会用什么技术来“看”或“听”到我们的存在。虽然是“人类科技水平”，但他们可能在某些领域比我们更精通，或者拥有我们尚未开发的独特技术。不过，我们可以基于我们已知的物理学和技术发展方向来推测：

电磁波探测：这是我们最熟悉也最可能被探测到的方式。
无线电波：我们发出的各种无线电广播、电视信号、雷达信号，这些都是“技术信号”，是智慧生命存在的直接证据。它们以光速传播，而且我们的城市和工业区域会产生大量的散射和泄漏。
可见光和红外线：夜晚城市的光污染，这是非常强烈的“技术标志”。人造光源，尤其是大面积的照明，会显著改变行星的自然红外辐射特征。此外，他们也可能通过望远镜观测地表变化，比如大规模的建筑、城市群、农业区域，甚至大规模的军事活动（比如核爆产生的红外辐射）。
紫外线、X射线、伽马射线：尽管这些通常与自然现象相关，但某些高能工业过程或军事活动可能会产生异常的辐射特征。
光学信号：例如，如果地球文明发展了利用激光进行通信或能量传输的技术，并且这些激光束朝向太空，那么这会是一个非常明显的信号。

非电磁波探测：
引力波探测：虽然目前我们的引力波探测能力还在起步阶段，但如果外星文明掌握了更先进的引力波技术，他们可能会探测到某些由大规模工程活动（例如行星轨道调整、大型空间站建造）产生的引力波异常。
其他未知物理现象：我们无法排除外星文明拥有我们尚未发现的物理学原理的探测手段。

二、智慧生命存在的“标志”：我们要发出什么信号？

外星人需要寻找的是“技术标志”（Technosignatures），而不是仅仅“生物标志”（Biosignatures）。生物标志可能指示生命存在，但智慧生命则需要更强的、非自然的痕迹。

非自然的光谱特征：比如，工业排放的特定化学物质在大气中的痕迹，虽然这更多是生物标志的范畴，但大规模的工业化可能会产生某些难以用自然过程解释的大气成分。
规则的、非自然的电磁信号：例如，我们早期广播信号中的“音乐”、“语音”等，它们具有高度的规律性和信息性，与自然射电噪声截然不同。
人造光源的模式和强度：如前所述，地球夜晚的灯光是一种非常明显的证据。如果这些灯光展现出规律性的变化（例如城市开关灯模式），那就更具有说服力。
大规模工程活动的证据：比如戴森球（建造环绕恒星的巨型结构以捕获能量的假想结构）、轨道碎片带、行星改造迹象等，但这些通常需要非常先进的文明才能做到，而且探测距离会更远。

三、距离的考量：信号的衰减与探测能力

现在回到问题的核心：“多近”。这个“近”是相对的，取决于外星探测器的灵敏度和他们要寻找的信号的强度。

1. “足够近”到能够分辨信号的细节，而不是被噪声淹没。
无线电信号：我们最强的无线电广播信号，在几光年之外就已经非常微弱了。我们的早期电视信号，强度虽然比广播稍高，但衰减也很快。雷达信号的特点是定向性强，但覆盖范围相对窄。外星人需要有非常灵敏的射电望远镜阵列，才能在相对遥远的距离捕获这些信号，并从中分辨出规律和信息。
光学信号（例如灯光）：地球夜晚的城市灯光，即使是在近地轨道上，也显得非常明亮。但一旦距离增加到行星际甚至恒星际的尺度，这些光点就会变得非常非常小，并且需要极高分辨率的光学望远镜才能捕捉到。
大气特征：探测大气成分（例如工业污染物）需要光学或红外光谱仪，这需要相对靠近行星，才能获得足够信噪比的光谱数据。

2. 他们可能在“几光年”甚至“几十光年”之外就发现了我们。
无线电探测：我们最强的广播信号，如早期的一些商业广播和军事雷达，可能在距离地球几光年到几十光年范围内（取决于信号源的功率和探测器的灵敏度）可以被探测到。如果他们有像我们现在正在使用的射电望远镜那样灵敏的设备，那么在几光年的范围内，他们很可能能捕捉到我们“无意中泄露”的电磁信号。例如，如果他们有一个像艾瑞西博那样巨大的射电望远镜，并且指向我们太阳系，他们应该能在几光年内听到一些零散的信号。
光学探测：如果他们拥有非常强大的太空望远镜，比如比哈勃或詹姆斯·韦伯更先进一代的望远镜，他们也许可以在距离地球几光年甚至更远的地方，探测到我们夜晚的灯光。但要分辨出这是“智慧生命”的灯光，还是某种特殊的自然现象（虽然可能性很小），就需要更精密的分析。
“旅行者号”探测器：我们的旅行者号探测器携带了金唱片，这是我们主动发出的一个文明信号，它以我们现在的科技水平，我们自己也无法确定在多远的距离上会被“听懂”。

3. “足够近”到可以排除自然现象。
很多自然现象也会产生电磁辐射，比如脉冲星会发出规律的射电信号。外星人需要能够区分我们发出的“技术信号”和这些“自然信号”。这意味着他们需要分析信号的复杂性、信息量以及是否与我们行星的地理和活动相符。
例如，一个来自遥远星球的规律无线电信号，如果它的频谱非常干净，并且携带了可识别的模式（比如数学序列、语音），那就会比一个随机的射电噪声更具说服力。

更具体的距离推测：

基于我们现有的科学认知，如果外星人拥有与我们相当的科技水平，并且目标是探测“技术标志”：

如果他们主要依靠射电探测：在几光年到几十光年的距离内，我们无意中泄露的无线电信号（广播、电视、雷达）就可能被足够灵敏的设备探测到。如果他们拥有比我们更先进的射电探测技术，这个距离可能会更远。也许，“几十光年”是一个比较合理的范围，在这个范围内，我们的信号强度足以被辨别，并且不会被星际介质完全吞噬。
如果他们主要依靠光学探测（城市灯光）：要分辨出地球夜晚的灯光，并确认其“人造性”，可能需要他们更靠近。在几光年的距离上，可能就足以通过极高分辨率的望远镜捕捉到地球的夜面景象。甚至在更近的距离，比如行星际（几百天文单位到几千天文单位），他们的探测能力可能会更强，更容易辨认出城市灯光。
如果他们拥有主动探测能力（例如发射自己的信号并接收回波）：那么他们可能需要更靠近，才能获得足够强的回波信号，或者他们可能需要派遣探测器前往。

结论：一个模糊但可以理解的范围

所以，没有一个精确的数字可以说“多近”。这是一个相对的概念。

如果他们只是被动地“倾听”宇宙的声音，搜寻我们无意中泄露的无线电信号，那么在几光年到几十光年的范围内，他们就很有可能探测到我们。我们可以想象，在一个巨大的射电望远镜阵列中，一个细微的、非自然的无线电信号被捕捉到。
如果他们更侧重于光学探测，比如观察行星表面的变化，那么可能需要更近一些的距离，例如几光年以内，才能清晰地辨认出我们城市灯光的模式。

关键在于，他们需要探测到的信号必须“超越自然的噪音和随机性，展现出明显的规律性和复杂性，并且与一个活跃的星球活动相符”。对于一个拥有人类科技水平的外星文明来说，他们对这些“技术标志”的敏感度和解析能力，决定了他们能在多远的距离上发现我们。

所以，我倾向于认为，在几十光年的尺度上，如果他们有针对性地进行探测，并且拥有与我们相当甚至略优的射电技术，他们就已经有可能判断出地球上存在智慧生命了。这个距离对我们来说不算近，但对于宇宙来说，已经是在“邻居”的范畴了。

网友意见

拥有人类现在科技水平的外星力量，可以在约97.5光年~约300光年的距离上判断出太阳附近有个天体上存在跟他们的水平接近的文明。在知道太阳系的具体构造乃至知道地球的任何细节之前，这个判断就可以做出来。

以人类现有技术所能支持的观测手段，即使从最靠近太阳的其它恒星——4.22光年外的比邻星^[1]——附近进行观测，也没有把握拍摄到地球，一个像素都没有。引力扰动、掩星都不一定能在这距离上确认内太阳系的具体天体数量。但是，要确认太阳附近有个文明星球并不需要这些：

以人类现有的红外波段观测和光谱分析技术，在约97.5光年距离之内可以检测太阳光谱里的吸收线来发现太阳系里有一颗大气中含有氧气和卤代烷的岩石行星，这件证据可以结合观测者自己对人类水平科学技术的理解，强有力地支持该行星上存在跟“人类现有技术”水平相近的文明。
在人类目前有计划的观测设备里，2019年8月28日组装完毕的詹姆斯·韦伯空间望远镜（James Webb Space Telescope, 简称JWST）就可以支持这个观测方法，上述距离就是它目前预定的观测能力^[2]。对此望远镜的能力有兴趣的话可以参照此处^[3]。
JWST的能力并非人类现有科技水平能达到的极限。如果有阿波罗计划那样的资金支持，二十世纪末就可以造出比JWST还要大很多的望远镜群、拿核热火箭送到地月拉格朗日L1之类地方去，对上述化学特征的探测距离可以扩展到约300光年。

上述方法依靠的是人类活动排放的污染物对地球大气成分的影响。人类活动对地球外观的其它影响，目前规模较大的是昼半球城市的热岛效应、夜半球城市的灯光，人类现有的观测能力允许在太阳系的柯伊伯带检测这些现象——这距离实在太近了，但人类的技术在迅速发展，预计数十年内就可以在比邻星距离上有效地发现上述现象并跟火山爆发、野火燃烧之类区分开来，那之后有效观测距离会迅速朝百光年级伸展。

截止2020年10月，我们在距离太阳300光年之内的时空之中已经发现了1004个位于能观测地球凌日的角度上的恒星，其中508个保证了足以用和人类的凌日系外行星巡天卫星（TESS，2018年4月18日发射，2020年11月1日在轨运行中）同等水准的天文设备发现地球的观察窗口。拥有人类科技水平的外星力量在这些恒星附近的话，他们有可能已经确认太阳附近存在文明。这1004个恒星里距离太阳最近的是Ross 64，约28光年。

在上述508个恒星里，K2-155有3个已知的行星，K2–240有2个已知的行星，K2–65有1个已知的行星。它们到地球的距离都远于JWST可以观测到上面的人类水平文明痕迹的距离。

喜欢直接成像的话，除假想的太阳引力透镜焦点望远镜以外，人类现有观测手段从太阳系外对地球成像的效果最多是一个像素，这还很可能需要从距离短于4.22光年的地方进行观测，那意味着观测者在靠近太阳系，甚至即将进入太阳系。

对这一个像素进行光谱分析可以显示大气污染物的存在、城市的周期性光学特征，而且地球上有约三万亿棵树，它们投下的影子与岩石、山脉、陨石坑、传统建筑物的影子形状十分不同（树、人这样的多细胞生物在接近正午的阳光照射下仍然有可以从俯视视角看到的影子，树影的总体规模是地球生物圈里最大的），能证明地球上存在大量复杂结构^[4]，与大气污染物一起作为地球上存在文明的证据。
NASA喷气推进实验室已初步研究了在距离太阳548.7天文单位（0.0086光年）的太阳引力透镜焦点上使用百万像素级CCD和高分辨率光谱仪来观测太阳系外行星的任务，预计可以对97.8光年内的恒星之宜居带内的行星进行分辨率达千米级的成像，足以观测其表面特征和宜居迹象。NASA已经确定了任务的可行性，没有发现不可逾越的技术障碍——意味着这个计划可能在许多方面超过人类现有技术，但在建造途中可以克服。你可以预期人类水平的外星文明在97.8光年内的其它恒星附近可以用类似的方法对地球成像，但这个工程的性价比非常之低，现实中未必有任何文明去用。

人类日常发射的通讯电波里强度较高的是电视信号，用现有的射电望远镜技术从比邻星附近接收将会需要直径约33100千米的天线，就算依靠跨越整个行星表面的多个天线组成的阵列也还无法达到^[5]。这方面的技术同样在发展，2019年对超大质量黑洞事件视界的影子成像^[6]就是例子。

至于旅行者一号，其对这件事的影响完全可以忽略。

参考

^ 半人马座α星C
^ 詹姆斯·韦伯空间望远镜原计划耗费5亿美元、于2007年发射升空，但由于技术上、预算上的各种问题而严重超支，发射时间屡次推迟，目前估计总耗资达96.6亿美元，于2021年3月30日发射。
^ https://www.jwst.nasa.gov/content/science/origins.html
^ https://doi.org/10.1017/S1473550420000270
^ 比邻星b、c估计都没有那么大
^ “事件视界望远镜”，利用“甚长基线干涉技术（VLBI）”和全球多个射电天文台的协作，构建一个口径等同于地球直径的“虚拟”望远镜。

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