确定系外行星的轨道可能是找到外星人的关键

第三只手烈

艺术家对外星人可能发射无线电信号的系外行星的许多轨道周期、倾角和偏心率的印象。(图片鸣谢:扎伊娜·谢赫)

（）据美国太空网（基思·库珀）：由于新的结果缩小了外星无线电信号频率漂移的范围，对外星智慧的搜索(SETI)可能会加快，这种漂移是由于他们的母星围绕其恒星的轨道造成的多普勒频移造成的。

多普勒频移是由发射机的运动引起的信号频率的延长或缩短。如果发射器正在远离我们，波长变得拉长，频率降低；如果它向我们移动，波长变短，频率增加。这导致信号在发射机移动时在一个频率范围内“漂移”。(想想警察或救护车的警笛声在接近你并经过你时是如何变化的。)

系外行星的轨道运动和每日自转，加上地球自身的轨道运动和每日自转，都会造成任何可能从系外行星发射并在地球上接收的信号的频率漂移。射电天文学家知道，地球的轨道运动导致0.019毫赫兹(nHz)的漂移率，地球绕轴自转会产生额外的0.1 nHz漂移。分析信号时可以考虑这些偏移。然而，虽然天文学家并不总是知道系外行星旋转的速度——潮汐锁定的行星除外，它们的一天与它们的一年一样长——但他们可以测量系外行星的轨道周期，并从这个数字中得出最大频率漂移。

漂移率取决于系外行星的轨道特征——它的轨道相对于我们的倾斜度，它的轨道离圆形有多远，以及它进动或摆动的程度。能够筛选数据、寻找显示漂移率的信号的机器学习算法需要漂移率的最大值，以便可以限制它们的搜索。SETI搜索通常假设频率漂移值很小，小于10 nHz，但之前基于已知最极端系外行星轨道实际测量值的计算为正负200 nHz的漂移率设定了上限。

使用正负200 nHz作为最大漂移率需要增加计算资源，降低了SETI搜索数据的分析速度。

现在，通过对大约5300颗真实的系外行星进行建模，加州大学洛杉矶分校的研究生Megan Li领导的团队能够将系外行星轨道运动引起的漂移率的最大值精确到正负53 nHz。

这意味着，对于99%的行星系统来说，从遥远的系外行星探测到的信号频率预计将以正负53 nHz的最大频率漂移。这一新结果更加准确，因为它测量了系外行星轨道上所有点的漂移率，而不仅仅是漂移率最大化的那些点。并且是比正负200 nHz更低的值，这将减少所需的计算资源量并加速搜索。研究小组成员说，甚至还有进一步降低的空间。

“53值是我们目前已知的所有行星的值，但它包含一些使值更高的偏差，因为凌日系外行星比非凌日系外行星的漂移率更高，较大的系外行星比较小的系外行星的漂移率更大，”李在电话采访中告诉。(从我们在地球上的角度看，凌日系外行星穿过它们的主星表面。)

目前已知的系外行星目录并不能完全代表更广泛的系外行星。目前的探测方法仍然倾向于更靠近恒星的大行星，因为它们最容易被发现。因此，为了避免任何偏差，李的团队还测量了5000多颗模拟行星的最大漂移率，我们可能希望这些模拟行星在轨道特征方面更能代表系外行星的真实数量，行星尺寸更小，轨道周期更长，轨道倾角分布更均匀。想象中的行星被分为20组，每组由5286个世界组成，分为10组接近圆形的轨道和10组越来越非圆形(称为偏心)的轨道。从这些数据中，李的团队能够推导出低得多的漂移率——对于低偏心率轨道为正负0.27，对于高偏心率轨道为正负0.44。

这些值远低于正负53 nHz的计算漂移率。

“这种偏见使得53的价值如此之大，”李说。“我们认为，在大多数情况下，真实的漂移率会更接近0.44和0.27 nHz的较低值。”

随着欧洲航天局的PLATO(行星凌日和恒星振荡)等即将到来的任务在未来发现更广泛的外星世界，根据真实的系外行星数据计算的最大漂移率应该开始更好地反映模拟结果中看到的值。这将使得对潜在SETI信号的分析更加有效。

漂移率是判断信号是否来自深空的一种方法，尽管这不是一种万无一失的方法。来自地球上发射机(手机、机场雷达等)的射频干扰(RFI)漂移率为零，因为它们与我们的接收机一起位于地球上。低地球轨道上的卫星通常具有可以忽略不计的漂移率，但一些卫星，如SpaceX的Starlink megaconstellation和美国政府的GPS网络，在其无线电信号中确实存在一些频率漂移。

“我们可以尝试计算出这些卫星的漂移率是多少，以便如果它们确实出现RFI它们经常出现-我们可以把它们扔掉，”李说。

随着SETI搜索现在瞄准多达100万颗恒星，能够快速分析数据对于避免僵局和在关闭之前发现任何潜在的外星信号非常重要。团队成员说，计算漂移率似乎是一个更具技术性的挑战，但这对加快搜索速度至关重要。例如，新的发现将把南非MeerKAT射电望远镜阵列上Breakthrough Listen SETI项目的计算成本和搜索时间提高三个数量级。最后，如果外星人真的存在，我们现在可以更快地找到他们。

这些发现发表在2023年11月出版的《天文杂志》上。