人类在宇宙中是孤独的吗？还是在其他地方，有其他智慧生物从截然不同的世界仰望夜空，提出同样的问题？是否存在比我们更先进的文明，已经实现了星际通信，并在我们的星系中建立起相互关联的社会网络？这些问题关系到人类本质和命运的最深刻问题，长期以来一直是神学和推测性小说的专属领域。今天，在人类历史上，它们首次进入了实验科学的领域。
从一些附近恒星的运动中，我们现在已经探测到围绕它们运行的看不见的伴星体，它们的大小与大型行星相当。根据我们对地球上生命起源过程的了解，我们知道类似的过程在整个宇宙中一定相当普遍。由于智慧和技术具有很高的生存价值，因此其他恒星行星上的原始生命形式，经过数十亿年的进化，偶尔会发展出智慧、文明和高科技。此外，我们地球人现在拥有与太空深处的其他文明进行交流的所有必要技术。实际上，我们现在可能正站在一个门槛上，即将迈出行星社会只会迈出一次的重大一步：与另一个文明的首次接触。
由于我们目前对地外生命究竟有多普遍还一无所知，因此任何试图估计我们星系中技术文明数量的尝试必然是不可靠的。但是，我们确实掌握一些相关的事实。我们有理由相信，太阳系的形成相当容易，并且在太阳附近很丰富。例如，在我们自己的太阳系中，有三个微型“太阳系”：木星（有13颗卫星）、土星（有10颗卫星）和天王星（有5颗卫星）的卫星系统。[编者注：自本文撰写之时起，已知卫星的数量已大大增加。] 显然，无论这些系统是如何形成的，在我们附近的区域都形成了四个。
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目前我们探测附近恒星行星系统的唯一技术是研究行星在其母星运动中引起的引力摄动。想象一下，一颗附近的恒星在几十年内相对于更遥远的恒星背景发生了可测量的移动。假设它有一个不发光的伴星围绕它运行，其轨道平面与我们观察恒星的视线不重合。恒星和伴星都围绕一个共同的质心旋转。质心将在恒星背景上描绘出一条直线，因此发光恒星将描绘出一条正弦路径。从振荡的存在，我们可以推断出伴星的存在。此外，从振荡的周期和振幅，我们可以计算出伴星的周期和质量。然而，该技术仅对探测最近恒星周围的大质量行星的摄动足够敏感。
离太阳最近的单星是巴纳德星，一颗相当暗淡的红矮星，距离我们约六光年。（虽然半人马座α星更近，但它是三星系统的一员。）斯普劳天文台的彼得·范·德·坎普在斯沃斯莫尔学院进行的为期40年的观测表明，巴纳德星至少伴随着两颗黑暗的伴星，每颗伴星的质量都与木星的质量相当。
然而，对于他的结论仍然存在一些争议，因为观测非常困难。或许更有趣的是，在离太阳最近的十几颗单星中，几乎一半似乎都有黑暗的伴星，其质量在木星质量的1到10倍之间。此外，许多关于行星系统从星际气体和尘埃收缩云中形成的理论研究表明，行星的诞生经常（即使不是必然）伴随着恒星的诞生。
我们知道，地球上生物体的主要分子是蛋白质和核酸。蛋白质由氨基酸构成，核酸由核苷酸构成。地球的原始大气层，像宇宙的其他部分一样，富含氢和氢化合物。当分子氢（H2）、甲烷（CH4）、氨（NH3）和水（H2O）在几乎任何能够断裂化学键的间歇性能源存在下混合在一起时，结果是氨基酸以及糖和含氮碱基（核苷酸的化学成分）的产量非常高。例如，从实验室实验中，我们可以确定每光子紫外线辐射产生的氨基酸量，并且根据我们对恒星演化的了解，我们可以计算出太阳在地球存在的最初十亿年内发出的紫外线辐射量。这两个速率使我们能够计算出原始地球上形成的氨基酸总量。氨基酸也会以取决于环境温度的速率自发分解。因此，我们可以计算出它们在生命起源时的稳态丰度。如果将这种丰度的氨基酸混合到今天的海洋中，结果将是1%的氨基酸溶液。这大约是高档罐装鸡肉清汤中氨基酸的浓度，据说这种溶液能够维持生命。
生命的起源与构成生命的构建块的起源不同，但是关于氨基酸连接成类似蛋白质的分子以及核苷酸连接成类似核酸的分子的实验室研究正在顺利进行。对短链核酸如何在体外复制自身的研究，甚至为将核酸信息翻译成蛋白质信息的原始遗传密码提供了线索，这些系统可能先于细胞现在制造蛋白质的核糖体和激活酶的复杂机制。
实验室实验还产生大量的棕色聚合物，这种聚合物似乎主要由长碳氢链组成。聚合物的光谱特性与木星、土星和土星最大的卫星土卫六上的红色云层的光谱特性相似。由于这些物体的大气层富含氢，并且与原始地球的大气层相似，因此这种巧合并不令人惊讶。但这仍然是值得注意的。木星、土星和土卫六可能是从事生物前有机化学的巨大行星实验室。
关于生命起源的其他证据来自地球的地质记录。对27亿至35亿年前的沉积岩薄片的分析表明，存在直径为百分之一毫米的小型包裹体。这些包裹体已被哈佛大学的埃尔索·S·巴戈恩和加州大学洛杉矶分校的J·威廉·肖普夫鉴定为细菌和蓝藻。细菌和蓝藻是进化生物，它们本身一定是漫长进化历史的受益者。然而，地球或月球上没有超过40亿年的岩石；在那之前，据信这两个天体的表面在吸积的最后阶段都已融化。因此，生命起源的可用时间似乎很短：最多只有几亿年。由于生命在地球上的起源时间远短于地球的当前年龄，因此我们有更多证据表明生命起源的可能性很高，至少在富含氢气、液态水和能量来源的行星上是这样。由于这些条件在整个宇宙中都很常见，因此生命也可能很常见。
然而，在我们发现至少一个地外生命实例之前，这个结论不能被认为是确定的。这样的调查是维京任务的目标之一，该任务计划于1976年夏季将一辆探测器降落在火星表面，该探测器将对另一个星球上的生命进行首次严格的搜索。维京着陆器携带了三个关于假设的火星微生物代谢的独立实验，一个关于火星表面物质有机化学的实验，以及一个相机系统，如果存在宏观生物，相机系统可能会探测到它们。
智慧和技术在地球上的发展大约发生在太阳生命周期的稳定期的一半时间。智慧和技术具有明显的选择优势，至少在当前的进化阶段是这样，此时技术也带来了生态灾难、自然资源枯竭和核战争的威胁。除非发生此类灾难，否则地球的物理环境将在未来数十亿年内保持稳定。智慧和技术的进化所需的个别步骤的数量可能非常庞大且不太可能，以至于并非所有适宜居住的行星都会进化出技术文明。也可能——有些人会说很可能——文明倾向于在我们目前的技术发展水平上自我毁灭。另一方面，如果我们的星系中有1000亿颗合适的行星，如果生命的起源很可能发生，如果每颗这样的行星都有数十亿年的进化时间，并且即使只有一小部分技术文明安全地度过了技术青春期的早期阶段，那么今天星系中技术文明的数量也可能非常庞大。
试图估计此类文明的数量显然是一项高度不确定的工作。考虑过这个问题的人的意见差异很大。我们最好的猜测是，在我们的星系中，有数百万个文明达到或超过了地球目前的技术发展水平。如果它们在空间中随机分布，那么我们与最近文明之间的距离应该约为300光年。因此，在最近的文明和我们自己的文明之间传递任何信息，单程至少需要300年，一问一答需要600年。
电磁辐射是建立这种联系的最快也是迄今为止最便宜的方法。就地球上可预见的技术发展、每个光子的成本以及星际气体和尘埃对辐射的吸收量而言，无线电波似乎是最高效和经济的星际通信方法。星际宇宙飞船不能先验地排除在外，但在任何情况下，它们都将是一种更慢、更昂贵和更困难的通信手段。
鉴于我们仅仅在过去几十年才实现了星际无线电通信能力，因此我们接触到的任何文明都像我们一样落后的可能性几乎为零。除了寿命很长且有耐心的文明之外，似乎也不可能进行对话。鉴于这些情况，这些情况对于我们星系中的所有文明来说都应该是共同的并且可以推断出来的，我们认为，在这一刻，其他恒星行星上的无线电发射器正在向地球发射单向无线电消息，这是非常有可能的。
为了拦截这些信号，我们必须猜测或推断出信号发送的频率、频带宽度、调制类型以及发射消息的恒星。尽管正确的猜测并不容易做出，但它们并不像看起来那么难。
大部分天文无线电频谱都非常嘈杂。噪声来源包括星际物质、宇宙早期历史遗留下来的三开尔文背景辐射、与任何探测器运行基本相关的噪声以及地球大气对辐射的吸收。最后一种噪声源可以通过将射电望远镜放置在太空来避免。其他噪声源是我们和其他文明都必须忍受的。
然而，在无线电噪声频谱中存在一个明显的最小值。位于最小值或最小值附近的是几个自然频率，所有科学先进的社会都应该能够辨别这些频率。它们是由星际空间中更丰富的分子和自由基发出的共振频率。这些共振中最明显的可能是1420兆赫（每秒数百万次循环）的频率。当氢原子中的自旋电子自发翻转，使其自旋方向与构成氢原子核的质子的自旋方向相反时，就会发出该频率。1959年，菲利普·莫里森和朱塞佩·科科尼首次提出将1420兆赫的氢自旋翻转跃迁频率作为星际通信的通道。这样一个通道可能对于通信来说太嘈杂了，正是因为氢（最丰富的星际气体）在该频率下吸收和发射辐射。其他合理且可用的通信通道数量不多，因此确定正确的通道应该不会太困难。
我们不能使用类似的逻辑来猜测可能用于星际通信的带宽。带宽越窄，信号在变得太弱而无法检测到之前可以传输得越远。另一方面，带宽越窄，信号可以携带的信息就越少。因此，需要在将信号发送到最远距离的愿望和传达最大信息量的愿望之间进行权衡。也许发送窄带宽的简单信号是为了提高信号被接收的可能性。也许发送宽带宽的富含信息的信号是为了实现快速和广泛的通信。宽带宽信号将用于那些在大型接收系统上投入了大量资源的开明文明。
当我们实际搜索信号时，没有必要猜测确切的带宽，只需猜测最小带宽即可。有可能同时在许多相邻的窄带上进行通信。可以单独研究每个这样的通道，并且可以将来自几个相邻通道的数据组合起来，以产生等效的更宽通道，而不会损失任何信息或灵敏度。借助计算机，该过程相对容易；事实上，它通常用于脉冲星的研究中。在任何情况下，我们都应该观察最大数量的通道，因为发射文明可能没有在“自然”频率（例如1420兆赫）之一上进行广播。
当然，我们现在不知道我们应该监听哪颗恒星。最保守的方法是将我们的接收器对准与太阳相当相似的恒星，从最近的恒星开始。附近的两颗恒星，天苑四和鲸鱼座τ，都距离我们约12光年，是奥兹玛计划的候选者，这是1960年我们中的一人（德雷克）进行的首次用射电望远镜搜索地外智慧的计划。奥兹玛计划以L·弗兰克·鲍姆的儿童故事中奥兹国的统治者命名，在1420兆赫兹的频率下“开播”了四个星期。结果是负面的。从那时起，又进行了一些其他研究。尽管有一些相反的虚假警报，但没有一项是成功的。缺乏成功并不令人意外。如果在一个拥有约2000亿颗恒星的星系中，存在数百万个技术文明，那么我们必须将我们的接收器对准20万颗恒星，我们才有公平的统计机会检测到一条地外消息。到目前为止，我们只监听了200多颗恒星。换句话说，我们只付出了所需努力的0.1%。
我们目前的技术完全足以在巨大的星际距离之间传输和接收消息。例如，如果波多黎各阿雷西博天文台的1000英尺射电望远镜以每秒一位（二进制数字）的信息速率和一赫兹的带宽传输信息，那么银河系中任何地方的相同射电望远镜都可以接收到该信号。同样，阿雷西博望远镜可以探测到从数百倍于我们估计的到最近地外文明的300光年的距离传输的类似信号。
搜索数十万颗恒星，希望能探测到一条消息，这将需要非凡的奉献精神，并且可能需要几十年时间。现有任何主要的射电望远镜都不太可能被用于如此密集的计划，以排除其通常的工作。建造一台或多台射电望远镜，可能将一半时间用于搜索，似乎是认真寻找地外智慧的唯一实用方法。成本将是数千万美元。
到目前为止，我们一直在讨论接收文明有意向地球发送的消息。另一种可能性是，我们可能尝试“窃听”地外文明出于自身目的而使用的无线电通信。这种无线电通信可能很容易被发现。例如，在地球上，阿雷西博天文台用于行星研究的望远镜中使用的新型雷达系统发出窄带宽信号，如果从另一颗恒星探测到该信号，其亮度将比太阳在同一频率下亮一百万到一百亿倍。此外，由于无线电和电视广播，地球在一米左右的波长下非常明亮。如果其他文明的行星仅凭电视广播就具有与地球相当的无线电亮度，那么它们应该是可以探测到的。然而，由于信号的复杂性以及它们并非专门针对地球发射的事实，我们需要窃听的接收器必须比我们现在拥有的任何射电望远镜系统都更加精密和灵敏。
惠普公司的伯纳德·M·奥利弗初步设计了这样一种系统，他指导了美国国家航空航天局艾姆斯研究中心赞助的一项研究。该系统被称为“独眼巨人”，将由一个巨大的射电望远镜和一个复杂的计算机系统组成。计算机系统将专门设计用于搜索来自望远镜的数据，以寻找带有智慧标记的信号，组合许多相邻的通道以构建各种有效带宽的信号，并以项目科学家能够理解的方式呈现对所有可以想象的星际无线电通信形式的自动分析结果。
将一个具有巨大孔径的射电望远镜作为单个天线建造将非常昂贵。“独眼巨人”系统将利用我们连接许多单独天线以协同工作能力。这个概念已经是目前正在新墨西哥州建造的甚大阵列的基础。甚大阵列由27个天线组成，每个天线直径为82英尺，呈Y形排列，其三个臂长均为10英里。“独眼巨人”系统将更大。其当前设计要求使用1500个天线，每个天线直径为100米，所有天线都以电子方式相互连接并连接到计算机系统。阵列将尽可能紧凑，但可能会覆盖25平方英里的面积。
该系统的有效信号收集面积将是任何现有射电望远镜面积的数百倍，并且它将能够探测到即使是相对较弱的信号，例如来自数百光年之外的文明的电视广播。此外，它将是接收专门 направленные 地球信号的卓越工具。“独眼巨人”系统最大的优点之一是，建造它不需要任何技术进步。必要的电子和计算机技术已经非常成熟。我们只需要建造大量我们已经擅长建造的物品。“独眼巨人”系统不仅在搜索地外智慧方面具有巨大的力量，而且还将成为研究太阳系内天体、太阳系外传统射电天文学以及跟踪航天器到超出当前接收器范围的距离的非凡工具。
“独眼巨人”系统的估计成本高达100亿美元，这可能会使其在目前阶段过于昂贵。此外，支持窃听的论点并不完全令人信服。半个世纪前，在无线电广播普及之前，地球在无线电波长下是安静的。半个世纪后，由于有线电视和以窄波束中继信号的通信卫星的发展，地球可能会再次变得安静。因此，在数十亿年中，也许只有一百年左右的时间，像地球这样的行星在无线电波长下显得非常明亮。我们在其历史的短暂时期内发现文明的几率可能不足以证明建造像“独眼巨人”这样的系统是合理的。很可能在整个宇宙中，生物通常使用更传统的射电望远镜来探测地外智慧的证据。尽管如此，似乎很明显，如果我们有意识地尝试寻找地外智慧，我们自己发现地外智慧的机会将会增加。
我们如何才能确定特定的无线电信号是由智慧生物故意发送的？设计一条明确是人造的消息很容易。例如，前30个素数很难归因于某些自然的天体物理现象。这种简单的消息可能是一个信标或公告信号。随后的信息性消息可以有多种形式，并且可以包含大量的比特。一种传输信息的方法，从简单开始，逐步发展到更复杂的概念，就是图片。
在寻找地外智慧方面，最后一种方法值得一提。如果确实存在比我们先进数千甚至数百万年的文明，那么它们完全有可能将无线电通信发射到巨大的距离，甚至可能跨越星系际空间的距离。我们不知道与更原始的类地文明的数量相比，可能有多少先进文明，但许多较老的文明必然存在于比我们星系更老的星系中。因此，来自另一个文明的最容易探测到的无线电信号可能来自我们星系之外。这种河外发射器的数量相对较少，但其信号的强度可能会弥补数量上的不足。在适当的频率下，它们甚至可能是天空中最亮的无线电信号。因此，检查与太阳光谱类型相同的最近恒星的替代方法是检查最近的星系。像仙女座大星云这样的旋涡星系是明显的候选者，但椭圆星系更古老，进化程度更高，并且可能蕴藏着大量极其先进的文明。
可能存在一种生物学规律规定，通往智慧和高科技的道路有很多条，并且每个适宜居住的行星，如果给予足够的时间并且不自我毁灭，都将达到类似的结果。由于进化过程的统计性质和生命的适应性，其他行星上的生物学当然预计会与我们自己的生物学不同。然而，科学和工程可能与我们的非常相似，因为任何从事星际无线电通信的文明，无论它存在于何处，都必须应对与我们相同的物理、天文学和无线电技术定律。
我们应该自己发送消息吗？显然，我们还不知道我们应该最好地将它们 направленные 到哪里。阿雷西博射电望远镜已经向武仙座大星团发送了一条消息，但这仅仅是作为我们现有无线电技术能力的一种象征。如果我们发送的任何无线电信号的亮度超过太阳在同一频率下亮度的约1%，那么它将在星际距离上可被探测到。实际上，在过去的二十年中，每秒钟都有大约1000个来自我们日常内部通信的此类信号离开地球。人类的这个电磁前沿现在距离我们约20光年，并且正以光速向外移动。它的球面波前，像水池中扰动产生的涟漪一样扩张，无意中携带着人类已经实现了星际对话能力的消息，每年包围大约20颗新恒星。
我们还发送了另一种消息：搭载在先锋10号和先锋11号上的两块雕刻牌匾。这些航天器是人类首批逃离太阳系的文物，将以每秒约10英里的速度永远在我们的星系中航行。1973年12月3日，先锋10号在木星引力场的作用下加速到逃离太阳系的速度。1974年12月4日，先锋11号掠过木星，然后将前往土星，然后加速进入通往星系远侧的轨道。
每艘航天器的相同牌匾由我们和琳达·萨尔兹曼·萨根设计。每块牌匾尺寸为6英寸x 9英寸，由镀金阳极氧化铝制成。这些雕刻的宇宙贺卡载有地球的位置以及航天器建造和发射的时间。太阳的位置是相对于14颗脉冲星确定的。脉冲星的精确周期以二进制代码指定，以便识别它们。由于脉冲星是以大致恒定的速率减速的宇宙时钟，因此，当其中一艘航天器被回收时，脉冲星周期与牌匾上指示的周期之间的差异将使任何技术先进的文明都能够推断出航天器被送上史诗般旅程的年份。时间和距离单位以1420兆赫兹的氢自旋翻转频率指定。
为了确定航天器发射的确切位置，给出了太阳系图。图中显示了航天器离开第三颗行星地球并掠过第五颗行星木星的轨迹。（在准备牌匾时，先锋11号绕过土星的转向尚未计划。）最后，牌匾上显示了1973年地球上的一男一女的图像。曾尝试使图像具有泛种族特征。它们的高度相对于航天器显示，并且也以二进制数给出，该二进制数以1420兆赫兹（21厘米）光谱线的波长表示。
这些牌匾注定成为人类最长久的作品。它们将在太空中几乎不变地存在数亿年，甚至数十亿年。当板块构造完全重新排列了大陆，当地球上所有现有的地貌都被磨平，当文明发生深刻的转变，当人类可能已经进化成其他类型的生物时，这些牌匾仍将存在。它们将表明，在我们称之为1913年的那一年，存在着牌匾上描绘的生物，它们足够关心自己在所有智慧生物等级中的地位，以与他人分享关于自己的知识。
我们有多关心？是否足够关心到投入相当大的努力，利用现有的望远镜在宇宙其他地方寻找生命？是否足够关心到采取像“独眼巨人”计划这样的重大步骤，从而提供更大的机会带领我们跨越门槛，最终与各种地外生物进行交流，如果它们存在，它们将不可避免地在超乎想象的程度上丰富人类？真正的问题不是如何，因为我们知道如何；问题是什么时候。如果地球上足够多的生物关心，那么这个门槛可能会在今天大多数活着的人的lifetime内被跨越。