人類在宇宙中是孤獨的嗎？還是在其他地方，有其他智慧生物從截然不同的世界仰望夜空，提出同樣的問題？是否存在比我們更先進的文明，已經實現了星際通訊，並在我們的星系中建立起相互關聯的社會網路？這些問題關係到人類本質和命運的最深刻問題，長期以來一直是神學和推測性小說的專屬領域。今天，在人類歷史上，它們首次進入了實驗科學的領域。
從一些附近恆星的運動中，我們現在已經探測到圍繞它們執行的看不見的伴星體，它們的大小與大型行星相當。根據我們對地球上生命起源過程的瞭解，我們知道類似的過程在整個宇宙中一定相當普遍。由於智慧和技術具有很高的生存價值，因此其他恆星行星上的原始生命形式，經過數十億年的進化，偶爾會發展出智慧、文明和高科技。此外，我們地球人現在擁有與太空深處的其他文明進行交流的所有必要技術。實際上，我們現在可能正站在一個門檻上，即將邁出行星社會只會邁出一次的重大一步：與另一個文明的首次接觸。
由於我們目前對地外生命究竟有多普遍還一無所知，因此任何試圖估計我們星系中技術文明數量的嘗試必然是不可靠的。但是，我們確實掌握一些相關的事實。我們有理由相信，太陽系的形成相當容易，並且在太陽附近很豐富。例如，在我們自己的太陽系中，有三個微型“太陽系”：木星（有13顆衛星）、土星（有10顆衛星）和天王星（有5顆衛星）的衛星系統。[編者注：自本文撰寫之時起，已知衛星的數量已大大增加。] 顯然，無論這些系統是如何形成的，在我們附近的區域都形成了四個。
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目前我們探測附近恆星行星系統的唯一技術是研究行星在其母星運動中引起的引力攝動。想象一下，一顆附近的恆星在幾十年內相對於更遙遠的恆星背景發生了可測量的移動。假設它有一個不發光的伴星圍繞它執行，其軌道平面與我們觀察恆星的視線不重合。恆星和伴星都圍繞一個共同的質心旋轉。質心將在恆星背景上描繪出一條直線，因此發光恆星將描繪出一條正弦路徑。從振盪的存在，我們可以推斷出伴星的存在。此外，從振盪的週期和振幅，我們可以計算出伴星的週期和質量。然而，該技術僅對探測最近恆星周圍的大質量行星的攝動足夠敏感。
離太陽最近的單星是巴納德星，一顆相當暗淡的紅矮星，距離我們約六光年。（雖然半人馬座α星更近，但它是三星系統的一員。）斯普勞天文臺的彼得·範·德·坎普在斯沃斯莫爾學院進行的為期40年的觀測表明，巴納德星至少伴隨著兩顆黑暗的伴星，每顆伴星的質量都與木星的質量相當。
然而，對於他的結論仍然存在一些爭議，因為觀測非常困難。或許更有趣的是，在離太陽最近的十幾顆單星中，幾乎一半似乎都有黑暗的伴星，其質量在木星質量的1到10倍之間。此外，許多關於行星系統從星際氣體和塵埃收縮雲中形成的理論研究表明，行星的誕生經常（即使不是必然）伴隨著恆星的誕生。
我們知道，地球上生物體的主要分子是蛋白質和核酸。蛋白質由氨基酸構成，核酸由核苷酸構成。地球的原始大氣層，像宇宙的其他部分一樣，富含氫和氫化合物。當分子氫（H2）、甲烷（CH4）、氨（NH3）和水（H2O）在幾乎任何能夠斷裂化學鍵的間歇效能源存在下混合在一起時，結果是氨基酸以及糖和含氮鹼基（核苷酸的化學成分）的產量非常高。例如，從實驗室實驗中，我們可以確定每光子紫外線輻射產生的氨基酸量，並且根據我們對恆星演化的瞭解，我們可以計算出太陽在地球存在的最初十億年內發出的紫外線輻射量。這兩個速率使我們能夠計算出原始地球上形成的氨基酸總量。氨基酸也會以取決於環境溫度的速率自發分解。因此，我們可以計算出它們在生命起源時的穩態丰度。如果將這種丰度的氨基酸混合到今天的海洋中，結果將是1%的氨基酸溶液。這大約是高檔罐裝雞肉清湯中氨基酸的濃度，據說這種溶液能夠維持生命。
生命的起源與構成生命的構建塊的起源不同，但是關於氨基酸連線成類似蛋白質的分子以及核苷酸連線成類似核酸的分子的實驗室研究正在順利進行。對短鏈核酸如何在體外複製自身的研究，甚至為將核酸資訊翻譯成蛋白質資訊的原始遺傳密碼提供了線索，這些系統可能先於細胞現在製造蛋白質的核糖體和啟用酶的複雜機制。
實驗室實驗還產生大量的棕色聚合物，這種聚合物似乎主要由長碳氫鏈組成。聚合物的光譜特性與木星、土星和土星最大的衛星土衛六上的紅色雲層的光譜特性相似。由於這些物體的大氣層富含氫，並且與原始地球的大氣層相似，因此這種巧合並不令人驚訝。但這仍然是值得注意的。木星、土星和土衛六可能是從事生物前有機化學的巨大行星實驗室。
關於生命起源的其他證據來自地球的地質記錄。對27億至35億年前的沉積岩薄片的分析表明，存在直徑為百分之一毫米的小型包裹體。這些包裹體已被哈佛大學的埃爾索·S·巴戈恩和加州大學洛杉磯分校的J·威廉·肖普夫鑑定為細菌和藍藻。細菌和藍藻是進化生物，它們本身一定是漫長進化歷史的受益者。然而，地球或月球上沒有超過40億年的岩石；在那之前，據信這兩個天體的表面在吸積的最後階段都已融化。因此，生命起源的可用時間似乎很短：最多隻有幾億年。由於生命在地球上的起源時間遠短於地球的當前年齡，因此我們有更多證據表明生命起源的可能性很高，至少在富含氫氣、液態水和能量來源的行星上是這樣。由於這些條件在整個宇宙中都很常見，因此生命也可能很常見。
然而，在我們發現至少一個地外生命例項之前，這個結論不能被認為是確定的。這樣的調查是維京任務的目標之一，該任務計劃於1976年夏季將一輛探測器降落在火星表面，該探測器將對另一個星球上的生命進行首次嚴格的搜尋。維京著陸器攜帶了三個關於假設的火星微生物代謝的獨立實驗，一個關於火星表面物質有機化學的實驗，以及一個相機系統，如果存在宏觀生物，相機系統可能會探測到它們。
智慧和技術在地球上的發展大約發生在太陽生命週期的穩定期的一半時間。智慧和技術具有明顯的選擇優勢，至少在當前的進化階段是這樣，此時技術也帶來了生態災難、自然資源枯竭和核戰爭的威脅。除非發生此類災難，否則地球的物理環境將在未來數十億年內保持穩定。智慧和技術的進化所需的個別步驟的數量可能非常龐大且不太可能，以至於並非所有適宜居住的行星都會進化出技術文明。也可能——有些人會說很可能——文明傾向於在我們目前的技術發展水平上自我毀滅。另一方面，如果我們的星系中有1000億顆合適的行星，如果生命的起源很可能發生，如果每顆這樣的行星都有數十億年的進化時間，並且即使只有一小部分技術文明安全地度過了技術青春期的早期階段，那麼今天星系中技術文明的數量也可能非常龐大。
試圖估計此類文明的數量顯然是一項高度不確定的工作。考慮過這個問題的人的意見差異很大。我們最好的猜測是，在我們的星系中，有數百萬個文明達到或超過了地球目前的技術發展水平。如果它們在空間中隨機分佈，那麼我們與最近文明之間的距離應該約為300光年。因此，在最近的文明和我們自己的文明之間傳遞任何資訊，單程至少需要300年，一問一答需要600年。
電磁輻射是建立這種聯絡的最快也是迄今為止最便宜的方法。就地球上可預見的技術發展、每個光子的成本以及星際氣體和塵埃對輻射的吸收量而言，無線電波似乎是最高效和經濟的星際通訊方法。星際宇宙飛船不能先驗地排除在外，但在任何情況下，它們都將是一種更慢、更昂貴和更困難的通訊手段。
鑑於我們僅僅在過去幾十年才實現了星際無線電通訊能力，因此我們接觸到的任何文明都像我們一樣落後的可能性幾乎為零。除了壽命很長且有耐心的文明之外，似乎也不可能進行對話。鑑於這些情況，這些情況對於我們星系中的所有文明來說都應該是共同的並且可以推斷出來的，我們認為，在這一刻，其他恆星行星上的無線電發射器正在向地球發射單向無線電訊息，這是非常有可能的。
為了攔截這些訊號，我們必須猜測或推斷出訊號傳送的頻率、頻頻寬度、調製型別以及發射訊息的恆星。儘管正確的猜測並不容易做出，但它們並不像看起來那麼難。
大部分天文無線電頻譜都非常嘈雜。噪聲來源包括星際物質、宇宙早期歷史遺留下來的三開爾文背景輻射、與任何探測器執行基本相關的噪聲以及地球大氣對輻射的吸收。最後一種噪聲源可以透過將射電望遠鏡放置在太空來避免。其他噪聲源是我們和其他文明都必須忍受的。
然而，在無線電噪聲頻譜中存在一個明顯的最小值。位於最小值或最小值附近的是幾個自然頻率，所有科學先進的社會都應該能夠辨別這些頻率。它們是由星際空間中更豐富的分子和自由基發出的共振頻率。這些共振中最明顯的可能是1420兆赫（每秒數百萬次迴圈）的頻率。當氫原子中的自旋電子自發翻轉，使其自旋方向與構成氫原子核的質子的自旋方向相反時，就會發出該頻率。1959年，菲利普·莫里森和朱塞佩·科科尼首次提出將1420兆赫的氫自旋翻轉躍遷頻率作為星際通訊的通道。這樣一個通道可能對於通訊來說太嘈雜了，正是因為氫（最豐富的星際氣體）在該頻率下吸收和發射輻射。其他合理且可用的通訊通道數量不多，因此確定正確的通道應該不會太困難。
我們不能使用類似的邏輯來猜測可能用於星際通訊的頻寬。頻寬越窄，訊號在變得太弱而無法檢測到之前可以傳輸得越遠。另一方面，頻寬越窄，訊號可以攜帶的資訊就越少。因此，需要在將訊號傳送到最遠距離的願望和傳達最大資訊量的願望之間進行權衡。也許傳送窄頻寬的簡單訊號是為了提高訊號被接收的可能性。也許傳送寬頻寬的富含資訊的訊號是為了實現快速和廣泛的通訊。寬頻寬訊號將用於那些在大型接收系統上投入了大量資源的開明文明。
當我們實際搜尋訊號時，沒有必要猜測確切的頻寬，只需猜測最小頻寬即可。有可能同時在許多相鄰的窄帶上進行通訊。可以單獨研究每個這樣的通道，並且可以將來自幾個相鄰通道的資料組合起來，以產生等效的更寬通道，而不會損失任何資訊或靈敏度。藉助計算機，該過程相對容易；事實上，它通常用於脈衝星的研究中。在任何情況下，我們都應該觀察最大數量的通道，因為發射文明可能沒有在“自然”頻率（例如1420兆赫）之一上進行廣播。
當然，我們現在不知道我們應該監聽哪顆恆星。最保守的方法是將我們的接收器對準與太陽相當相似的恆星，從最近的恆星開始。附近的兩顆恆星，天苑四和鯨魚座τ，都距離我們約12光年，是奧茲瑪計劃的候選者，這是1960年我們中的一人（德雷克）進行的首次用射電望遠鏡搜尋地外智慧的計劃。奧茲瑪計劃以L·弗蘭克·鮑姆的兒童故事中奧茲國的統治者命名，在1420兆赫茲的頻率下“開播”了四個星期。結果是負面的。從那時起，又進行了一些其他研究。儘管有一些相反的虛假警報，但沒有一項是成功的。缺乏成功並不令人意外。如果在一個擁有約2000億顆恆星的星系中，存在數百萬個技術文明，那麼我們必須將我們的接收器對準20萬顆恆星，我們才有公平的統計機會檢測到一條地外訊息。到目前為止，我們只監聽了200多顆恆星。換句話說，我們只付出了所需努力的0.1%。
我們目前的技術完全足以在巨大的星際距離之間傳輸和接收訊息。例如，如果波多黎各阿雷西博天文臺的1000英尺射電望遠鏡以每秒一位（二進位制數字）的資訊速率和一赫茲的頻寬傳輸資訊，那麼銀河系中任何地方的相同射電望遠鏡都可以接收到該訊號。同樣，阿雷西博望遠鏡可以探測到從數百倍於我們估計的到最近地外文明的300光年的距離傳輸的類似訊號。
搜尋數十萬顆恆星，希望能探測到一條訊息，這將需要非凡的奉獻精神，並且可能需要幾十年時間。現有任何主要的射電望遠鏡都不太可能被用於如此密集的計劃，以排除其通常的工作。建造一臺或多臺射電望遠鏡，可能將一半時間用於搜尋，似乎是認真尋找地外智慧的唯一實用方法。成本將是數千萬美元。
到目前為止，我們一直在討論接收文明有意向地球傳送的訊息。另一種可能性是，我們可能嘗試“竊聽”地外文明出於自身目的而使用的無線電通訊。這種無線電通訊可能很容易被發現。例如，在地球上，阿雷西博天文臺用於行星研究的望遠鏡中使用的新型雷達系統發出窄頻寬訊號，如果從另一顆恆星探測到該訊號，其亮度將比太陽在同一頻率下亮一百萬到一百億倍。此外，由於無線電和電視廣播，地球在一米左右的波長下非常明亮。如果其他文明的行星僅憑電視廣播就具有與地球相當的無線電亮度，那麼它們應該是可以探測到的。然而，由於訊號的複雜性以及它們並非專門針對地球發射的事實，我們需要竊聽的接收器必須比我們現在擁有的任何射電望遠鏡系統都更加精密和靈敏。
惠普公司的伯納德·M·奧利弗初步設計了這樣一種系統，他指導了美國國家航空航天局艾姆斯研究中心贊助的一項研究。該系統被稱為“獨眼巨人”，將由一個巨大的射電望遠鏡和一個複雜的計算機系統組成。計算機系統將專門設計用於搜尋來自望遠鏡的資料，以尋找帶有智慧標記的訊號，組合許多相鄰的通道以構建各種有效頻寬的訊號，並以專案科學家能夠理解的方式呈現對所有可以想象的星際無線電通訊形式的自動分析結果。
將一個具有巨大孔徑的射電望遠鏡作為單個天線建造將非常昂貴。“獨眼巨人”系統將利用我們連線許多單獨天線以協同工作能力。這個概念已經是目前正在新墨西哥州建造的甚大陣列的基礎。甚大陣列由27個天線組成，每個天線直徑為82英尺，呈Y形排列，其三個臂長均為10英里。“獨眼巨人”系統將更大。其當前設計要求使用1500個天線，每個天線直徑為100米，所有天線都以電子方式相互連線並連線到計算機系統。陣列將盡可能緊湊，但可能會覆蓋25平方英里的面積。
該系統的有效訊號收集面積將是任何現有射電望遠鏡面積的數百倍，並且它將能夠探測到即使是相對較弱的訊號，例如來自數百光年之外的文明的電視廣播。此外，它將是接收專門 направленные 地球訊號的卓越工具。“獨眼巨人”系統最大的優點之一是，建造它不需要任何技術進步。必要的電子和計算機技術已經非常成熟。我們只需要建造大量我們已經擅長建造的物品。“獨眼巨人”系統不僅在搜尋地外智慧方面具有巨大的力量，而且還將成為研究太陽系內天體、太陽系外傳統射電天文學以及跟蹤航天器到超出當前接收器範圍的距離的非凡工具。
“獨眼巨人”系統的估計成本高達100億美元，這可能會使其在目前階段過於昂貴。此外，支援竊聽的論點並不完全令人信服。半個世紀前，在無線電廣播普及之前，地球在無線電波長下是安靜的。半個世紀後，由於有線電視和以窄波束中繼訊號的通訊衛星的發展，地球可能會再次變得安靜。因此，在數十億年中，也許只有一百年左右的時間，像地球這樣的行星在無線電波長下顯得非常明亮。我們在其歷史的短暫時期內發現文明的機率可能不足以證明建造像“獨眼巨人”這樣的系統是合理的。很可能在整個宇宙中，生物通常使用更傳統的射電望遠鏡來探測地外智慧的證據。儘管如此，似乎很明顯，如果我們有意識地嘗試尋找地外智慧，我們自己發現地外智慧的機會將會增加。
我們如何才能確定特定的無線電訊號是由智慧生物故意傳送的？設計一條明確是人造的訊息很容易。例如，前30個素數很難歸因於某些自然的天體物理現象。這種簡單的訊息可能是一個信標或公告訊號。隨後的資訊性訊息可以有多種形式，並且可以包含大量的位元。一種傳輸資訊的方法，從簡單開始，逐步發展到更復雜的概念，就是圖片。
在尋找地外智慧方面，最後一種方法值得一提。如果確實存在比我們先進數千甚至數百萬年的文明，那麼它們完全有可能將無線電通訊發射到巨大的距離，甚至可能跨越星系際空間的距離。我們不知道與更原始的類地文明的數量相比，可能有多少先進文明，但許多較老的文明必然存在於比我們星系更老的星系中。因此，來自另一個文明的最容易探測到的無線電訊號可能來自我們星系之外。這種河外發射器的數量相對較少，但其訊號的強度可能會彌補數量上的不足。在適當的頻率下，它們甚至可能是天空中最亮的無線電訊號。因此，檢查與太陽光譜型別相同的最近恆星的替代方法是檢查最近的星系。像仙女座大星雲這樣的旋渦星系是明顯的候選者，但橢圓星系更古老，進化程度更高，並且可能蘊藏著大量極其先進的文明。
可能存在一種生物學規律規定，通往智慧和高科技的道路有很多條，並且每個適宜居住的行星，如果給予足夠的時間並且不自我毀滅，都將達到類似的結果。由於進化過程的統計性質和生命的適應性，其他行星上的生物學當然預計會與我們自己的生物學不同。然而，科學和工程可能與我們的非常相似，因為任何從事星際無線電通訊的文明，無論它存在於何處，都必須應對與我們相同的物理、天文學和無線電技術定律。
我們應該自己傳送訊息嗎？顯然，我們還不知道我們應該最好地將它們 направленные 到哪裡。阿雷西博射電望遠鏡已經向武仙座大星團傳送了一條訊息，但這僅僅是作為我們現有無線電技術能力的一種象徵。如果我們傳送的任何無線電訊號的亮度超過太陽在同一頻率下亮度的約1%，那麼它將在星際距離上可被探測到。實際上，在過去的二十年中，每秒鐘都有大約1000個來自我們日常內部通訊的此類訊號離開地球。人類的這個電磁前沿現在距離我們約20光年，並且正以光速向外移動。它的球面波前，像水池中擾動產生的漣漪一樣擴張，無意中攜帶著人類已經實現了星際對話能力的訊息，每年包圍大約20顆新恆星。
我們還發送了另一種訊息：搭載在先鋒10號和先鋒11號上的兩塊雕刻牌匾。這些航天器是人類首批逃離太陽系的文物，將以每秒約10英里的速度永遠在我們的星系中航行。1973年12月3日，先鋒10號在木星引力場的作用下加速到逃離太陽系的速度。1974年12月4日，先鋒11號掠過木星，然後將前往土星，然後加速進入通往星系遠側的軌道。
每艘航天器的相同牌匾由我們和琳達·薩爾茲曼·薩根設計。每塊牌匾尺寸為6英寸x 9英寸，由鍍金陽極氧化鋁製成。這些雕刻的宇宙賀卡載有地球的位置以及航天器建造和發射的時間。太陽的位置是相對於14顆脈衝星確定的。脈衝星的精確週期以二進位制程式碼指定，以便識別它們。由於脈衝星是以大致恆定的速率減速的宇宙時鐘，因此，當其中一艘航天器被回收時，脈衝星週期與牌匾上指示的週期之間的差異將使任何技術先進的文明都能夠推斷出航天器被送上史詩般旅程的年份。時間和距離單位以1420兆赫茲的氫自旋翻轉頻率指定。
為了確定航天器發射的確切位置，給出了太陽系圖。圖中顯示了航天器離開第三顆行星地球並掠過第五顆行星木星的軌跡。（在準備牌匾時，先鋒11號繞過土星的轉向尚未計劃。）最後，牌匾上顯示了1973年地球上的一男一女的影像。曾嘗試使影像具有泛種族特徵。它們的高度相對於航天器顯示，並且也以二進位制數給出，該二進位制數以1420兆赫茲（21釐米）光譜線的波長表示。
這些牌匾註定成為人類最長久的作品。它們將在太空中幾乎不變地存在數億年，甚至數十億年。當板塊構造完全重新排列了大陸，當地球上所有現有的地貌都被磨平，當文明發生深刻的轉變，當人類可能已經進化成其他型別的生物時，這些牌匾仍將存在。它們將表明，在我們稱之為1913年的那一年，存在著牌匾上描繪的生物，它們足夠關心自己在所有智慧生物等級中的地位，以與他人分享關於自己的知識。
我們有多關心？是否足夠關心到投入相當大的努力，利用現有的望遠鏡在宇宙其他地方尋找生命？是否足夠關心到採取像“獨眼巨人”計劃這樣的重大步驟，從而提供更大的機會帶領我們跨越門檻，最終與各種地外生物進行交流，如果它們存在，它們將不可避免地在超乎想象的程度上豐富人類？真正的問題不是如何，因為我們知道如何；問題是什麼時候。如果地球上足夠多的生物關心，那麼這個門檻可能會在今天大多數活著的人的lifetime內被跨越。