E.T., Phone Earth! Obrovský rádioteleskop by mohol počúvať mimozemské signály
Astronómovia počúvali signály z planetárneho systému okolo hviezdy červeného trpaslíka Gliese 581, vzdialenej len 20,3 svetelných rokov, ale nepočuli nič iné ako pozemské rušenie. (Obrazový kredit: ESO)
Bola to vízia hľadania mimozemskej inteligencie, ktorá nikdy nemala byť. V roku 1971 sponzorovalo Ames Research Center NASA pod vedením dvoch veľkých ťažkých váh SETI-Barneyho Olivera od Hewletta-Packarda a vedúceho biologických vied NASA Johna Billinghama-trojmesačný workshop zameraný na koordináciu SETI vo veľkom.
Pri položení základov veľkej časti toho, čo malo SETI nasledovať v nasledujúcich desaťročiach, ako je existencia „vodnej diery“ v pásme 1420 až 1666 MHz, zároveň skúmala, čo by SETI, formálne Hľadanie mimozemskej inteligencie, mohlo urobiť, ak budú peniaze a zdroje neboli na výber. Na konci troch mesiacov prišli s projektom Cyclops, ktorý podrobne rozpracoval plány obrovského radu rozhlasových tanierov, až tisíc, každá misa s priemerom 100 metrov a celkovou zbernou plochou až 20 kilometrov štvorcových. . Kyklop by bol schopný počuť najslabší šepot, najtichšie reptanie od ET, schopné zachytiť nečestné úniky z ich civilizácií alebo byť ohlušené krikľavým signálom úmyselného majáka.
Kyklop samozrejme nikdy nebol postavený; nikdy to tak nemalo byť. Bol to skôr myšlienkový experiment, pohľad na to, čo by bolo možné, keby Vedci z SETI mali carte blanche postaviť čokoľvek, čo chceli. 100-metrový tanier je skutočne asi najväčší, aký môžeme postaviť, než sa stane štrukturálne nestabilným. Sú tiež drahé, ale šikovní rádiové vedci si uvedomili, že prepojenie mnohých menších a lacnejších rádiových platní dohromady v procese známom ako interferometria môže vytvoriť kombinovanú zbernú plochu rovnakú alebo väčšiu ako tieto jednotlivé misky a oveľa efektívnejšie.
Dnes stojíme na prahu novej éry v rádioastronómii, ktorá by mohla SETI dodať potrebnú podporu, aby zistila, že nie sme sami. [ 10 najdivokejších pokusov kontaktovať mimozemšťanov ]
Zoznámte sa s poľom štvorcových kilometrov
V máji bolo oznámené, že Pole štvorcových kilometrov (SKA) - ambiciózna sieť tisícov rádiových antén - by mala sídlo v Južnej Afrike (okrem susedných krajín) aj v Austrálii. Za predpokladu, že je k dispozícii financovanie, výstavba prvej fázy sa má začať v roku 2016, druhá fáza v roku 2019, pričom celý podnik bude dokončený do roku 2024.
Južná Afrika dostane väčšinu rádiových antén, každá s priemerom 15 metrov, navrhnutú na cielené pozorovania, zatiaľ čo Austrália bude mať nízkofrekvenčné antény a stredofrekvenčné fázované sústavy antén na prieskum v širšom poli. Nie je to celkom na úrovni projektu Cyclops, ale celkovo je veľkosť SKA stále obrovská, pričom počiatočné základné čiary (najširšia vzdialenosť medzi teleskopmi v interferometri; čím dlhšia je základná línia, tým väčšie je uhlové rozlíšenie) stoviek kilometrov . Druhá fáza ho rozšíri na 3 000 kilometrov. Skutočný les rádiovej antény na dvoch rôznych kontinentoch, počúvajúci hviezdy.
Zatiaľ čo Cyclops bol navrhnutý ako pole vyhradené pre SETI, na ktoré by sa mohli vrhnúť ďalšie astronomické projekty, SKA je zrkadlový obraz, nástroj primárne na hľadanie neutrálneho vodíka v ranom vesmíre, na skúmanie emisií z pulzarov a čiernych dier a skúmanie kozmického magnetizmu . Hľadanie života a jeho pôvod však nikdy nebolo ďaleko od priorít SKA, pričom sa plánuje sondovať interiéry prachových kotúčov vytvárajúcich planéty okolo mladých hviezd a hľadať stavebné kamene života v týchto planetárnych stavebných dvoroch.
Existuje aj SETI a možnosť, že by sa SKA mohlo dostať k umelému rádiovému signálu z iného sveta. Boli by teda experimenty SETI vítané na SKA, možno by sa bez ďalších nákladov pripájali na iné astronomické experimenty, ako to robí SETI na Arecibo?
To je kladné, povedal dočasný generálny riaditeľ SKA Michiel van Haarlam. Zatiaľ to nebolo testované, ale určite sa to zvažuje, vysvetlil. Je to na našom zozname vedeckých prípadov, takže si myslím, že tam bude, v konkurencii všetkých ostatných návrhov.
Umelecký dojem z 15-metrového riadu SKA s pohľadom upierajúcim sa na Mliečnu dráhu.(Obrazový kredit: SPDO/TDP/DRAO/Swinburne Astronomy Productions.)
E.T., telefón Earth!
Čo by teda mohol SETI urobiť na SKA? Stačí povedať, že na veľmi dlhých základných líniách sa len málokedy pokúšali o mimozemské pátranie. SETI sa častejšie robilo na jednotlivých miskách a keď sa používa interferometria, ako napríklad na Allenovom teleskopickom poli (ATA), je skôr lokalizované s krátkymi základnými líniami, ale veľmi dlhá východisková interferometria (VLBI) sa čoraz častejšie stáva v móde . Ako funguje SETI na ďalekohľady takej veľkosti?
Zlomom SETI je pozemské rušenie podobné televízii a rádiu, mobilným telefónom, obiehajúcim satelitom a letiskovým radarom. Je možné s dlhou základnou sústavou toľkých teleskopov na takom širokom úseku zeme odstrániť všetky interferencie?
Ukázalo sa, že nemusíte, povedal Hayden Rampadarath z Medzinárodného centra pre rádioastronómiu v austrálskom Perthe. Viedol experiment SETI VLBI, aby pomocou troch teleskopov austrálskeho dlhého základného poľa počúval systém Gliese 581 - červeného trpaslíka s najmenej štyrmi orbitálnymi pozemskými planétami. Správa o experimente, ktorá má byť publikovaná v časopise The Astronomical Journal, popisuje, ako napriek tomu, že žiadny mimozemský signál neprináša prijatý systém, detegoval a úspešne identifikoval 222 úzkych a širokopásmových signálov pozemského pôvodu.
Vzhľadom na veľké vzdialenosti jednotlivých teleskopov, stovky až tisíce kilometrov, by rovnakú rádiofrekvenčnú interferenciu zvyčajne videl iba jeden alebo dva teleskopy a ako taká by nebola v korelácii, povedal Rampadarath. Niekedy to však nemusí byť pravda a interferencia, ktorá koreluje, namiesto toho zažije geometrické oneskorenie - a teda fázové oneskorenie -, ktoré vzniká v dôsledku rádiového vyžarovania, ktoré k niektorým teleskopom prichádza skôr než k iným.
Toto fázové oneskorenie by potom bolo možné použiť na vylúčenie akejkoľvek nečestnej emisie - ide o to, že dlhá základná interferometria na SKA sa nemusí obávať rušenia pozemskými signálmi, čo robí z poľa vynikajúci nástroj pre cielené operácie SETI.
Umelecký dojem z nízkofrekvenčných antén SKA, ktoré budú umiestnené v Austrálii.(Obrazový kredit: SPDO/TDP/DRAO/Swinburne Astronomy Productions)
Mimozemské rušenie
Zatiaľ čo naše rušenie je pre SETI prekážkou, mimozemské rádiové rušenie môže poskytnúť príležitosť.
V propagačnej literatúre SKA sa často hovorí o možnosti odpočúvať vlastné pozemské rádiové signály E.T., čím sa úhľadne vyhýba otázke, či mimozemšťania vynaložia zdroje na zámerné vysielanie signálu k nám.
Naše vlastné nečestné rádiové signály určite prestupujú priestor takmer storočie, ale sú slabé a so vzdialenosťou klesajú podľa zákona o obrátených štvorcoch; Seth Shostak z inštitútu SETI už skôr poukázal na to, že sme pomocou nášho súčasného zariadenia nemohli ani detekovať naše rádiové signály pri najbližšej hviezde Proxima Centauri vzdialenej 4,2 svetelných rokov. Akú nádej potom máme na odhalenie verzie E.T. nevkusnej reality televízie a telenovely?
Záleží na tom, koho sa opýtame. Van Haarlam uviedol, že pre prvú fázu SKA môžeme detekovať letiskový radar na 50 až 60 svetelných rokov.
Profesor Abraham Loeb, predseda oddelenia astronómie na Harvardskej univerzite, ide ešte ďalej. V roku 2006 napísal so svojim kolegom z Harvardu Matiasom Zaldarriagom článok, ktorý bol publikovaný v časopise Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, v ktorom popisuje, ako by nadchádzajúce rádiové observatóriá, ako napríklad SKA, mohli odpočúvať rozhlasové vysielanie.
Vojenské radary vo forme systémov včasného varovania balistických rakiet počas studenej vojny boli najjasnejšie, povedal Loeb pre časopis Astrobiology Magazine. Ukázali sme, že sú detekovateľné pomocou teleskopu typu SKA na vzdialenosť stoviek svetelných rokov, aj keď televízne a rozhlasové vysielanie je oveľa slabšie a je ho možné pozorovať na kratšie vzdialenosti.
Prítomnosť rádiového signálu Zeme
Je nesporné, že náš radar nad obzorom silne unikol do vesmíru. Tieto radary včasného varovania sú však vo väčšine prípadov, podobne ako Berlínsky múr, pozostatkom minulosti, používané iba niekoľko desaťročí, než zastarali.
Dnes sú väčšinou nahradené širokopásmovými radarmi, ktoré poskakujú naprieč frekvenciami, čím sa stávajú nevysledovateľnými pre mimozemšťanov, na tému, na ktorú nadviazal v článku publikovanom v The International Journal of Astrobiology Duncan Forgan z University of Edinburgh a Bob Nichol z Institute kozmológie a gravitácie na univerzite v Portsmouthe. Obávajú sa, že ak by mimozemské civilizácie nasledovali našu technologickú krivku, pri prechode na digitálne širokopásmové signály by znížili ich únik rádia a urobili by ich planéty „rádiovými tichými“, čo by ponechalo okno len asi storočie, kde by sme ich mohli odpočúvať. ich.
Ak sme schopní vylepšiť našu technológiu tak, aby náš signál neunikol von do galaxie, a ak ju vylepšime v určitom časovom období, potom naše odhady naznačujú, že aj keď je naša galaxia dobre osídlená, ale s inteligenciou podobnou človeku, ktorá sa rozhodne drasticky obmedzuje únik signálu, potom je veľmi ťažké ich odhaliť, povedal Forgan. Ak je to tak, šanca na existenciu SKA zhodujúca sa s jedným z týchto relatívne krátkych časových období mimozemského úniku bude malá.
Zhoršuje sa to
Napriek tomu, že Forgan pripúšťa, že radar bude stále nasmerovaný do vesmíru na sondu potenciálne nebezpečných asteroidov v blízkosti Zeme, toto použitie radaru je náhodné a neopakuje sa, upozorňuje James Benford z Microwave Sciences, Inc., ktorý spolu s Johnom Billinghamom vyhodnotili náš zviditeľnenie vlastnej civilizácie v dokumente predstavenom na diskusnom stretnutí Kráľovskej spoločnosti „Na ceste k vedeckej a sociálnej agende o mimozemskom živote“ v októbri 2010. Vypočítali, že 70-metrovou rádiovou anténou Evpatoria na Kryme, do vesmíru, vysielanie zámerne prenikalo do vesmíru silnejší ako náš únik televízie a rádia, by bol detegovateľný iba ako koherentná správa prijímača veľkosti SKA až do 19 svetelných rokov a ako surový výbuch energie neobsahujúcej žiadne informácie do 648 svetelných rokov.
A čo je ešte horšie, tvrdia, že Loebove výpočty týkajúce sa úniku TV a rádia, ktoré je možné detegovať až na 75 svetelných rokov-výpočty, ktoré sú založené na veľmi dlhých integračných časoch rádovo mesiacov-nie sú uskutočniteľné, pretože rozhlasové stanice sa budú otáčať cez končatinu planéta, ktorá bráni dlhodobému blokovaniu signálu, aby sa uľahčila detekcia (Benford rovnakú kritiku hodnotí podľa van Haarlamovho odhadu detekcie letiskového radaru na 50 svetelných rokov).
Ďalej, v reakcii na tvrdenie Setha Shostaka, že prijímač veľkosti Chicaga by mohol detekovať náš únik rádia do stoviek svetelných rokov, Benford a Billingham reagujú poukázaním na to, že takáto anténa s celkovou zbernou plochou 24 800 štvorcových kilometrov by stálo 60 biliónov dolárov, podobného rádu ako celý HNP planéty (na porovnanie, podľa odhadov bude SKA stáť okolo 1,5 miliardy dolárov). Ak E.T. nás bude počuť, budú mať zdroje oveľa skôr ako naše vlastné, čo znamená, že naše vlastné úsilie o odpočúvanie SKA bude zbytočné.
Budeme počuť od E.T.?
Obraz, ktorý nakreslili Forgan a Nichol, Benford a Billingham, je na odpočúvanie pomocou SKA dosť ponurý. Loeb však tvrdí, že periodicita spôsobená rotáciou planéty je veľkým plusom, ktorý môže pomôcť pri identifikácii umelej povahy signálu. Dodal: Okrem rotácie planét by sa dala hľadať periodicita aj kvôli obežnej dráhe planéty okolo jej hviezdy.
Benforda Loebove argumenty nepresvedčili. Absencia signálu [ako sa planéta otáča] znamená absenciu detekčného času a pomer signálu k šumu je znížený, povedal.
Predpokladali sme však, že naši mimozemšťania sú viazaní na planétu. Predpokladajme, že majú vesmírny let. To môže veci celkom zmeniť. Rádiová komunikácia medzi satelitmi, vesmírnymi stanicami a kozmickými loďami by nebola predmetom planetárnej rotácie. [ 7 Obrovské mylné predstavy o mimozemšťanoch ]
Duncan Forgan priznáva, že do svojej vízie rádiového tichého vesmíru nezohľadnil lety do vesmíru ani medziplanetárnu kolonizáciu, ale varoval: Nie je presne jasné, koľko rádiového prenosu by vzniklo z civilizácie, ktorá má viacero planét okolo viacerých hviezd. Dodal, že existujú aj iné spôsoby komunikácie, ako sú lasery alebo dokonca efemérne neutrínové lúče. Na druhej strane, poznamenal Jim Benford, civilizácia smerujúca k planéte môže na napájanie svojich kozmických lodí používať mikrovlnné lúče, čo dramaticky zvyšuje ich podpis úniku.
Debata o signáloch hviezd
Reprezentácia obrovského poľa Cyclops zo štúdie NASA SETI z roku 1971(Obrazový kredit: NASA)
Nakoniec, bez ohľadu na to, na ktorú stranu diskusie sa dostanete, v každom argumente je zabudovaných veľa neznámych a predpokladov, vďaka ktorým ani jeden z nich nie je úplne presvedčivý. SKA možno nebude môcť odpočúvať ET, ale určite nie je na škodu to skúsiť. Ak sa to nepodarí, vždy je k dispozícii viac tradičných SETI, a to hľadanie premyslených majákov.
Benford si predstavuje existenciu prechodných majákov, navrhnutých tak, aby boli nákladovo efektívne, ktoré nám v danom časovom rámci zablikajú iba raz. Tieto, povedal, vyzerajú veľmi podobne ako pulzary, niečo, čo je SKA pripravené hľadať; možno sa prechodný maják prejaví v jednom z pulzarov SKA? Je to potenciál tohto druhu pozoruhodného objavu, ktorý by mohol urobiť zo SKA taký účinný nástroj pre SETI, pokiaľ budú k dispozícii pracovné sily a zdroje na prehľadávanie všetkých prvotných údajov, ktoré SKA vytvorí.
Iste toho bude veľa: Na spracovanie všetkých údajov pokrývajúcich milióny jedného širokopásmového úzkeho pásma hertzov budú potrebné počítače exaflop, ktoré sú schopné vykonávať rádovo milión biliónov operácií za sekundu. Existuje iba jeden problém: taký výkonné počítače ešte neboli vynájdené, ale Moorov zákon a nedávny pokrok v oblasti výpočtovej techniky nám hovoria, že sú na ceste a budú pripravené, kým bude SKA online.
Jim Benford navrhuje, aby boli veci ešte jednoduchšie. Hľadanie prechodných majákov bude vyžadovať veľa sledovania a čakania, bez mihnutia očí hľadiac v nádeji, že zachytíme krátky výbuch prechodného signálu pri čine - niečo ako záhadný signál „Páni!“ , možno.
Podľa Benforda by na to stačil malý rad rozhlasových tanierov, z ktorých každý by mal za úlohu nonstop pozorovať konkrétny kúsok oblohy. Hovorí, že nie je potrebné používať celý SKA; malá škála jedál, ktoré tvoria ASKAP, austrálsky prototyp SKA, by bola dostačujúca a oveľa efektívnejšia za zlomok nákladov na používanie celého SKA.
Bez ohľadu na skutočnú schopnosť SKA detekovať mimozemský únik je stále oveľa lepšia ako čokoľvek, čo v súčasnosti vykonávame pomocou SETI, vrátane Allenovho teleskopického poľa, ktoré zápasilo o financovanie. SKA dokazuje, že aj keď sa ATA vypne, nie je to koniec samotného SETI.
Rádio SETI dostane skutočnú podporu, pretože máme fantastické teleskopy, ktoré prichádzajú ako SKA a ktoré menia hry pre rádioastronómiu, povedal Forgan. Je to veľmi vzrušujúce obdobie.
A určite nie je na škodu pozrieť sa, len pre prípad. Povaha výskumu SETI je prieskum, hovorí Loeb. Mali by sme pôsobiť ako prieskumníci a robiť si minimálne vzdelané odhady, jednoducho preto, že mimozemšťania sa od nás môžu veľmi líšiť a naše skúsenosti nemusia byť užitočným sprievodcom.
Na druhej strane, ak sú ako my a majú únik, ktorý je prevažne z vojenského radaru, možno by sme sa chceli vyhnúť, varoval Loeb. Dospel by som k záveru, že militantné civilizácie budú pravdepodobne viditeľné na väčšie vzdialenosti ako mierové a mali by sme byť veľmi opatrní, než odpovieme na akýkoľvek detegovaný signál.
Ale to je debata inokedy.
Tento príbeh poskytol Magazín o astrobiológii , webová publikácia sponzorovaná NASA astrobiologický program .
