Nachweisbarkeit interstellarer Botschaften

Kürzlich begann eine Debatte darüber, ob es eine gute Idee sei, mehr Nachrichten in den Weltraum zu senden, in der Hoffnung, dass sie von außerirdischen Zivilisationen empfangen werden. Es gibt einige Vorgänger, vor allem die Arecibo-Nachricht von 1974 an den Kugelsternhaufen M13 , die ein Versuch ist, 25.000 Lj mit 1 MW Leistung bei 2380 MHz und 10 Hz Frequenzmodulation zu überbrücken (Gesamtnachrichtendauer: 3 Minuten).

Mich interessiert, welche Art von Antenne benötigt würde, um ein solches Signal in einer Entfernung von 25.000 Lj (dh Schüsseldurchmesser) zu erkennen. Es spielen wahrscheinlich viele Faktoren eine Rolle, also geben Sie sie bitte an, wenn Sie eine Berechnung erstellen.

Es gibt auch Leute, die behaupten, dass wir bereits seit der Erfindung des Radios und insbesondere des Fernsehens kontinuierlich senden. Da diese Art von Signal viel weniger gerichtet und von geringerer Leistung ist, nach welcher Entfernung würden unsere Fernsehsignale im kosmischen Rauschen verschwinden und nicht mehr nachweisbar sein?

Neben der Notwendigkeit, die Signalstärke weit genug über dem Hintergrund zu haben (der bandabhängig ist), ist die Signalkohärenz ein begrenzender Faktor.
Nur um festzuhalten, dass mir erst bei einem späteren erneuten Lesen klar wurde, dass der Punkt kein Dezimalpunkt, sondern ein Tausendertrennzeichen ist. "25k ly" wäre universeller und leichter zu lesen, denke ich, da es kein universelles Zifferntrennzeichen gibt. Zumal die Ziffern nicht signifikant sind, sondern in diesem Fall die Größe angeben.
@jdlugosz Guter Punkt (Wortspiel beabsichtigt), ich habe die Zahlen so geändert, dass sie Tausend ausgeschrieben enthalten.
Es sollte eigentlich 25 kly sein, aber ich denke, es ist eine Computer-Nerd-Tendenz, das k als Teil der Zahl und nicht als Modifikator der Einheit zu sehen. Trotzdem würden Sie "fünfundzwanzig Kilometer" nicht als 25 km schreiben.

Antworten (3)

Einige Zahlen stammen aus einem Übersichtsartikel von Cullers (2000) , der das SETI Phoenix-Projekt diskutiert. Dort wird behauptet, dass die Arecibo-Schüssel in der Lage sei, ein schmalbandiges, kohärentes Signal zu detektieren f = 10 − 27 W/m 2 bei einer 1000-Sekunden-Beobachtung. Unter der Annahme, dass dies ein isotropes Signal ist, dann die implizite Fernleistung d ist p = 4 π d 2 f , was bedeutet, dass p ≃ d 2 MW.

Es ist also klar, dass ein 1-MW-Signal, wenn es nicht hoch gestrahlt wird, von unserer derzeitigen Technologie nicht einmal von einem nahen Stern erfasst werden kann. (Eigentlich ist diese Nummer veraltet, der Empfänger bei Arecibo ist jetzt etwas empfindlicher, aber ich kann keine Nummern finden). Natürlich senden wir mehr Beam-Signale aus. Das Arecibo-Radar sendet mit 1 MW, aber seine äquivalente isotrop abgestrahlte Leistung beträgt 20 TW. Mit anderen Worten, die Arecibo-Schüssel könnte die gerichteten Signale, die sie aussendet (und tut dies natürlich bei der Durchführung von Sonnensystem-Messungen), in Entfernungen von etwa 5000 Lichtjahren erkennen, obwohl das Radar normalerweise 1000 Sekunden lang kein Signal sendet.

Das SETI Phoenix-Projekt war die fortschrittlichste Suche nach Funksignalen von anderem intelligenten Leben. Zitat von Cullers et al. (2000) : „ Typische Signale unterschreiten im Gegensatz zu unseren stärksten Signalen die Nachweisschwelle der meisten Vermessungen, selbst wenn das Signal vom nächsten Stern stammen würde “. Zitat von Tarter (2001) : " Bei der derzeitigen Empfindlichkeitsstufe könnten gezielte Mikrowellensuchen die äquivalente Leistung starker Fernsehsender in einer Entfernung von 1 Lichtjahr erkennen. ". Eine aktuelle UmfrageMit dem Green Bank-Teleskop konnten kontinuierliche Signale (zwischen 1,1 und 1,9 GHz) auf der Ebene von 8 (bestrahlten) Arecibo-Radaren von einer großen Stichprobe von 104 Kepler-Planetenwirten in Entfernungen von ~ 1000 Lichtjahren ausgeschlossen werden.

Die nächste Generation von Radioteleskopen verwendet "Phased Arrays", um Signale aus vielen Richtungen gleichzeitig zu überwachen, und kann weitwinkligere Vermessungen viel schneller durchführen. Das SETI-Projekt verwendet jetzt das Allen Telescope Array. Die Behauptung ist , dass es über 10 Jahre eine Million Sterne mit ausreichender Empfindlichkeit vermessen kann, um das Arecibo-Radar in Entfernungen von 1000 Lichtjahren zu erkennen.

Es wurde vermutet, dass neue Radioteleskopprojekte und -technologien wie LOFAR und das Square Kilometre Array in der Lage sein könnten (bei etwa einem Monat Beobachtungszeit), zufällig Radio-"Chatter" bei einigen hundert MHz bis zu Entfernungen von 10-1000 zu erkennen Lichtjahre und über einen beträchtlichen Teil des Himmels – siehe Loeb & Zaldarriaga (2007) . Das SKA-Array, das einige Zeit nach 2025 den vollen Betrieb aufnehmen soll, könnte auch eine Vielzahl von Richtungen gleichzeitig auf abgestrahlte Signale überwachen. Einen guten Überblick darüber, was in naher Zukunft möglich sein könnte, geben Tarter et al. (2009) .

EDIT: Mir ist aufgefallen, dass ich die Frage nicht vollständig beantwortet habe. Die Arecibo-Schüssel kann das abgestrahlte Signal, von dem Sie sprechen, in 1000 Sekunden in einer Entfernung von etwa 5000 Lichtjahren erkennen. Die Schüssel hat einen Durchmesser von 304 m. Um also ein 5-mal weiter entferntes Signal zu erkennen, das 25-mal schwächer ist, wäre naiverweise eine 1,5-km-Schüssel erforderlich (vorausgesetzt, der Rauschpegel bleibt gleich).

Ich frage mich, wie viele nicht wiederholte kurze scheinbare Signale auf die Verwendung solcher Radargeräte in der Galaxie zurückzuführen sind. Wir bekommen einen Scan von einem Asteroiden, und tausend Jahre später sagt ein Außerirdischer: „Wow?“.
Leider habe ich gelesen, dass der Arecibo-Empfänger zusammengebrochen ist und auf absehbare Zeit nicht funktionieren wird.

Dieses Papier enthält eine wichtige Analyse des unterschiedlichen Zielkonflikts zwischen Bandbreite und Energieeffizienz. Die interessante Schlussfolgerung aus diesem Artikel ist, dass der energieeffizienteste Weg zum Senden und Empfangen interstellarer Nachrichten (über eine flache Raumzeit), der die Bitrate maximiert, eine sehr große Übertragungsbandbreite erfordert. Dies bedeutet insbesondere, dass die traditionelle Variante von SETI, die nach verdächtigen eigenständigen modulierten Frequenz-Gauß-Signalen sucht, möglicherweise zu naiv und einschränkend ist und möglicherweise auch eine suboptimale Art der Kommunikation darstellt

Es gibt andere bekannte Tricks, um die Bitrate von Kommunikationen bei sehr geringer Leistung zu verbessern. Unter Verwendung von Gravitationsbrennpunkten von Sternen wurde von mehreren Autoren berechnet und vorhergesagt, dass selbst ein Mobiltelefon mit geringer Leistung in 10 Lichtjahren Entfernung entdeckt werden könnte! Wenn also Bracewell- oder Von-Neumann-Sonden ein galaktisches Internet aufrechterhalten, sind Gravitationsbrennpunkte dort, wo wir Beobachter platzieren wollen, um Signale zu schnüffeln.

Das ist eine wirklich interessante Herangehensweise an die Dinge und ein wirklich interessantes Papier. Dies stimmt mit meiner technischen Erfahrung in der Vergangenheit überein, als ich mich mit Kommunikationsverbindungen befasste. Tatsächlich ist CDMA genau diese Art von Übertragung mit großer Bandbreite und wird in ländlichen Umgebungen für Mobiltelefone und Kommunikation verwendet, wo die Signalqualität sehr schlecht ist. Das ist also kein neues Wissen, aber es ist verblüffend, dass wir es anscheinend nicht auf SETI angewendet haben (nein, obwohl ich dieses Zeug für irdische Kommunikationssysteme ziemlich gut kannte, habe ich selbst diesen Fehler in SETI nicht einmal bemerkt ).
Unsere derzeitigen Methoden, wissenschaftliches Wissen zu organisieren, schaffen es in sehr tiefe, parzellierte Bäume mit so viel wiederholter Arbeit über Domänengrenzen hinweg, die nicht immer von den Fortschritten profitieren, die in den anderen erzielt wurden. Die Wissenschaft braucht dringend mehr Universalgelehrte und Generalisten
Ich tröste mich mit deinem letzten Satz. Ich habe gerade gestern ein Papier über etwas eingereicht, was meiner Meinung nach eine Lösung für ein neues Problem ist, nur um herauszufinden, dass jemand anderes dieses Problem vor vier Jahren gelöst hat. Wie auch immer, wir werden sehen, ob die Rezensenten denken, dass mein Ansatz signifikant anders ist.

Ich erinnere mich an eine Tech-Präsentation auf YouTube, die ich nach einer Stunde Suche nicht finden kann. Es ging um einen Laser, der vom Militär gebaut wird, und er sagte, dass es nur eine Größenordnung (oder so ähnlich) sei, die Technologie auf etwas zu skalieren, das ein interplanetarer Suchscheinwerfer wäre und auch über interstellare Entfernungen signalisieren könnte ein 8-Meter-Spiegel an jedem Ende.

Der Punkt ist, dass der Laser mit einer sehr hohen Frequenz gepulst ist und die gesamte Leistung in die Impulse steckt, sodass er heller als die durchschnittliche Leistung ist. Aber die Reflexion kann nach dieser Kadenz suchen und so das Signal auch vor einem starken Hintergrund erkennen. Ich habe Treffer zu diesem allgemeinen Thema gefunden, die einige Jahrzehnte zurückreichen.

Ein normal großes Observatorium könnte also gestrahlte Signale über 50 Lichtjahre hinweg sehen (wenn die Erinnerung reicht) , wenn Sie genau wissen, wonach Sie suchen müssen. Es ist lesbar , aber nicht auffällig und in Kombination mit digitalen Codierungsprotokollen ohne viel Rechenleistung und sehr feine spektrale Kanäle wahrscheinlich nicht auffindbar.

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