[содержание] [главная]1.1. Что обнаружили в Аресибо?Г. М. Рудницкий ГАИШ, МоскваВ сентябре-октябре 2004 года в средствах массовой информации прошли сообщения о том, что радиотелескоп в Аресибо якобы зарегистрировал сигнал внеземной цивилизации. Основой для «сенсации» послужила публикация [1] в журнале New Scientist под названием «Таинственные сигналы с расстояния многих световых лет». Новость была подхвачена российской прессой («Комсомольская правда», «Новые Известия») и появилась на российских сайтах в Интернете [2, 3]. Цель данной заметки — кратко рассказать о методике обработки данных, получаемых в Аресибо, о критериях «искусственности» сигнала и о том, что наблюдалось в Аресибо в рамках программы SETI. Радиотелескоп в Аресибо (остров Пуэрто Рико) [4] расположен на широте φ — 18њΝ. Основное зеркало телескопа — сферическое, имеет диаметр 305 м. Зеркало расположено в естественном углублении земной поверхности и неподвижно. Подвешенный на тросах облучатель располагается на фокальной поверхности сферы, имеющей радиус, равный половине радиуса кривизны основного зеркала. Диаграмма направленности направлена в зенит, однако смещением облучателя можно отклонять ее на расстояние до 20њ от зенита. При этом охватываемый диапазон склонений δ = — 01њ24'... + 38њ (18% небесной сферы). Радиотелескоп изначально создавался как радиолокатор для исследования верхней ионосферы Земли. Но ввиду большой площади, обеспечивающей исключительно высокую чувствительность, инструмент оказался исключительно подходящим для целей радиоастрономии. Телескоп может работать в диапазоне длин волн от 6 м до 3 см. На нем ведутся программы наблюдений в спектральных радиолиниях на волнах 21 см (линия нейтрального водорода), 18 см (линии молекулы гидроксила ОН), в непрерывном спектре на метровых волнах (поиск и исследование пульсаров) и др. Телескоп также используется как передающая антенна для радиолокации планет, мощность передатчика 1 МВт. С 1992 г. на радиотелескопе в Аресибо выполняется также поиск ВЦ на волне 21 см. Поиск проводится в рамках программы SERENDIP [5]. Этапы программы перечислены в Таблице 1. Программа SERENDIP IV базируется в Калифорнийском университете в Беркли. Проект поддержан, в числе других спонсоров, Американским планетным обществом (Planetary Society). Среди участников проекта директор программы Д. Андерсон (David P. Anderson), научный руководитель Д. Вертхаймер (Dan Werthimer), научный сотрудник Э. Корпела (Erik Korpela) и еще 7 человек.
Наблюдения по проекту SERENDIP IV ведутся в «сопутствующем режиме» (piggy-back mode). Это означает, что специально время на поиск ВЦ не выделяется. Программа использует отдельный независимый облучатель телескопа Аресибо. На телескопе идут другие радиоастрономические программы, но приемник SETI на волну 21 см включен постоянно и работает параллельно с другой аппаратурой. Сканирование неба осуществляется при неподвижной диаграмме направленности на фиксированном склонении за счет суточного вращения Земли. Сигнал принимается в полосе частот 2.5 МГц (1418.75 МГц - 1421.25 МГц), которая разделена на отдельные каналы по 10 кГц каждый. Целью работы является поиск узкополосных сигналов — позывных ВЦ. Для этого сигнал разбивается на временные отрезки по 107 секунд, и в каждом канале методом быстрого преобразования Фурье строится мгновенный спектр сигнала. Проблема поиска узкополосного сигнала заключается в том, что внеземной сигнал будет дрейфовать по частоте. Согласно формуле Доплера, частота сигнала, излучаемого движущимся источником, меняется как
где fнабл — частота принятого сигнала, f0 — частота излученного сигнала, VR — лучевая скорость источника относительно наблюдателя, с — скорость света. Если fнабл не меняется со временем, источник сигнала, вероятнее всего, находится на Земле и представляет собой помеху. Если же источник за пределами Земли, его скорость VR относительно наблюдателя будет непрерывно изменяться даже при постоянстве излучаемой им частоты f0- Величина VR складывается из скорости собственного движения источника относительно наблюдателя и из скоростей нескольких движений, в которых участвует Земля: вращение вокруг оси, движение относительно центра тяжести (барицентра) Земля-Луна, орбитальное движение Земли, движение Солнечной системы внутри Галактики (движение к апексу). После учета всех перечисленных поправок (то есть, введения «барицентрической коррекции») смещение наблюдаемой частоты сигнала определяется только изменениями скорости самого источника сигнала. Радиотелескоп, расположенный на земной поверхности, испытывает ускорение до 3.4 см/с2. Если даже передатчик ВЦ излучает на постоянной частоте, его сигнал будет дрейфовать со скоростью 0.16 Гц/с. Дрейф сигнала по частоте ограничивает частотное разрешение спектрального анализа. При указанной скорости дрейфа сигнал за 6 секунд уйдет по частоте на 1 Гц. Учитывая обратно пропорциональную зависимость между временем наблюдения и максимальным частотным разрешением (Δf ~ 1/Δt), можно показать, что без коррекции дрейфа в 0.16 Гц/с наилучшее разрешение составит ~ 0.4 Гц. Поэтому при быстром преобразовании Фурье автоматически добавляется барицентрическая поправка на движения Земли. Это лишь одна сторона проблемы. Если ВЦ облучает нас направленно, то есть знает точку на небе, куда посылается сигнал, то она может ввести свою барицентрическую поправку с тем, чтобы сигнал поступал в Солнечную систему на неизменной частоте. Однако если передатчик ВЦ — всенаправленный маяк, этого сделать нельзя. Тогда сигнал ВЦ все равно будет дрейфовать по частоте даже после введения земной барицентрической поправки. Поэтому для поиска очень узкополосного сигнала (с полосой частот << 1 Гц) при сохранении максимально высокой чувствительности нужно, кроме того, проводить еще поиск для различных возможных скоростей дрейфа сигнала из-за ускорения источника. Для этого и производится спектральный анализ с различными значениями частотного разрешения и частотного дрейфа. Программа выполняет анализ для 15 значений частотного разрешения, от 1200 Гц до 0.075 Гц и для скоростей частотного дрейфа от —10 до +10 Гц/с с шагом 0.0018 Гц/с и до ±50 Гц/с с шагом 0.029 Гц/с. Всё это приводит к тому, что расчеты, выполняемые для спектрального анализа сигнала, оказываются очень трудоемкими. Обработка огромного объема информации, получаемой с радиотелескопа, потребовала бы использования крайне дорогостоящего компьютера сверхвысокой производительности. Выход был найден в методике распределенных вычислений в Интернете. Метод распределенных вычислений мобилизует возможности миллионов персональных компьютеров, подключенных во всем мире к сети Интернет. Информация, подлежащая численной обработке, разбивается на относительно небольшие блоки. Пользователь, желающий принять участие в программе распределенных вычислений, устанавливает на своем компьютере специальную программу, которая работает как screensaver («хранитель экрана»). Если компьютер некоторое время не занят работой, программа активируется, загружает через Интернет с «хозяйского» сервера проекта блок информации и осуществляет его обработку, после чего результат отсылается «хозяину». Во время работы программы на экране монитора отображается красивая движущаяся картинка, указывающая, что программа активна. В мире существует несколько проектов, требующих большого объема вычислений и использующий данный метод. Один из крупнейших проектов — GENOME@home («Геном дома»), расшифровка генома человека. Программа проводилась в 2001-2003 гг. Стенфордским университетом (Калифорния, США) и завершилась успехом. Благодаря помощи миллионов пользователей удалось восстановить структуру ДНК человека. В настоящее время активны еще несколько проектов, использующих распределенные вычисления, в том числе: • Climateprediction.net — долгосрочный прогноз изменений климата; • Einstein@home — анализ данных детекторов гравитационных волн в США и Германии для поиска гравсигналов от быстро вращающихся нейтронных звезд; • LHC@home — усовершенствование конструкции коллайдера легких адронов (Light Hadron Collider — LHC), ускорителя частиц Центра ядерных исследований в Женеве (CERN); • Predictor@home — исследование заболеваний, связанных с нарушением структуры белка; • и, наконец, SETI@home — анализ данных наблюдений на радиотелескопе в Аресибо для поиска свидетельств внеземной жизни. В русскоязычном Интернете распределенным вычислениям посвящен специальный сайт http://distributed.org.ru. Программа-скринсейвер SETI@home занимает около 700 килобайт и может быть загружена с сервера Калифорнийского университета в Беркли [6]. Один блок данных для обработки содержит запись сигнала в течение 107 секунд в полосе 10 кГц, объем блока 340 килобайт.
Рис. 1: Вид экрана программы SETI@home (негативное изображение) . На рис.1 представлен вид экрана компьютера, работающего в программе SETI@home. Экран разделен на несколько зон. В левой верхней части приведен график анализируемого участка сигнала и даны сведения о выполняемой в данной момент операции: поиск дрейфа со скоростью —38.9520 Гц/с, частотное разрешение 0.298 Гц, а также сведения о двух обнаруженных импульсах. Полоса внизу отражает процент обработанной части блока данных (98.274%). Справа вверху даны сведения об источнике данных: координаты точки на небе, дата и время записи сигнала, частота. Ниже приводятся сведения о пользователе компьютера, на котором установлена программа, число обработанных блоков и полное машинное время, затраченное на их обработку. Нижняя панель — трехмерный график, представляющий собственно результат обработки. По осям отложены время и частота. Высота «дощечек» отражает мощность, принимаемую в данный момент в данном частотном канале. В данном случае хаотический характер картинки показывает отсутствие сигнала, заметно превышающего средний уровень шумов. Как должен выглядеть внеземной сигнал, говорится далее. На ноябрь 2004 г. во всем мире программа SETI@home установлена более чем на 5 миллионах персональных компьютеров в 226 странах. Больше всего пользователей в США (2111859), затем идут Германия (476327) и Великобритания (382174). Российских пользователей SETI@home 26094 (26-е место между Китаем и Грецией). Всего на обработку данных из Аресибо уже затрачено 2 млн. лет компьютерного времени — гораздо больше, чем мог сделать самый мощный из существующих суперкомпьютеров. Поэтому следует признать безусловный успех программы SETI@home. Без участия миллионов добровольных помощников в разных странах программа просто не состоялась бы. Уже есть и первые «жертвы» программ распределенных вычислений. Так, в США, в штате Огайо был уволен с работы 63-летний программист, установивший SETI@home на казенном компьютере — за использование «несанкционированного программного обеспечения» [7]. Теперь о методике обработки сигнала в программе SETI@home. На волне 21 см время прохождения радиоисточника через диаграмму направленности радиотелескопа Аресибо (ширина примерно 6 угловых минут) 12 секунд. При этом источник малых угловых размеров вызывает на выходе приемника отклик, который может быть аппроксимирован гауссовой кривой. Модуляция сигнала диаграммой направленности — основной признак того, что сигнал пришел с неба, а не является местной помехой, для которой зависимость от времени может быть совершенно другой. Еще один признак внеземной природы сигнала — изменение его частоты со временем, о чем говорилось выше. Кроме сигналов, имеющих оба этих признака («гауссов-дрейфующий»), программа SETI@home ищет импульсные сигналы, также с дрейфом по частоте — повторяющиеся импульсы и «триплеты» (тройки) импульсов. Естественно, для внеземного импульсного источника, проходящего через диаграмму направленности телескопа, амплитуда импульсов должна также следовать гауссовой кривой с длительностью 12 секунд. Вид гауссова сигнала на экране SETI@home дан на рис. 2. На рис. 3 показаны «следы» сигналов различных типов на плоскости «время-частота»; ширина «следа» отражает интенсивность сигнала.
Рис. 2: Так выглядит узкополосный гауссов сигнал на фоне шумов на экране программы SETI@home (негативное изображение). За время работы по программе SERENDIP IV было обнаружено около 5 миллиардов «подозрительных» сигналов явно внеземного происхождения, то есть с нужным «барицентрическим» дрейфом по частоте. Подавляющее большинство их было отождествлено с объектами земного происхождения — искусственными спутниками и космическими аппаратами. 227 неотождествленных сигналов были отобраны для контрольного наблюдения.
Рис. 3: Примеры узкополосных сигналов на плоскости «время-частота»: сигнал с постоянной частотой (слева), с дрейфом частоты (в середине), пульсирующий с дрейфом частоты (справа) [8]. Сеанс повторных наблюдений участков неба («Stellar Countdown»), приславших «подозрительные» сигналы, был проведен в Аресибо 18, 19 и 24 марта 2003 г. [9, 10]. Большинство сигналов так и не повторились и были признаны недостоверными. Один из сигналов, поначалу вызвавший повышенный интерес, как будто бы повторился из одной и той же точки трижды. Сигнал, получивший обозначение SHGb02+14a, поступил из области неба вблизи эклиптики, на границе созвездий Рыб и Овна. Точные координаты не приводятся. Из обозначения сигнала можно судить, что а — 2h, δ — +14њ. В этом направлении нет ярких, близких к Солнцу звезд. Около точки с указанными координатами имеются лишь две звезды из Каталога ярких звезд HR, на пределе видимые невооруженным глазом. Их параметры даны в Таблице 2. Обе звезды — удаленные красные гиганты спектрального класса М, у которых маловероятно наличие обитаемых планет.
Сигнал обладал очень необычными свойствами. Скорость его дрейфа менялась от 8 до 37 Гц/с. Чтобы обеспечить такой дрейф, планета, с которой мог быть послан сигнал, должна была бы вращаться в 40 раз быстрее, чем Земля. Сигнал наблюдался очень короткое время. Еще несколько секунд, и он вышел бы за полосу анализируемых частот. Тогда его вообще не удалось бы обнаружить. Возможны различные объяснения природы сигнала. Совершенно не обязательно, что сигнал послан ВЦ. Это может быть помеха наземного происхождения — например, от удаленного радиолокатора с частотной модуляцией излучаемого сигнала. Сигнал может иметь и естественное происхождение, от астрофизического объекта неизвестной пока природы (вспомним пульсары с их «искусственным» импульсным сигналом). Было даже высказано предположение, что сигнал SHGb02+14a — результат шутки анонимного хакера, взломавшего программу SETI@home и запустившего «искусственный сигнал». Однако это маловероятно, так как сигнал был выявлен при независимой обработке одного и того же блока данных на разных компьютерах. Сами участники проекта SERENDIP настроены более чем скептически. В частном сообщении они высказали мнение о недостоверности сигнала. Уже на следующий день после сообщения New Scientist [1] на сайте Планетного общества появилась заметка «Сообщение о внеземном сигнале SETI@home весьма преувеличены» [11]. В любом случае, чтобы убедиться в реальности сигнала, необходима тщательная проверка данной области неба на другом радиотелескопе, с другим приемником и с независимой обработкой данных. Согласно Протоколу о действиях после обнаружения сигнала ВЦ (Post-Detection Protocol [12]), публикация сведений о сигнале возможна только после тщательной проверки на достоверность и искусственность. С этой точки зрения команда SETI@home допустила оплошность, поделившись сугубо предварительными сведениями о предполагаемом сигнале с корреспондентом New Scientist. Итак, основной итог всей «кампании» по поводу сигнала ВЦ, якобы найденного в Аресибо. Ничего достоверного не обнаружено. Нужна осторожность и еще раз осторожность. Нельзя допускать утечки непроверенной информации в прессу, тем самым нарушая основные положения Post-Detection Protocol и давая повод для беспочвенной шумихи, подрывающей доверие к ученым, к большой и важной работе по поиску ВЦ. Ссылки1. Reich, E.S., Mysterious
signals from light years away // New Scientist, 2004, 01 September. 2. http://www.pereplet.ru/nauka/10066.html#10066 3. http://www.utro.ru/articles/2004/09/03/346838.shtml 4. http://www.naic.edu/about/ao/telefact.htm 5. http://planetary.org/html/UPDATES/seti/SERENDIP/default.html 6. http://setiathome.ssl.berkeley.edu/ 7. http://slashdot.org/article.pl?sid=04/10/09/1740239 8. Hipschman, R., How SETI@home works. 9. Hogan, J., SETI to target most tantalising radio transmissions // New Scientist, 2004, 11 March. 10. http://planetary.org/stellarcountdown/index.html 11. Alexander, Α., Reports of SETI@home extraterrestrial signal highly exaggerated. |
