Optikai SETI és egyéb "eretnekségek"
A SETI szépsége /Almár Iván/

Az utóbbi évek talán legfontosabb fejleménye a SETI közösségen belül az optikai megfigyelési programok, és ezzel párhuzamosan az ortodox SETI bírálatának megerősödése. A rádiós SETI programok eddigi eredménytelensége nyomán több oldalról elhangzott a vád, hogy a sikertelenség oka a klasszikus stratégia és művelőinek merevsége, az alternatív megoldások lehetőségeinek kirekesztése a SETI kutatásokból. Ilyen hangok hallatszanak az Egyesült Államokból és Ukrajnából, Argentínából és Kanadából egyaránt. Az első fordulat az optikai SETI képviselőinek térhódítása, rendszeres megjelenésük napjaink tudományos konferenciáin.

Pedig az optikai SETI egyáltalán nem új gondolat, sőt gyökerei időben messzebb nyúlnak vissza, mint a rádiós SETI-é. Már a nagy Gauss, a matematika fejedelme is javasolt több "aktív optikai SETI" programot. Például, hogy telepítsenek Szibéria tajgáira egy hatalmas erdőt, amely formájával jelezné az idegen megfigyelőknek (akkoriban persze csak a Naprendszer más égitestjein élő, távcsöves csillagászokra gondoltak), hogy a Földön él egy intelligens faj, amely érti a Pythagorasz tételt. Később, 1822-ben Olbersnek írt levelében felveti a javaslatot, hogy száz nagy tükörrel vetítsék a napfényt a Holdra. Hasonló ötlettel állt elő Johann Littrow osztrák csillagász is, aki egyébként 1816 és 1819 között a budai csillagvizsgáló társigazgatója volt. Ő azt javasolta, hogy építsenek szabályos alakú csatornákat a Szaharában, töltsék fel petróleummal és gyújtsák meg. Ezzel a feltűnően égő, szabályos alakzattal lehetne jelezni például a Hold lakóinak, hogy a Földön kifejlődött az értelem. Ezek a korai javaslatok természetesen nem valósultak meg, Drake szavaival élve "sohasem kaptak költségvetési támogatást".

1869-ben még egy "optikai SETI" konferencia is volt, ahol a francia Charles Cros javasolta, hogy parabolatükrökkel villanyfényt vetítsenek a Vénusz vagy a Mars felé, sőt üzenetek és képek továbbítását is elképzelhetőnek tartotta. Mások úgy gondolták, hogy könnyebb lenne például London fényeit szabályos ritmusban fel-le oltogatni valamiféle jelzés érdekében. Hasonló ötletek még száz évvel ezelőtt is születtek. 1892-ben Galton felvetette, hogy tükrök villantsák a Mars felé az egész számok sorozatát. 1896-ban a nagy Ciolkovszkij javasolta, hogy 10 km2-nyi területről forgatható tükrökkel sugározzanak jeleket a Mars felé. Még századunk elején, a Marscsatorna-hisztéria idején is elhangzott az ötlet, hogy tükrökkel kellene jelzéseket leadni a Marsra. Egyik javaslat sem jutott el a megvalósításig.

1961-ben, nem sokkal az OZMA projekt megindulása után jelent meg ugyancsak a Natureben Schwartz és Townes cikke az "optikai maserekkel", vagyis lézerekkel végrehajtható interplanetáris és intersztelláris kommunikáció lehetőségéről (Charles Townes éppen a lézerért kapott Nobel-díjat). E cikkben hangot adtak véleményüknek, hogy a mikrohullámú és a lézeres technika megszületése más civilizációkban történhetett fordított sorrendben is, és akkor a "hagyományos SETI" az optikai tartományban jött létre. Később a lézertechnika szédületes sikereket ért el az élet legkülönbözőbb területein a sebészettől a távközlésig, de a SETI kutatásokban a lézeres üzenetküldés lehetőségét a kilencvenes évekig nem vették igazán komolyan. Ennek fő oka nyilván Oliver nagy tekintélye volt, aki már 1962 körül több cikkben kifejtette, hogy miért nem versenyképes csillagközi távolságokon az optikai kommunikáció a mikrohullámúval.

Ezzel az állásponttal azért többen vitába szálltak. Ross 1965-ben arra hívta fel a figyelmet, hogy az információelmélet értelmében keskeny impulzusok és alacsony munkaciklus esetén az optikai tartományban (beleértve a látható, az ultraibolya és az infravörös fényt) több információ továbbítható, mint a rádiósávban. Szerinte impulzusokból álló, figyelemfelhívó fényjel esetén mind az impulzuspozíciók, mind az impulzusok közötti intervallumok modulációja jól használható lenne a csillagközi információátvitelben. Az akkoriban kifejlesztett fotonszámlálási technika igen alkalmas a jelzés felfogására.

Az ezt követő 20-25 évben számos javaslat és néhány megfigyelési program is született, de folyamatosan működő optikai SETI obszervatórium nem. Javaslatok készültek például az infravörös tartomány használatára arra hivatkozva, hogy a jel/zaj viszony a 10 mm hullámhossz körül nagyjából megegyezik a 21 cm-en tapasztaltakkal. Rather erősen utópisztikus elgondolása említhető még egyes bolygólégkörök széndioxid lézer effektusának kihasználásáról a bolygó körül pályára állítandó, 10 km átmérőjű tükörpár segítségével. Arra hivatkozott, hogy egy nálunk fejlettebb technikai civilizáció ily módon olyan erős jeleket tudna előállítani (egy másodpercre 80 millió W kisugárzott teljesítményt), ami egy 10 m-es optikai távcsővel 55000 fényévről is észrevehető lenne.

Az első, tényleges optikai programot mégis az ultraibolya tartományban végezték, mégpedig egy mesterséges holdról! A Copernicus nevű amerikai csillagászati hold egy részprogram keretében 1974-ben három csillag színképében keresett lézer eredetű ultraibolya színképvonalakat a 1215A hullámhosszú Lyman a vonal körül. Ugyanebben az időben kezdődött az első, földi távcsövekkel végrehajtott optikai SETI program a Szovjetunióban, a zelencsuki obszervatóriumban, Svarcman vezetésével. Ezt a programot, amely 1978-tól évekig az obszervatórium és az akkori világ legnagyobb távcsövével, a 6 m-es teleszkóppal folyt, MANIA-nak nevezték el (Multichannel Analysis of Nanoseconds Intensity Alterations - nanoszekundumos intenzitásváltozások sokcsatornás analízise). Az oroszokat nyilván az is motiválta, amikor legambiciózusabb SETI projektjükhöz a klasszikus mikrohullámú helyett az optikai ablakot választották, hogy ily módon könnyebben versenyezhetnek az akkor már nagy erőkkel beindított amerikai rádiós programokkal. Céljuk igen rövid ideig tartó fényimpulzusok, továbbá igen keskeny lézerszínképvonalak felfedezése volt. Feltették, hogy a nagyon fejlett technikájú civilizációk optikai kommunikációt folytatnak, mivel azonos befektetett energia mellett az információtartam időegységenként 105-106-szor nagyobb lehet, mint rádiókommunikáció esetén. Az intenzitásfluktuációk időskálája rendkívül rövid (alig 10-6 másodperc), ezért ezt az értéket tízszer meghaladó időfelbontást alkalmaztak. Fotonszámlálóval nagy pontossággal rögzítették minden egyes foton beérkezési idejét (több millió fotonét észlelésenként!), majd elemezték a fényváltozásokat 10-7 másodperctől 300 másodpercig terjedő skálán. A használt hullámhossz 550 Angström, a színképi felbontás 10-6 Angström volt. A 13 éves működési idő alatt összesen mintegy száz égitest optikai vizsgálatát végezték el, voltak köztük Nap-típusú csillagok, de egyéb különleges célpontok is, mint a csillagszerű rádióforrások (ROKOSZ), folytonos színképű fehér törpecsillagok stb. Ez utóbbiakkal kapcsolatban ugyanis felmerült a lehetőség, hogy különleges színképük esetleg mesterséges beavatkozás eredménye (lásd később). A program során eredmény nem született. A MANIA Svarcman korai halála után is folytatódott, sőt a "mániákusok" megoldották áthelyezését a déli félgömbre, az argentínai Leonsito obszervatórium 2 m-es távcsövére.

Az infravörös tartományban műholdas megfigyeléseket is végeztek, pontosabban felhasználták infravörös csillagászati holdak méréseit. Eddig csak két ilyen hold került pályára, 1983-ban az IRAS és 1995-ben az európai ISO. Az IRAS segítségével SETI program közvetlenül nem folyt, de Dysonnak az 1. fejezetben említett ötlete alapján japán csillagászok, Jugaku és mások a kilencvenes évek elején szisztematikusan átvizsgálták az IRAS adatbázist Dyson szférák után kutatva. Abból indultak ki, hogy még egy csak részlegesen kiépített Dyson szféra hatásának is észrevehetően kellene mutatkoznia többletsugárzásként az IRAS által mért 12 mm-es sávban. Ezért összegyűjtötték a 180 legközelebbi Nap-típusú csillagra vonatkozó infravörös méréseket, és megvizsgálták, hogy mutatkozik-e valahol érzékelhető sugárzási többlet. Ilyet nem találtak.

Az ISO (Infrared Space Observatory) esetében már önálló SETI megfigyelési programról is lehet beszélni, mivel Tilgner és csoportja távcsőidőt kért és kapott programjának végrehajtásához. Ők másfél órán keresztül mérték a hold fotopolariméterével hat közönséges és két infravörös többlettel rendelkező csillag sugárzását a 3-tól 100 mm-ig terjedő tartományban. A hold műszereinek kiváló felbontását felhasználva azt keresték, hogy találnak-e a csillag közelében lévő, de attól pozícióban ténylegesen elkülönülő sugárforrást (Dyson szféra elemet, vagy gyűrűt), ami mesterséges eredetre utalna.

Az optikai SETI tulajdonképpen csak 1993-ban, a Los Angelesben megrendezett első nemzetközi konferenciával vált "nagykorúvá". A mozgalom vezéregyénisége az a Stuart Kingsley mérnök lett, aki 1995-ben az ohioi Columbusban létrehozta Optical SETI Observatory nak nevezett, és azóta folyamatosan működő "amatőr" megfigyelőállomását. (Itt az "amatőr" kifejezés, mint látni fogjuk, nem a berendezésre vagy a tudományos háttérre vonatkozik, hanem azt fejezi ki, hogy az obszervatórium külső anyagi támogatás nélkül, lelkesedésből működik.)

Az első és az 1996-ban megrendezett második optikai SETI konferencia fő feladata mindenképp annak tudományos megvitatása volt, hogy mennyire versenyképes mind teljesítmény, mind technikai és pénzügyi igények szempontjából egy optikai SETI obszervatórium a hagyományos rádióobszervatóriumokkal. Mielőtt áttérünk az ohioi obszervatórium felszerelésére és tevékenységére, a történetet megszakítva vizsgáljuk meg az optikai SETI "nem ortodox" alapelveit!

Az ortodox SETI művelői azt állítják, hogy a csillagközi kommunikáció szempontjából az optikai rendszer eleve több nagyságrenddel gyengébb megoldás. A számokat egy 1997-ben megjelent, a kaliforniai SETI csoport két tagja által írt tanulmányból idézem. Ők összehasonlították a Föld legnagyobb rádiótávcsövének (Arecibo) és legnagyobb optikai távcsövének (Keck, 10 m) teljesítményét adó- illetve vevőteleszkópként. Arecibo a 13 cm-es hullámhosszon 73 dB, Keck a 10 mm-en 127 dB nyereséggel működik, vagyis adóberendezésként az optikai távcső messze felülmúlja a rádiótávcsövet. Vevőként viszont éppen fordított a helyzet, mert az areciboi rádiótávcső érzékenysége, mint említettük 8.10-27 W/m2 körüli, ugyanakkor a Keck távcsőé csak 7.10-17 W/m2. Ez azt jelenti, hogy az adó oldalon az optikai távcső előnye ugyan 5 nagyságrend, de vevőként 1010-szer érzéketlenebb! Ugyanakkor az areciboi 300 méteres rádiótávcső és a 10 m Keck távcső költsége körülbelül azonos. Ebből a szerzők azt a következtetést vonták le, hogy az optikai kommunikáció, mint gyakorlati lehetőség, nem versenyképes. (Itt érdemes hozzátenni azt a magától értetődő, de keveset emlegetett tényt, hogy ellentétben a rádiótávcsővel az optikai távcső csak derült időben adás- vagy vételképes. Ha a távcsövet a világűrbe helyezzük, akkor ez a probléma természetesen elesik.)

Nézzük mit válaszoltak Kingsley, Betz és mások erre az érvelésre! Betz szerint figyelembe kell venni azt is, hogy a felénk sugárzott teljesítménynek távcsöveink mindenképp csak kis töredékét fogják fel. Ez a rendszer "irányultságával" fejezhető ki, ami az adó és vevő átmérője (D) negyedik hatványának és a hullámhossz (lambda) négyzetének hányadosa. Ez Arecibo esetében 2.1011 m2, míg a Keck távcsőnél eléri a 1014 m2-t. Márpedig a kisugárzott PT teljesítménynek mi csak olyan kis töredékét tudjuk felfogni, ami egyenesen arányos az irányultsággal és fordítva a távolság (R) négyzetével:

PR= PT(D4/R2lambda2).

Ha egy 10 m átmérőjű távcső 10 mm hullámhosszon 1 MW teljesítménnyel sugároz felénk, akkor az

R = D2/lambda gyök(PT/PR)

képlettel kiszámítható, hogy a maximális távolság, amelyből ez az adás még észlelhető, mintegy 50 pc. Ezen a távolságon belül pedig ezernyi csillag található!

Természetesen válaszolni kell arra a gyakori ellenvetésre is, hogy a központi csillag fénye, amely ebben az optikai tartományban igen erős, elhomályosítja-e a csillag körüli térségből sugárzott lézerjelet. (Az az ötlet, hogy magának a csillagnak a sugárzását kellene valahogy mesterséges úton modulálni felmerült ugyan, de senki nem vette komolyan.) Jill Tarter ezt így fogalmazta meg: "Mindenféle optikai jelnek, ami egy távoli csillag körül keringő bolygóról érkezik, túl kell ragyognia a csillagot annak érdekében, hogy fel tudjuk fedezni." Mivel a csillagok a látható fényben legalább 20 magnitúdóval fényesebbek bolygóiknál, ez a feladat megoldhatatlannak látszik, de Kingsley bebizonyította, hogy ez így nem igaz. Mint a 19. ábrán látható, az igen rövid, 1 nanoszekundumos impulzusok csúcs EIRP értéke eléri a 3,2.1033 W értéket, ami 7 nagyságrenddel meghaladja a Napét! Ez az impulzus egy 10 m-es optikai távcsőből származik, és - ha a kisugárzott nyaláb szélessége 0,012 ívmásodperc - még 1000 fényév távolságban is 6800 beérkező fotont jelent. Annak ellenére, hogy a nyaláb kibocsátása egy 10 m-es távcsövön át 1 GW teljesítménnyel történik, a jel jól elkülöníthető lenne a csillag általános sugárzásától. Ennek alapvető oka, hogy erre a rövid időre (1 ns) a jel fényessége akár a -15 magnitúdót is elérheti.

A másik alapprobléma az, hogy mennyire pontosan irányul felénk az idegenek által kibocsátott lézernyaláb. Energetikai okokból nyilván célszerű - amennyire lehet - leszűkíteni a nyalábot, a jelenlegi földi lézerek már tizedívmásodperces nyalábok előállítására is képesek. Ekkora nyalábbal 10 fényév távolságból megcélozva a Naprendszert, a nyaláb átmérője 6 millió km-re tágul, ami alig 2 %-a a földpálya átmérőjének. Fel kell tehát tételeznünk, hogy a küldő fél pontosan ismeri a Nap mozgását a Tejútrendszerben, és a Földét a Nap körül, sőt előre ki tudja számítani helyzetünket a jel beérkezésének pillanatában. Ez azonban egy fejlett civilizáció számára problémát nem jelenthet, száz éven belül nyilván az emberiség is rendelkezik majd a közeli exobolygók efemeriszeit leíró katalógusokkal.

Ami a frekvencia megválasztását illeti, a mikrohullámú illetve az optikai tartományban rendelkezésre álló "csatornák" száma körülbelül azonos, ha az optikai tartományt 100 kHz-es sávokra osztjuk. Sajnos "mágikus frekvenciákról" egyelőre nem tudunk az optikai tartományban. Itt az egész égbolt folyamatos letapogatásának (ami a mikrohullámú SS programoknak felelne meg) nem sok értelme lenne, mert a távcső többnyire a csillagok közötti üres világűrre meredne. Viszont egy 1000 fényévnyi gömbön belül egymilliónyi csillag van, amely mind egyenként megvizsgálható.

Az optikai SETI híveinek végkövetkeztetése nem az, hogy a mikrohullámú SETI felesleges, vagy hogy téves alapokon nyugszik. Csak azt hangsúlyozzák, hogy egyelőre nincs alapunk annak kijelentésére, hogy a jelek vagy üzenetek okvetlenül a mikrohullámú sávban érkeznek. Ugyanakkor Kingsley hivatkozik egy statisztikára, amely szerint 1960 és 1992 között 63 SETI program folyt rövidebb hosszabb ideig a világon, de ezek közül csak három esett az optikai tartományba. Ez az aránytalanság az, amin segíteni szeretne például az "amatőr" optikai SETI obszervatóriumok létrehozásával.

A Kingsley vezette SETI obszervatórium egy számítógép-vezérlésű, 25,4 cm tükörátmérőjű Schmidt-Cassegrain távcsővel dolgozik. A csillagkövetést CCD-s TV rendszer biztosítja. A fotonsokszorozós fotondetektálás hatásfoka 1%, ami még javítható. A végső cél az, hogy a jelfeldolgozó elektronika maga döntse el nanoszekundumonként, hogy van-e gyanús jel a beérkezett fotonok között. Jelenleg még csak ott tart a jelfeldolgozás, hogy csak a legintenzívebb, kiugró sugárzási csúcsokra reagál. Viszont a fotonszámlálás derült ég esetén akár nappal is működik, mivel az égi háttér fényességét optikai szűrőkkel és a látómező leblendézésével erősen le lehet csökkenteni. Ez egyébként elvben lehetővé tenné, hogy az optikai SETI megfigyeléseket olyan távcsővel hajtsák végre, amely éjjelenként a hagyományos, asztrofizikai észleléseket végzi.

Az összegyűjtött adatmennyiség elvben meghaladhatja az 1 Gbyte-ot észlelési periódusonként. Ezért célszerűségi okokból a rendszer egyelőre csak a kiugró csúcsokat regisztrálja videokazettákra. Az adatok az Interneten is elérhetők, s ugyancsak az Internet szolgálna a Kingsley által megálmodott amatőr optikai SETI hálózat (AMOSETI) létrehozására. Maga a 25 cm-es távcső csak 3300 dollárba kerül, és megfelel a követelményeknek. Természetesen az optikai SETI professzionális változatára is szükség lenne, de az itt fellépő műszaki problémák tárgyalásába nem bocsátkozunk. Kingsley úgy véli, hogy ennek akkor jön majd el igazán az ideje, amikor a mikrohullámú SETI programok kifulladnak, és a szakemberek elkezdenek más frekvenciák után nézni.

Előző fejezet - Tartalomjegyzék - Következő fejezet

SETI - Földönkívüli Intelligens Élet Kutatás
tudományos módszerekkel
Frissítve: 2000-08-03 Távkapcsolat Co.