Rádiós programok - merre tovább?
A SETI szépsége /Almár Iván/

Milyen lesz a XXI. század rádiócsillagászata? Nehéz erre a kérdésre szakszerű választ adni, de néhány tendencia már érezhető ebben a kilencvenes évtizedben. Egyre nagyobb szerephez jut a számítástechnika, amely segít összekapcsolni egymástól fizikailag távol lévő rádiótávcsöveket egyetlen hatalmas gyűjtőfelületté (például a nagyon sikeres VLBI rendszerek, a VLA Amerikában stb.) Ugyancsak a számítástechnika segít abban, hogy fix felállítású távcsövekkel bármely irányba lehessen megfigyeléseket végezni; a mozgatás kiküszöbölése is lényegesen olcsóbbá teszi a rádiótávcsöveket. Annak érdekében, hogy a rádiótávcsövek mennél messzebbre lássanak, mennél halványabb forrásokat észlelni tudjanak, egyre érzékenyebb detektorokat alkalmaznak, de persze egyre szűkebb lesz a látómezejük is. Ez természetesen azzal jár, hogy az égbolt sok, váratlanul fellépő, átmeneti jelensége elkerülheti a rádiócsillagászok (és az optikai csillagászok!) figyelmét. Végül a legnagyobb, szinte megoldhatatlan probléma a földi zavaró interferencia kiküszöbölése. Tíz éven belül százával kerülnek Föld körüli pályára olyan új távközlési holdak, amelyek a mobil telefon rendszereket szolgálják ki (Iridium, Globalstar, Teledesic).

A 66 Iridium hold már 1998-ban megkezdte működését. Ezek az erős, mozgó sugárforrások, főként felharmonikusaik révén, egyre nagyobb mértékben zavarják a rádiócsillagászati megfigyeléseket, hiába biztosított az illetékes frekvenciaelosztó világszervezet, a WARC védett sávokat a rádiócsillagászatnak. Ezért egyre komolyabb formában merül fel az a javaslat, hogy a rádiótávcsöveket ki kell telepíteni a világűrbe, vagy a Holdra. Ezekkel a tervekkel később foglalkozunk majd, most vegyük sorra a földi, vagy legalább részben földi rádiótávcsövekkel végrehajtandó új SETI programok elképzeléseit!

Kezdjük a leginkább a hagyományos utat követő tervvel, a már említett 1 kilométeres rádiótávcsővel! A legerősebb SETI csoport, a kaliforniai SETI Institute-ban, több munkaértekezleten foglalkozott a Cyclops terv újraértékelésével az azóta bekövetkezett műszaki és tudományos fejlődés lehetőségeit figyelembe véve. Ők is úgy látták, hogy a számítástechnika teljesítőképessége olyan rohamosan nő (Moore "törvénye" értelmében másfél évente megkétszereződik), hogy ez forradalmian új lehetőségeket biztosít, ha a beérkező jelet sikerül útközben minél hamarabb digitalizálni. A másik új lehetőség a piacon hozzáférhető, kommerciális és ezért viszonylag olcsó alkatrészek nagy száma. Ma már nemcsak a rádiócsillagászat használ nagy parabolaantennákat, hanem - sőt mindenekelőtt - az űrtávközlés. De bármely jobb szaküzletben kapni CCD detektorokat és digitális kamerákat is. A rádiócsillagászat, mint említettük, már nagy tapasztalatokra tett szert az összekapcsolt antennarendszerek működtetésében, ezt okvetlenül hasznosítani kellene a SETI berendezések következő generációjának megalkotásánál.

A tanácskozás ajánlása egy 1 km oldalhosszúságú, a cm hullámhossz-tartományban működő távcsőrendszer, az ún. 1KT. A kitűzött feladat az, hogy a célzott SETI kutatásokat a jelenlegi 100 fényév határtávolságról (amelyen belül kb. 1000 csillag vizsgálható részletesen) kiterjeszteni 1000 fényévig - ez már 1000000 csillagot jelent. Ehhez a rádiótávcső érzékenységét két nagyságrenddel kell megnövelni. Az elképzelés az, hogy a helyszínen lehetne előállítani ezer darab 30 m-es, vagy tízezer darab 10 m-es antennát, bár szóba került az is, hogy százezer darab kommerciális, 3 m-es TV antenna ugyanúgy megfelelne a célnak. Ezeknél a távcsöveknél gyakorlatilag csak az alumínium árát kellene megfizetni, vagyis négyzetméterenként legfeljebb 200 dollár lenne a költség. A számítógép rendszer segítségével összehangolt távcsőerdő azután a 200 MHz-től 3 GHz-ig terjedő frekvenciatartományban végezné célzott megfigyeléseit. A felhasznált elemek nagy száma miatt a sugárnyaláb-formálás és a leképzés költségvonzata a legnagyobb. A műszaki problémák a 21. század technikájával megoldhatónak látszanak, és a távcső a jövő évtized végére működőképes lehet, ha sikerül a projekt pénzügyi hátterét előteremteni.

Hangsúlyozni szeretném, hogy bár technikailag az 1KT távcső forradalmian újszerűnek látszik, de a vele végrehajtandó célzott SETI program szinte semmiben nem különbözik a Phoenixtől, vagy annak előzményeitől. A tanácskozás csak azt javasolta, hogy a potenciális célpontok kiválasztásánál ne szorítkozzanak a Nap-típusú csillagokra, hanem vegyenek fel az észlelési listára olyan égitesteket is, mint a bolygóval rendelkező csillagok általában (lásd 2. fejezet), a rádiótartományban változó források és az ismert égi maserek. Sőt olyan javaslat is van, hogy rendszeresen észleljék az 1KT-vel az olyan vidékeket a Tejútrendszer fősíkja és középpontja közelében, ahol sok csillag esik egyszerre a látómezőbe - megnövelve ezzel a felfedezés esélyeit.

A második terv, amellyel részletesebben foglalkozni érdemes, az Ohio Egyetemen kidolgozott és részben már ki is próbált Argus távcső. Bár műszaki elveit tekintve több ponton hasonlít az 1KT-hez, ez a projekt mégis a korábbiaktól eltérő, új koncepción alapul. Emlékeztetnék arra, hogy az ohioi SETI rádiócsillagászati program 1997 végén milyen szomorú sorsra jutott, amikor az egyetem eladta a 25 éve folyamatosan működő SETI távcső alatti földterületet, és a távcsövet le kellett bontani. Robert Dixon és munkatársai nem adták fel a harcot, hanem egy teljesen új alapokon működő berendezéssel akarják folytatni kutatásaikat. A távcső azért kapta a százszemű mitológiai alak, Argus nevét, mert folyamatosan regisztrálni tudja majd az egész égboltról beérkező rádiósugárzást. Ez a megoldás egyben új keresési stratégiát is jelent, hiszen a szabadon választható paraméterek közül kiküszöböli a két legkényesebbet, az irányt és az időpontot: egyszerre és folyamatosan néz minden irányba. (Ilyen "all sky" kamerák az optikai csillagászatban már régóta működnek, sőt a rádiózásban is könnyen lehet minden irányban - bár nem egyforma mértékben - érzékeny antennákat találni, de ezek a kismértékű jelerősítés miatt "távcsőnek" nem tekinthetők.)

Mi is a távcső lényege? Galilei óta a távcső fogalmához látszólag hozzátartozik, hogy

- egy kiválasztott irányba állítható,
- vannak precízen megmunkált nagyító elemei, lencsék vagy tükrök,
- vannak mozgó részei (montírung),
- egyszerre csak egy megfigyelő "nézhet bele".

Az Argus tervezői ettől elveiben eltérő távcsövet képzelnek el: több mindenirányú antennát összekapcsolnak egy hálózattá, amely nem fázisban, hanem időben korrelált. Sok ezer, akár milliónyi elemből áll, amelyek mind fix felállításúak, és felfelé néznek. Mindegyiknek saját vevője és számítógépe van, és mindegyik továbbítja vevőjének digitalizált kimeneti jelét a nyalábbá alakító számítógép központi egységébe. Ott folyamatosan létrehozzák az összes lehetséges sugárnyalábot ("valódi időben", tehát nem utólag!), lefedve az egész rádióeget látóhatártól látóhatárig. Ebben a berendezésben tehát nincs "letapogatás", mint a korábbi, SS jelű felmérési programokban, hanem a rádióég teljes képe minden egyes önkényesen megválasztott integrációs periódus végére megszületik. Nincs ráállás a megcélzott égitestekre, nincs mozgatás, és nincsenek precíziósan megmunkált elemek, sőt az Argus távcső egyidejűleg használható milliónyi megfigyelési programhoz, például az Interneten keresztül. Mint látjuk, a koncepció alapvetően eltér a klasszikustól. Lényege, "idegrendszere" az a hatalmas számítógép-hálózat, amely a képalkotáshoz összekapcsolja a nagyszámú antenna-elemet annak érdekében, hogy annyi sugárnyaláb jöjjön létre, amely már egyszerre lefedi az egész eget.

Ami az Argus távcső érzékenységét illeti, az megegyezik egy olyan tányérantennáéval, amelynek ugyanekkora a gyűjtőfelülete, és vele azonos érzékenységű vevőberendezése van. Viszont mennél nagyobb gyűjtőfelületű tányérantennát építünk, annál nagyobb a befektetendő élőmunka költsége, ezzel szemben az Argus távcsőnél a számítástechnikai költség dominál, ami a tapasztalatok szerint napjainkban meredeken csökken.

Az Argus-nak még más előnyei is vannak a hagyományos rádiótávcsövekkel szemben. A rendszer rugalmas, újabb elemek hozzáadásával bármikor bővíthető. Álló vagy mozgó zavarforrásokat könnyen ki tud szűrni, sőt a földi zavarforrás távolsága is bemérhető. Esetleges tranziens, vagyis rövid ideig látható jelenségeket is hitelesen észlelni tud, még annak is utána lehet nézni, hogy a kérdéses irányból korábban látszott-e valamiféle érdekes jelenség. S a legfontosabb az, hogy a hatékonyság a teljes ég folyamatos lefedése miatt felülmúlja minden korábbi SETI távcsőét, még akkor is, ha az antenna átmérője jóval kisebb (17. ábra). Itt a hatékonyságot úgy definiálja, mint a beérkező rádiósugárzás összenergiájának azt a hányadát, amelyet a rádiótávcső hasznosít.)

Ohioban évekkel ezelőtt összeállítottak, és kipróbáltak egy 8 elemből álló Argus Mark I prototípust, amely a 162 MHz frekvencián működött, és egy 7 kHz-es sávot fedett le. Tesztelni a rendszert a környék meteorológiai állomásainak sugárzásával tudták. Jelenleg elsősorban a még szinte megoldhatatlan számítástechnikai problémákra koncentrálnak. Vegyük figyelembe, hogy a teljes Argus rendszerben a nyalábalkotáshoz nem kevesebb, mint 1014 szorzási művelet végrehajtása szükséges másodpercenként, ami jóval meghaladja a mai lehetőségeket. A feladat esetleg célszámítógépek alkalmazásával oldható meg. Dixon egyébként úgy képzeli, hogy kipróbál egy 64 elemből álló közbülső megoldást, amely mindössze 1o felbontással és 1 kHz sávszélességgel működne; ehhez 140 millió szorzás/mp számítástechnikai kapacitás kell. A teljes megoldásban az antennákat egy logaritmikus spirális karokkal rendelkező alakzatban kellene elhelyezni (16. ábra). A négyszögek a kalibráló adókat jelzik.) Dixon hozzáteszi, hogy egy ilyen rádiótávcső-rendszernek földi alkalmazásai is lehetnek, például áthaladó repülőgépek és műholdak megfigyelésében. Az Argus-távcső, akárcsak egy másik, ugyancsak Argusnak nevezett ausztrál projekt, az idegen civilizációk keresésének fontos eszköze lehet a jövő században.

A harmadik, jövőbemutató elképzelés, amelyre most rátérünk, ismét más jellegű. Nem speciális SETI távcső építéséről van szó, hanem egy meglévő, illetve egy, a közeljövőben remélhetőleg megvalósuló rádiócsillagászati program nyújtotta újszerű lehetőségekről. A rádiócsillagászok VLBI (Very Long Baseline Interferometry - nagyon hosszú bázisú interferometria) elnevezésű rendszereit különböző vonatkozásokban többször említettük már; ezeknél kettő vagy több, egymástól több száz vagy több ezer kilométer távolságban lévő rádiótávcső észleli párhuzamosan ugyanazt az égi sugárforrást, majd a beérkezett és regisztrált jelek keresztkorrelációs technikával történő feldolgozása következik. Az eredmény egy olyan felbontású kép, mintha a résztvevő távcsövek egyetlen több száz vagy több ezer kilométeres óriástávcső részeit képezték volna. Ily módon lehetett elérni az ívmásodperc ezredrészének megfelelő felbontást. A további javításnak tulajdonképpen a Föld méretei szabnak határt, mert egymástól 12 ezer km-nél távolabbra a Földön két rádiótávcsövet elhelyezni nem lehet. Viszont, ha az egyik távcsövet kihelyezzük a világűrbe, akkor az így létrehozható "űr-VLBI rendszer" alapvonalai - a távcsöveket összekötő egyenesek - még hosszabbak lehetnek (18. ábra). Néhány előzetes kísérlet után Japán 1997. február 17-én felbocsátotta Halca (korábbi nevén VSOP vagy Muses-B) nevű VLBI holdját. A Halca 8 m-es rádiótávcsöve különféle földi VLBI távcsövekkel összekapcsolva azóta is eredményesen működik. E hold esetében az űr-VLBI rendszer maximális bázisvonala elérheti a 30000 km-t, ami a Föld átmérőjének több mint kétszerese. A megfelelő felbontás az ezredívmásodperc tizedrésze.

Az űr-VLBI gondolata tulajdonképpen még a nyolcvanas évekre vezethető vissza. Először az ESA fogadott el egy tervet Quasat néven (amelyről később pénzügyi keretek hiányában lemondott), majd a Szovjetunió kezdett hozzá - nemzetközi együttműködésben - egy nagyszabású űr-VLBI hold, a Rádióasztron tervezéséhez és megvalósításához. A hold egyes egységeinek elkészítésében, programjának kialakításában külföldi, köztük magyar szakemberek is részt vettek. (Fejes István a Rádióasztron tudományos bizottságának titkára lett.) A hold antennája 10 m, pályáját igen elnyúltra tervezik úgy, hogy a maximális bázisvonal elérje a 85000 km-t, a felbontás pedig az ezredívmásodperc harmincad részét. A használt frekvenciák: 0,3 1,6 5 és 22GHz. Sajnos Oroszország krónikus pénzhiánya mindeddig megakadályozta a hold felbocsátását.

Az űr-VLBI, mint lehetőség a rádiós SETI programok számára, 1986-tól kezdve többször felmerült. Orosz szerzők főképp azt hangsúlyozták, hogy a rendszer által megvalósítható extrém felbontás esetleg lehetővé teszi olyan szabályos alakzatok felfedezését a csillagok világában, amelyeket talán egy fejlett technikai civilizáció természetátalakító tevékenysége hozott létre. A probléma persze ezzel az, hogy a jelenlegi és a tervezett űr-VLBI rendszerek egyáltalán nem foglalkoznak az égbolt általános feltérképezésével, hanem csak bizonyos érdekes, és általában nagyon távoli rádióforrások (aktív galaxismagok, kvazárok) megfigyelésével. Az olasz Maccone 1987-ben a Quasat tervvel kapcsolatban kiemelte, hogy egy VLBI hálózat használata több szempontból előnyös lehet egyetlen rádiótávcsővel szemben, például igen pontosan be lehet határolni akár egy hirtelen feltűnő és eltűnő jel pozícióját is. Továbbá a több távcső segít abban is, hogy kiszűrjük a földi eredetű interferenciát. Felhívta a figyelmet arra, hogy az űr-VLBI rendszereknél használt frekvenciák közül kettő, az 1,6 és a 22 GHz olyan "mágikus frekvencia", amely az OH maserének, illetve a víz maserének felel meg.

1994-ben egy SETI szimpóziumon két előadás is foglalkozott az űr-VLBI technikával. Kardasov és munkatársai bemutatták a távlati orosz űr-VLBI terveket (Millimetron, VOT). A következő, Fejes Istvánnal közös előadásunkban azt fejtegettük, hogy szerintünk milyen lehetőségeket kínál a jelenlegi és a jövőbeli űr-VLBI technika a SETI programok számára. Hangsúlyoztuk, hogy olyan különleges rádióforrásokat kellene észlelni, mint a bolygókkal rendelkező PSR B1257+12 pulzár, és más "gyanús" pulzárok. Azt is javasoltuk, hogy a már ismertetett SERENDIP berendezést célszerű lenne egy űr-VLBI kampány során párhuzamosan, az egyik földi VLBI távcsőre szerelve működtetni a "mágikus frekvenciák" egyikén. Ez megkönnyítené a SERENDIP műszer által esetleg éppen észrevett, de csak rövid időre jelentkező jelek azonosítását és értelmezését.

Az űr-VLBI holdak első generációja tulajdonképpen nem igazán alkalmas nagyszabású SETI programra, főképp azért nem, mert célpontjainak és frekvenciáinak megválasztása asztrofizikai szempontok szerint történik. Színképi felbontásuk sem különösen jó, ezért egy idegen civilizáció jelzése aligha lenne könnyen elkülöníthető a természetes rádióforrásoktól. Viszont e technika még nagy jövő előtt áll, és tucatnyi űr-VLBI terv létezik, reményt adva arra, hogy a jövő században ezek közül néhány valóban bekapcsolódik a SETI kutatásokba is.

Előző fejezet - Tartalomjegyzék - Következő fejezet

SETI - Földönkívüli Intelligens Élet Kutatás
tudományos módszerekkel
Frissítve: 2000-10-04 Távkapcsolat Co.