SETIのしくみ

私たちは宇宙に一人でいますか、それとも私たちがコミュニケーションをとることができる知的な存在がそこにいますか？私たちが宇宙旅行に依存しているかどうかはわからないかもしれません-星の間の距離は想像を絶するほど広大であり、光推進、原子力推進、ソーラーセイル、物質反物質エンジンなどの宇宙ロケットに関する私たちの最先端のアイデアは何年も離れています現実になる。

地球外（ET）生命の兆候をどのように検出できますか？ 1つの方法は、基本的に、地球の向こうから来る無線通信を盗聴することです。ラジオは安価なコミュニケーション手段であるだけでなく、技術文明の兆候でもあります。人類は、1930年代から、地球から宇宙空間に毎日移動する電波やテレビ放送を通じて、意図せずにその存在を発表してきました。

地球外知的生命体探査（SETI）は、専用の科学者の日常によって行われます。映画「コンタクト」では、ジョディフォスターのキャラクター、エリーアローエイが、いくつかの大型電波望遠鏡で天国を探索しています。彼女が遠くの星からラジオメッセージを受け取るとき、人類に深い意味があります。

SETIは非常に物議を醸す科学的取り組みです。一部の科学者は、それが時間とお金の完全な浪費であると信じていますが、他の科学者は、ETからの信号の検出が宇宙の私たちの見方を永遠に変えると信じています。この記事では、SETIプログラムについて検討します。電波望遠鏡がどのように機能し、SETI検索にどのように使用されるか、エイリアンの生命を検出する確率は何か、そのような信号が検出された場合に何が起こるか、そして自分でSETIに参加する方法を見ていきます。

コンテンツ

1. 空を探す
2. コンタクト
3. SETIとあなた
4. SETIの未来
5. 空のための料理

宇宙はとてつもなく大きな場所です。ETからの無線信号を探すために、どうすれば巨大な空を最もよく検索できますか？3つの基本的なジレンマがあります。

空の大面積と小面積

空がとても大きいので、SETI検索には2つの基本的なアプローチがあります。

頻度は何ですか？

なじみのない場所にいて、カーラジオでステーションを見つけたい場合は、何かを拾うまでダイヤルを回すか、ラジオにこれらの機能がある場合は「検索」または「スキャン」ボタンを押す必要があります。さて、問題は、ETがどこで放送するのかということです。カール・セーガンの言葉を引用すると、「数十億」という非常に多くの周波数があるため、これはおそらくSETI研究者にとって最大の課題です。宇宙は、夏の夜がコオロギや他の昆虫の音で満たされているように、自然に発生する現象からの無線ノイズで満たされています。幸いなことに、自然はバックグラウンドノイズが低い無線スペクトルに「ウィンドウ」を提供します。

1〜10ギガヘルツ（GHz）の周波数範囲では、バックグラウンドノイズが急激に低下します。この領域には、励起された原子または分子によって引き起こされる2つの周波数があります。水素原子によって引き起こされる1.42 GHzと、ヒドロキシルイオンによって引き起こされる1.65GHzです。水素イオンとヒドロキシルイオンは水の成分であるため、この領域はウォーターホールと呼ばれています。多くのSETI研究者は、ETがこの周波数領域について知っており、ノイズが少ないために意図的にそこで放送すると考えています。したがって、ほとんどのSETI検索プロトコルには、このスペクトル領域が含まれています。他の「魔法の」周波数が提案されていますが、SETIの研究者は、これらの周波数のどれを検索するかについてのコンセンサスに達していません。

別のアプローチでは、検索を1つの狭い範囲の周波数に限定するのではなく、数百万または数十億の周波数を同時にスキャンできる大規模なマルチチャネル帯域幅の信号プロセッサを構築します。多くのSETIプロジェクトはこのアプローチを使用しています。

限られた電波望遠鏡のリソース

世界の電波望遠鏡の数は限られており、SETIの研究者は、これらの機器について他の電波天文学者と時間を競わなければなりません。この問題には3つの解決策があります。

SETIの研究の多くは、既存の電波望遠鏡で時間を「借りる」ことによって行われてきました。これが映画「コンタクト」で行われた方法です。現実の世界では、プロジェクトフェニックス（唯一のターゲットSETI検索）は、オーストラリアのパークス望遠鏡、ウェストバージニア州グリーンバンクの140メートル望遠鏡、プエルトリコのアレシボ望遠鏡で時間を借りています。プロジェクトフェニックスには、信号分析装置が満載のトラクタートレーラーがあり、望遠鏡に取り付けて検索します。

SERENDIPプロジェクトは、他の誰かが使用している電波望遠鏡（Arecibo）に追加の受信機を便乗させます。次に、SERENDIPの研究者は、対象のターゲットから取得した信号を分析します。プロジェクトSERENDIPは、大量の望遠鏡時間を利用しますが、その研究者は、どのターゲットを調査するかを制御できず、ET信号の可能性を確認するための追跡調査を実施できません。

アレン・テレスコープ・アレイは、 SETI研究所が建設され、新たな電波望遠鏡です。サンフランシスコの北東、カリフォルニア大学バークレー校のハットクリーク天文台の「電波静かなエリア」に位置するこのアレイは、干渉法によって無線信号を収集するために数百またはおそらく数千の裏庭タイプの衛星放送受信アンテナを使用して、完全にSETI専用になります。（電波望遠鏡については、「空の料理」のセクションを参照してください）。アレンテレスコープアレイの費用は約2600万ドルになると予測されています。

SETIプロジェクト

1960年以来、いくつかのSETIプロジェクトが実施されています。主要なプロジェクトのいくつかは次のとおりです。

これらおよびその他のSETIプロジェクトの詳細については、記事の最後にあるリンクのセクションを参照してください。

信号が検出された場合、信号が地球外生命体であることを確認するために続く一連の手順があります。

信号が確認されたら、この情報の公開で従わなければならない非常に具体的な手順があります（詳細については、SETI協会：地球外知的生命体の検出後の活動に関する原則の宣言を参照してください）。映画「Contact」には、ET信号の検出とその後のイベントがよく描かれています。

ET信号を見つける可能性は何ですか？この問題に対処するために、天文学者のフランクドレイクは、1961年に銀河のET文明の数を計算する方程式を導入しました。この方程式は現在ドレイク方程式と呼ばれ、その推定では天文学、生物学、社会的要因を考慮しています。

どこ：

ドレイク方程式の分数は、0から1の間のゼロ以外の値を持ちます。方程式の右側の最初の3つの項は、天文学的項です。次の2つは生物学的用語です。最後の2つは社会学的用語です。

ドレイクの方程式は、SETIの研究におけるガイドラインとなっています。Nの値は、他の値の推定に応じて、銀河内の数千から数十億の文明のどこかにあると計算されています。

上記の推定値を使用し、R _*が40に等しいと判断した場合、ドレイクの方程式は次のようになります。

ご覧のとおり、ドレイクの方程式の結果は使用する値に大きく依存しており、Nの値は1から数千の範囲で計算されています。SETIと一般的な天文学研究のいくつかの側面は、太陽系外惑星の数など、ドレイク方程式の項の信頼できる推定のためのデータを収集することに専念してきました。ドレイクの方程式の詳細については、リンクのセクションを参照してください。

フェルミのパラドックス

ノーベル賞を受賞した物理学者のエンリコフェルミは、知性を発達させ、星に信号を送ったり、星に旅行したりするのに何十億年もかかる場合、宇宙に何十億もの世界がある場合、そして宇宙が130億年以上前のものである場合、では、なぜ私たちはETに訪問されなかったのでしょうか、それとも銀河がETで這っていないのでしょうか。この議論はSETIの価値を疑問視するために使用されており、著者のDavid Brinは、「The Great Silence」と呼ばれるエッセイでそれを拡張しています（「私たちは宇宙に一人でいますか？：新世紀におけるエイリアンの接触の探求」を参照）。）。

1999年、カリフォルニア大学バークレー校の科学者であるダン・ワーティマーとデビッド・P・アンダーソンがプロジェクトSERENDIPに取り組みました。彼らは、SERENDIPが使用するアレシボ天文台からのデータを分析する際の制限要因が利用可能な計算能力であることを認識しました。1つ以上の大型スーパーコンピューターを使用してデータを分析する代わりに、多くの小型デスクトップPCを使用してインターネット経由で小さなデータを分析することができます。彼らは、インターネット経由でカリフォルニア大学バークレー校からダウンロードして参加者の自宅のコンピューターに常駐させることができるSETI @homeと呼ばれるスクリーンセーバープログラムを考案しました。このプログラムは、自宅で、またはスクリーンセーバーとして機能します。

プロジェクトの仕組みは次のとおりです。

スクリーンセーバーは、データ分析ウィンドウ（左上）、データ/ユーザー情報（右上）、および分析中のデータの周波数-電力-時間グラフ（下）の3つのセクションに分かれています。データのチャンクは、高速フーリエ変換（FFT）と呼ばれる数学的手法を使用して、データを多くのチャネルに分散させることによって分析されます。データがランダムである場合、すべてのチャネルの信号は等しくなります。信号の場合（スパイク）が存在する場合、1つ以上のFFTチャネルが他のチャネルよりも目立ち、特定の電力レベルのしきい値を超えます。次に、プログラムは、スパイクの周波数が他の周波数にわずかにシフトしているかどうかを確認します。このシフトは地球の自転によって引き起こされ、スパイクが地球外起源であることを示しています。最後に、アレシボ天文台は静止しているため（地球の自転で物体を追跡しません）、ET信号は皿の表面上を端から中心へとドリフトし、時間の経過に伴うスパイクのプロットはベルのように見えます。形の曲線。プログラムは、スパイクがこの曲線に適合するかどうかをテストします。これらの3つの基準が満たされると、プログラムはUC-Berkeleyによる後の分析のために情報にフラグを立てます。

画面のデータ/ユーザー情報セクションには、データチャンクを取得した観測に関するメモとユーザーに関するメモが含まれています。

グラフ画面では、分析の進行状況を一目で確認できます。プログラムは、観察されたすべてのスパイクを記録し、さらに分析するためにこの情報をUCバークレー校に中継します。各データセットは、確証のために2人のユーザーによって個別に処理されます。スパイクが可能な信号の基準に合格した場合、他のSETIプロジェクトは座標をより詳細に調べて、結果を確認します。

SETI @ home、コンピューター、インターネット接続があれば、SETIの研究に参加できます。現在までに、SETI @ home Webサイトは、1日あたり100万件のヒットと10万人のユニークビジターを受け入れています。

ノート

ドレイクの方程式のいくつかの形態は、後に追加の用語を追加するR _* - F_の星太陽のようなもので形成される星の画分について、。f _sのゼロ以外の値は、0から1の間で変化しますが、0.1または10パーセントと推定されます。

SETI協会やSETIリーグなどの民間財団の金銭的支援とSETI @ homeへの参加から関心を測ることができれば、一般の人々はSETI研究に大きな関心を持っているようです。SETIの将来は明るく見え、次の分野で開発が進んでいます。

宇宙の他の場所に存在する知的な生命の可能性は、何千年もの間人類に興味をそそられてきました。私たちは現在、ETからの信号を検出し、独自の信号を星に放送するのに十分なほど技術が進歩している時期にいます。テクノロジーの進歩とSETIへの関心の高まりにより、「インテリジェントライフはそこに存在するのか」という古くからの質問に対する答えを見つけるのに近づいているかもしれません。

ETが無線で通信している場合、どうすればそのような信号を検出できますか？無線信号は、可視光、赤外線（熱）、X線などの光の波です。しかし、無線信号はこれらの他の形態の光よりも長い波長を持っています。ET無線信号を検出するには、電波望遠鏡を使用します。電波望遠鏡は、家や車にあるラジオに似たラジオ受信機です。次の部分があります。

電波望遠鏡の部品の図（カセグレン設計）。

ラベルにカーソルを合わせると、各ピースが呼び出されます。

一般に、大型の電波望遠鏡を使用すると、弱い信号を検出して解決できます。したがって、皿が大きいほど、信号の解像度が高くなります。ただし、大きな皿は、構築および維持するのが難しく、費用がかかります。この問題を回避するために、電波天文学者は干渉法と呼ばれる技術を使用します。干渉法は、広い領域に広がるいくつかの小さな電波望遠鏡からの信号を組み合わせて、同じ領域に1つの大きな皿に相当するものを実現します（干渉法の詳細については、次のページのリンクを参照してください）。

SETIおよび関連トピックの詳細については、次のページのリンクを確認してください。

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