18新利最新登入SETI如何工作

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SETI是一项极具争议的科学研究。mikulas1 / Getty Images

我们在宇宙中是孤独的,还是有智慧的生物可以与我们交流?我们可能永远不会知道我们是否依赖太空旅行——地球与地球之间的距离星星是难以想象的浩瀚,是我们对太空最先进的想法火箭,例如光推进核能发展太阳帆而且物质反物质发动机,要成为现实还需要很多年。

18新利最新登入我们如何探测到外星生命的迹象?一种方法是基本上窃听来自地球以外的任何无线电通信。广播不仅是一种廉价的交流方式,也是一种技术文明的标志。自20世纪30年代以来,人类一直在无意识地宣布自己的存在无线电波而且电视广播每天从地球进入外太空。

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搜寻地外文明(SETI)每天都由敬业的科学家进行。在电影里“接触”,朱迪·福斯特(Jodie Foster)饰演的艾丽·阿洛韦(Ellie Arroway)用几台大型射电望远镜搜索天空。当她收到来自遥远恒星的无线电信息时,这对人类有着深远的影响。

SETI是一项极具争议的科学研究。一些科学家认为,这完全是浪费时间和金钱,而另一些科学家则认为,探测到来自外星人的信号将永远改变我们对宇宙的看法。在本文中,我们将研究SETI计划。我们将了解射电望远镜是如何工18新利最新登入作的,以及它们是如何用于SETI搜索的,探测到外星生命的概率是多少,如果或当探测到这样的信号时会发生什么,以及你自己如何参与SETI。

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搜索天空

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无线电频谱,显示窗口,或“水洞”,18新利最新登入在微波区域

宇宙是一个非常大的地方。18新利最新登入怎样才能在广阔的天空中寻找来自外星人的无线电信号呢?有三个基本的困境:

  • 18新利最新登入如何搜索这么大的一片天空
  • 在收音机的哪里可以找到外星人
  • 18新利最新登入如何最大限度地利用有限的射电望远镜资源进行SETI

大区域和小区域的天空

因为天空太大了,SETI搜索有两种基本方法:

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  • 大视场搜索-在这种方法中,你调查天空的大块,一次一个,寻找信号。广域搜索可以在短时间内以低分辨率搜索整个天空。18新利最新登入然而,如果探测到信号,如果没有后续的高分辨率搜索,就很难确定确切的信号来源。
  • 有针对性的搜索-在这种方法中,你对有限数量(1000到2000个)的类太阳天体进行深入研究星星为ET信号。有针对性的搜索可以对我们认为可能存在外星生物的小区域进行更详细的调查,比如有行星的恒星,以及我们所知道的有利于生命的条件。18新利最新登入然而,这种方法忽略了天空的大部分,如果猜测是错误的,可能什么也得不到。

频率是多少?

当你在一个不熟悉的地方,想要找到你的汽车收音机的电台,你必须转动转盘,直到你听到一些东西,或者按“搜索”或“扫描”按钮,如果你的收音机有这些功能。问题是,外星人会在哪里广播?这可能是SETI研究人员面临的最大挑战,因为频率太多了——用卡尔·萨根的话来说,是“数十亿、数十亿”。宇宙中充满了自然现象产生的无线电噪声,就像夏夜充满了蟋蟀和其他昆虫的声音一样。幸运的是,大自然确实在无线电频谱中提供了一个背景噪声较低的“窗口”。

在1- 10千兆赫(GHz)频率范围内,背景噪声会急剧下降。在这个区域,有两个频率是由激发的原子或分子引起的:由氢原子引起的1.42 GHz和由羟基离子引起的1.65 GHz。因为氢离子和氢氧离子是水的组成成分,所以这一区域被称为氢离子区水的洞.许多SETI研究人员推断外星人会知道这个频率区域,并故意在那里广播,因为噪音低。所以,大多数SETI搜索协议都包含了这个光谱区域。尽管已经提出了其他“神奇的”频率,SETI的研究人员还没有就搜索这些频率中的哪一个达成共识。

另一种方法不限制搜索任何一个小范围的频率,而是构建大型的多通道带宽信号处理器,可以同时扫描数百万或数十亿个频率。许多SETI项目使用这种方法。

射电望远镜资源有限

世界上射电望远镜的数量是有限的,SETI的研究人员必须与其他射电天文学家竞争使用这些仪器的时间。这个问题有三种可能的解决方案:

  • 在现有的射电望远镜上进行有限的观测
  • 对其他射电天文学家获取的射电数据进行SETI分析(肩扛寄生虫的搜索
  • 建造新的射电望远镜,完全用于SETI研究

SETI的许多研究都是通过“租用”现有射电望远镜的时间来完成的。这就是电影《超能力接触》里的场景。在现实世界中,凤凰城项目(唯一有针对性的SETI搜索)租用了澳大利亚的帕克斯射电望远镜,西弗吉尼亚州格林班克的140米望远镜和波多黎各的阿雷西博射电望远镜。凤凰计划有一辆装满信号分析设备的拖车,它将这些设备安装在望远镜上进行搜索。

SERENDIP项目在别人使用的射电望远镜(Arecibo)上附加一个接收器。然后,SERENDIP的研究人员分析从感兴趣的目标获得的信号。SERENDIP项目利用了大量的望远镜时间,但其研究人员无法控制研究的目标,也无法进行后续研究来确认可能的ET信号。

艾伦望远镜阵列是SETI研究所正在建造的一个新的射电望远镜。该阵列位于旧金山东北部,位于加州大学伯克利分校帽溪天文台的“无线电安静区”,将完全用于SETI,使用数百或数千个后院式卫星天线收集无线电信号干涉测量法(请参阅天上的菜有关射电18luck手机登录望远镜的资料)。艾伦望远镜阵列预计耗资约2600万美元。

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艾伦望远镜阵列(上:原型七盘阵列;底部:完成的阵列的艺术家概念)
图片由Seth Shostak/SETI研究所提供
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艾伦望远镜阵列(上:原型七盘阵列;底部:完成的阵列的艺术家概念)
图片由Seth Shostak/SETI研究所提供

SETI计划

自1960年以来,已经开展了几个SETI项目。主要有:

  • 奥兹玛项目1960年,天文学家弗兰克·德雷克进行了第一次SETI搜索
  • 俄亥俄州大耳朵SETI项目- 1973年发射,探测到一个短暂但未经证实的信号,叫做WOW!1997年,为了给一个高尔夫球场让路,该球场被关闭
  • 项目锡兰- 1979年由加州大学伯克利分校发起
  • 美国国家航空航天局,8经(高分辨率微波探测)- NASA于1982年启动,1993年因美国国会削减其资金而停止
  • 项目元(超级通道地外探测)——1985年由哈佛大学发起,用于搜索840万个0.5赫兹通道
  • COSETI(哥伦布光学SETI) -作为第一个光学SETI搜索来自外星的激光信号于1990年启动
  • 项目测试(十亿通道地外探测)——1995年由哈佛大学发起,用于搜索数十亿通道
  • 凤凰城项目- 1995年推出,SETI研究所是NASA SETI努力的延续
  • Argus项目1996年启动SETI联盟的全天空探测项目
  • 南部锡兰- 1998年在澳大利亚启动,搜索南部天空的背负式项目
  • 搜寻地外文明计划- 1999年可用的屏幕保护程序,用于使用家用电脑分析SETI数据

有关这些和其他SETI项目的详细信息,请参见链接在文章的最后。

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联系

如果探测到信号,接下来会有一系列步骤来确认信号是来自外星:

  1. 射电望远镜被移离目标(离轴)——信号应该消失,当望远镜指向目标时,信号应该返回。这证实了信号来自望远镜的视场。
  2. 已知的地球或近地来源,例如卫星,必须排除信号发出者的可能性。
  3. 必须排除已知的自然地外来源,如脉冲星和类星体。
  4. 信号必须由另一个射电望远镜确认,最好是另一个大陆上的射电望远镜。

一旦信号得到确认,在发布该信息时必须遵循非常具体的步骤(参见18luck手机登录SETI研究所:关于探测到地外文明后的活动的原则宣言详情)。电影“接触”对外星人信号的探测和后续事件有很好的描述。

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我们找到外星人信号的可能性有多大?为了解决这个问题,天文学家弗兰克·德雷克1961年,他提出了一个计算银河系中外星文明数量的方程。这个方程,现在被称为德雷克方程,在估算时考虑了天文、生物学和社会学因素:

地点:

  • N-交流文明的数目
  • R-星系生命周期内恒星形成的平均速率(每年10 - 40颗)
  • fp-有行星的恒星比例(0 < fp<1,估计为0.5%或50%)
  • ne-每个行系统中地球类型行星的平均数量(0 < ne<1,估计为0.5%或50%)
  • fl-有生命存在的行星的比例(0 < fl<1,估计为1%或100%)
  • f-生命中发展智力的部分(0 < f<1,估计为0.1%或10%)
  • fc-有智能生命发展出无线电等技术的行星比例(0 < fc<1,估计为0.1%或10%)
  • l-以年为单位的交流文明的寿命(估计变化很大,从几百年到几千年,例如大约500年)

德雷克方程中的分数在0到1之间有非零值。方程右边的前三项是天文项。接下来的两个是生物学术语。最后两个是社会学术语。

德雷克方程一直是SETI研究的指导方针。根据对其他值的估计,N的值被计算为银河系中数千到数十亿个文明。

如果我们使用上面列出的估计值,并确定R等于40,那么德雷克方程就变成:

如您所见,Drake方程的结果高度依赖于您所使用的值,并且N的值可以在1到数千之间的任何地方计算。SETI和一般天文学研究的一些方面致力于收集数据,以可靠地估计德雷克方程中的各项,例如太阳系外行星的数量。看到链接部分了解德雷克方程的更多细节。

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SETI和你

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络,屏幕放大版的图片

1999年,加州大学伯克利分校的科学家Dan Werthimer和David P. Anderson参与了SERENDIP项目。他们认识到,在分析SERENDIP使用的阿雷西博碟的数据时,一个限制因素是可用的计算能力。不需要使用一台或多台大型超级计算机来分析数据,许多小型台式电脑可以用来分析互联网上的小块数据。他们设计了一个屏幕保护程序该程序名为SETI@home,可以通过互联网从加州大学伯克利分校下载,并驻留在参与者的家用电脑上。该程序可以工作在驻地或作为一个屏幕保护程序。

以下是该项目的18新利最新登入工作原理:

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  1. 数据收集自波多黎各的阿雷西博碟,SERENDIP项目目前正在那里进行。
  2. 数据与观测记录一起存储在磁带或磁盘上,如日期、时间、天空坐标和有关接收设备的记录。
  3. 数据被分成小块(大约107秒的块),供台式电脑使用。
  4. 你电脑上的SETI@home程序会从加州大学伯克利分校的电脑服务器上下载大量数据。
  5. 你的电脑根据SETI@home程序中的算法分析下载的数据块。分析数据大约需要10到20个小时,这取决于计算机的性能微处理器以及数量内存
  6. 完成后,您的PC将其结果上传到加州大学伯克利分校的服务器,并在分析中标记任何可能的匹配。
  7. 上传完成后,你的电脑会向服务器请求另一大块数据,这个过程继续进行。

屏幕保护程序分为三个部分:数据分析窗口(左上)、数据/用户信息(右上)和正在分析的数据的频率-功率-时间图(下)。18luck手机登录通过使用一种称为a的数学技术将数据分散到许多通道上来分析数据块快速傅里叶变换.如果数据是随机的,那么所有通道中的信号将是相等的。如果信号(斯派克)存在,那么一个或多个FFT通道将突出于其他通道之上,高于某个功率级阈值。接下来,该程序将观察任何峰值的频率是否会轻微转移到其他频率上——这种转移可能是由地球自转引起的,这表明峰值来自外星。最后,由于阿雷西博盘子是静止的——不跟随地球自转的物体——ET信号会在盘子表面漂移,从边缘到中心再到边缘,随着时间的推移,尖峰图看起来像钟形曲线。程序会测试峰值是否符合这条曲线。如果满足这三个条件,程序就会标记信息,供加州大学伯克利分校进行后续分析。18luck手机登录

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SETI@home的数据分析窗口

屏幕的数据/用户信息部分包含18luck手机登录关于获得数据块的观察的注释,以及关于用户的注释。

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SETI@home屏18luck手机登录幕的数据/用户信息部分
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SETI@home屏幕图形窗口

图形屏幕允许用户一眼就能看到分析的进度。该程序记录所有观察到的峰值,并将这些信息传回加州大学伯克利分校进行进一步分析。18luck手机登录每个数据集由两个用户独立处理以进行确证。如果一个尖峰通过了可能信号的标准,那么其他SETI项目将更详细地检查坐标以确认这一发现。

有了SETI@home,一台电脑和互联网连接,你就可以参与SETI的研究。到目前为止,SETI@home网站每天的点击率为100万,独立访问者为10万。

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SETI的未来

公众似乎对SETI研究非常感兴趣,如果可以从SETI研究所和SETI联盟等私人基金会的资金支持以及对SETI@home的参与来衡量兴趣的话。SETI的未来是光明的,在以下几个方面取得了进展:

  • 新的SETI计划将利用无线电频谱的其他区域,如微波区域。
  • 随着个人计算能力和互联网的技术进步,可能会有更多的人参与SETI@home,以及其他的发展分配权力计算程序。
  • 新的射电望远镜,如艾伦望远镜阵列,将用于SETI的独家研究。
  • 使用相对便宜的现成技术,如卫星天线、计算机和电子设备,业余爱好者可以实施他们自己的SETI计划。其中一个业余程序就是项目小鹿斑比(鲍勃和迈克的大投资)
  • 因为外星人可能会发送光信号或者取代无线电信号,更多的光学SETI计划可能会出现。在类太阳附近寻找外星人发出的光信号星星,最好是观察光谱的红外部分,在那里,恒星的背景光可能不那么突兀,如下图所示:18新利最新登入来自类太阳恒星的光谱,显示了可见光和红外激光信标在背景光之上发光的地方。18新利最新登入其中一个光学SETI程序被称为COSETI(哥伦布光学SETI)。

几千年来,人类对宇宙其他地方存在智慧生命的可能性一直很感兴趣。我们目前所处的时代,我们的技术已经足够先进,可以探测到外星人的信号,甚至可以向恒星广播我们自己的信号。随着技术的进步和对SETI兴趣的增加,我们可能接近于找到这个古老问题的答案,“智慧生命存在吗?”

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天上的菜

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干涉仪将来自多个射电望远镜的图像组合在一起,形成一幅看起来像是从一个大盘子拍摄的图像。

如果外星人通过无线电通信,我们如何探测到这样的信号?18新利最新登入无线电信号是电波,比如可见光、红外线(热)和x射线。但无线电信号的波长比其他形式的光要长。为了探测外星人的无线电信号,你需要使用射电望远镜。射电望远镜是一种类似于望远镜的射电接收机广播在你的房子或车里。它有以下几个部分:

射电望远镜部件示意图(卡塞格兰设计)。

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将鼠标悬停在每个部件的调出标签上。

  • -一个抛物面反射器(“桶”),收集无线电波并将它们集中到一个焦点(就像一个镜子反射式望远镜).图中的望远镜是一个卡塞格伦望远镜设计,使用sub-reflector(如反射望远镜中的副镜),饲料喇叭把无线电波集中到天线后面。
  • 天线-位于射电望远镜焦点的金属装置(通常是直的或线圈)。当调谐到正确的频率时,它将无线电波转换成电流频率因为无线电波会引起电子在天线上。射电望远镜中的电子设备——天线、调谐器、放大器——通常用液氮或液氦冷却,以减少随机电流或噪声。噪声越低,就越容易检测到微弱的信号。
  • 调谐器一种将单个无线电信号从进入天线的数千个信号中分离出来的电子设备。调谐器调整天线的频率以匹配传入无线电波中的特定频率。SETI使用多通道分析仪,允许他们同时调整多个频率。
  • 放大器增加由输入无线电信号引起的弱电流强度的电气设备。
  • 数据记录器-存储放大器信号的磁带或数字设备。
  • 辅助数据仪器-用于对数据磁带上的信息进行编码的附加设备18luck手机登录干涉测量法(见下文)。这些工具包括GPS接收器用来记录射电望远镜的位置以及精确的时间标记。
  • 电脑-计算机用于获取和分析数据,以及控制望远镜的运动。
  • 机械系统-齿轮而且汽车在水平轴和垂直轴上是用来指向和跟踪盘子的。

一般来说,大型射电望远镜可以探测到微弱的信号并进行解析——因此,碟形望远镜越大,信号的分辨率就越高。18新利最新登入然而,大型碟形天线的建造和维护既困难又昂贵。为了解决这个问题,射电天文学家使用了一种叫做干涉测量法.干涉测量法将分散在大范围内的几个小型射电望远镜发出的信号结合在一起,以达到在同一区域内相当于一个大碟形天线的效果(有关干涉测量法的详细信息,请参阅下一页的链接)。

有关SETI和相关18luck手机登录主题的更多信息,请查看下一页的链接。

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