Shelley Wright gebruikt de brede lichtverzamelende kracht van Fresnel-lenzen, vergelijkbaar op degenen die gebruikt worden in vuurtorens, om te zoeken naar buitenaardse lasersignalen.
FRANK ROGOZIENSKI
in 2015 stond Sofia Sheikh aan losse eindjes., Haar adviseur aan de Universiteit van Californië (UC), Berkeley, bij wie ze hete, gigantische exoplaneten studeerde, was vertrokken naar een nieuwe baan. Door reddit te bladeren, zag ze een post over een rijkelijk gefinancierde nieuwe zoektocht naar buitenaardse intelligentie (SETI) en merkte op dat de leider was ook op UC Berkeley: astrofysicus Andrew Siemion. Ze vroeg haar voormalige adviseur om een introductie en ontmoette Siemion toen hij nog dozen uitpakte in een nieuw kantoor. “Vanaf daar is alles een beetje geschiedenis”, zegt Sheikh, die de eerste bachelorstudent van het team werd.
Sheikh is nu een Ph. D., student aan de Pennsylvania State University (Penn State), University Park, waar ze een radio-survey leidde van 20 nabijgelegen sterrenstelsels uitgelijnd met het baanvlak van de aarde. Als een intelligente beschaving een van deze systemen zou bewonen en een krachtige telescoop onze kant op zou richten, zouden ze de aarde voor de zon zien passeren, en zouden ze tekenen van leven in onze atmosfeer kunnen detecteren. Ze kunnen zelfs besluiten om ons een bericht te sturen. De resultaten, gepubliceerd in februari in het Astrophysical Journal, waren niet verrassend. “Spoiler alert: geen aliens,” Sheikh grappen.,
SETI onderzoekers zijn gewend aan negatieve resultaten, maar ze proberen harder dan ooit om dat record om te draaien. Doorbraak Luister, de $ 100 miljoen, 10 jaar, particulier gefinancierde SETI inspanning Siemion leads, is het opheffen van een veld dat al decennia vertrouwt op sporadische filantropische hand-outs. Voorafgaand aan Breakthrough Listen, SETI was “kruipend langs” met een paar dozijn uur van telescoop Tijd per jaar, Siemion zegt; nu krijgt het duizenden. Het is als “in een Formule 1-raceauto zitten”, zegt hij., De nieuwe fondsen zijn ook “een enorme katalysator” geweest voor het trainen van wetenschappers in SETI, zegt Jason Wright, directeur van het Penn State Extraterrestrial Intelligence Center, dat dit jaar werd geopend. “Ze koesteren echt een gemeenschap.”
Breakthrough Listen versterkt Radio-enquãates, die de steunpilaar zijn van SETI. Maar het geld spoort ook andere zoekopdrachten aan, in het geval dat aliens kiezen voor andere soorten berichten—laserflitsen bijvoorbeeld—of helemaal geen, die zich alleen openbaren door middel van passieve “technosignaturen.,”En omdat de gegevens verzameld door Breakthrough Listen in een openbaar archief zijn geplaatst, kammen astronomen het door voor niet-levende verschijnselen: mysterieuze pulsen in de diepe ruimte, snelle radio-uitbarstingen genaamd, en voorgestelde donkere materie deeltjes genaamd axions. “Er zijn hier nog onbenutte mogelijkheden”, zegt Axion-zoeker Matthew Lawson van de Universiteit van Stockholm.
misschien wel het belangrijkste gevolg van Breakthrough Listen is dat het SETI, ooit beschouwd als randwetenschap, naar de mainstream heeft geleid., “Tijdschriften zijn ontspannend en laten goede technosignatuur papers worden gepubliceerd,” zegt astrobioloog Jacob Haqq-Misra van het Blue Marble Space Institute of Science. “De giechelfactor neemt af.”Na bijna 3 decennia van het schuwen SETI, NASA organiseerde een technosignature workshop in 2018. In juni verleende zij een subsidie om de detecteerbaarheid van mogelijke technosignaturen in de atmosferen van exoplaneten te modelleren.
maar sommige astronomen maken zich zorgen dat de financiering van boon de wetenschap verstoort., Fernando Camilo, hoofdwetenschapper van het Zuid-Afrikaanse Radioastronomieobservatorium, zegt dat Breakthrough Listen ‘ s vraatzuchtige honger naar tijd op grote telescopen hem ongemakkelijk maakt. “Het laat minder tijd over om astronomie te doen.”Anderen zeggen dat SETI’ s risicovolle, rush-for-the-prize aanpak financiers zou kunnen afleiden van een meer rationele, stapsgewijze zoektocht naar buitenaards leven. “We hebben een heel doordacht proces over wat gefinancierd wordt en wat niet,” zegt Harvard University astronoom David Charbonneau. “Dat gebeurt niet met rijke individuen.,”
Grotere hooibergen
zoekopdrachten naar buitenaardse intelligentie (Seti) zijn gegroeid in het bereik sinds een eerste onderzoek in 1960. Maar als de oceanen van de Aarde alle mogelijke zoekopdrachten vertegenwoordigen, hebben SETI-onderzoekers slechts de waarde van een hot tub gescand.
maar voorstanders van Seti zien zichzelf niet als separatisten. Ze werken steeds meer hand in hand met mensen die op zoek zijn naar exoplaneten en astrobiologie bestuderen. “Het zoeken naar intelligentie is de logische conclusie van deze zoektocht naar leven”, zegt astronoom David Kipping van Columbia University.,
SETI begon klein. In 1960 richtte astronoom Frank Drake een 26-meter radiotelescoop in Green Bank, West Virginia, op twee nabijgelegen zonachtige sterren. Hij scande frequenties rond 1,42 gigahertz, die overeenkomen met golflengten van ongeveer 21 centimeter—het deel van het spectrum waar wolken interstellaire waterstof fotonen uitzenden. Deze 21 centimeter gloed is alomtegenwoordig, en Drake veronderstelde dat het misschien een universeel kanaal op het kosmische dashboard, een natuurlijke plek voor een clarion “We are here!”Maar zijn doelwitten, Tau Ceti en Epsilon Eridani, waren expressieloos., Het onderzoek, genaamd Project Ozma, zag geen teken van kunstmatigheid, zoals een intense piek geperst in een smalle frequentieband.
met financiering van NASA en de National Science Foundation (NSF) werden echter verder gezocht, met grotere telescopen om te luisteren naar zwakkere signalen en hardware die duizenden en uiteindelijk miljoenen smalle frequentiekanalen tegelijk konden scannen. Drake bedacht zijn nu beroemde, gelijknamige vergelijking die schat hoeveel communicatieve buitenaardse beschavingen er in de Melkweg kunnen bestaan., Het hangt af van zeven variabelen, van de snelheid van stervorming tot de gemiddelde levensduur van een beschaving. Hoewel slechts één van de zeven factoren—stervormingssnelheid-met enige zekerheid bekend was, waren buitenaardse jagers op jacht.in 1992 besloot NASA om harder te zoeken, maar om snel van koers te veranderen. Het begon met het Microwave Observing Project, een 10-jaar, $100 miljoen SETI zoeken met behulp van verschillende grote telescopen. Maar het volgende jaar werd het project belachelijk gemaakt en gesneden door wetgevers gericht op het verminderen van het federale begrotingstekort. Sindsdien heeft NASA zich voornamelijk teruggetrokken van SETI.,
zelfs toen de federale financiering verschrompelde, gaven de jaren negentig SETI een onverwacht geschenk. Tot dan had niemand een exoplaneet ontdekt, laat staan een potentieel gastvrije, maar dat decennium bracht een groot aantal ontdekkingen. Sindsdien hebben missies zoals NASA ‘ s Kepler telescoop gesuggereerd dat planetloze sterren zeldzaam zijn, en dat ongeveer één op de vijf zonachtige sterren potentieel bewoonbare planeten ter grootte van de aarde heeft-nog twee factoren in de vergelijking van Drake die het optimisme onder de voorstanders van SETI hebben aangewakkerd. De technologieboom van rond de eeuwwisseling bood nog een boost: nieuw geslagen miljardairs met een voorliefde voor ruimte., Een hoogtepunt kwam in 2007 met de inhuldiging van de Allen Telescope Array, een SETI observatorium in Californië kick-gestart met $11.5 miljoen van Microsoft medeoprichter Paul Allen.
Toen nam het veld nog een sprong. De financiële crisis van 2008 sloeg toe en binnen een paar jaar, met federale en staatsfinanciering krap, UC Berkeley trok zich terug uit het project. De array werd in winterslaap gezet voor 8 maanden. Een geplande uitbreiding van 42 naar 350 gerechten is nooit gerealiseerd. “SETI was volledig gedecimeerd”, zegt Siemion. “Ik was een van misschien twee of drie in de hele wereld die aan SETI werkte.,”
dat was toen Yuri Milner belde.Milner werd geboren en opgeleid in Moskou en werkte als deeltjesfysicus aan het Lebedev Fysisch Instituut. In 1990, toen de Sovjet-Unie instortte, vertrok hij om Bedrijfskunde te studeren aan de Universiteit van Pennsylvania, en in 1999 richtte hij een internet investeringsfonds op. Het fonds was een vroege financier van Facebook en Twitter, en later Spotify en Airbnb. Forbes magazine schat Milner ‘ s netto waarde op 3,8 miljard dollar. “Ik heb een aantal gelukkige investeringen gedaan”, vertelt hij aan de wetenschap.
Milner zegt dat hij altijd een connectie heeft gevoeld met space en SETI., Hij werd geboren in 1961, dagen nadat Drake de eerste SETI conferentie bijeengeroepen. Hij is vernoemd naar Joeri Gagarin, de eerste kosmonaut. Toen hij eenmaal een fortuin had opgebouwd, ” ontdekte ik dat ik nu terug kan geven aan de wetenschap,” zegt hij. Hij wist van SETI ‘ s ernstige financiële problemen, en hij geloofde dat zijn geld en kennis van de tech-industrie kon helpen versnellen van de zoektocht. Siemion ’s UC Berkeley center, tegenover de Baai van San Francisco van Milner’ s huis in Silicon Valley, werd de begunstigde.
Breakthrough Listen stelde ambitieuze doelen., Het zou 1 miljoen sterren die het dichtst bij de aarde staan en 100 sterrenstelsels in de buurt onderzoeken met behulp van twee van ‘ s werelds meest gevoelige stuurbare telescopen, de 100-meter Green Bank Telescope in West Virginia en de 64-meter Parkes radiotelescoop in Australië. Breakthrough Listen kocht ongeveer 20% en 25% van de tijd op die telescopen, en beloofde 10 keer meer hemel te bedekken dan eerdere onderzoeken en vijf keer meer van het radiospectrum, en verzamelde gegevens 100 keer sneller.,
De vier belangrijkste telescopen die door Breakthrough Listen worden gebruikt, scannen nabije sterren en sterrenstelsels op radio-of laserberichten die naar de aarde worden gestraald. Van links naar rechts: Automated Planet Finder, Californië; Parkes Radio Telescope, Australië; MeerKAT Array, Zuid-Afrika; Green Bank Telescope, West Virginia.
links naar rechts: © LAURIE HATCH; AUSCAPE / UNIVERSAL IMAGES GROUP VIA GETTY IMAGES; SOUTH AFRICAN RADIO ASTRONOMY OBSERVATORY; MICHAEL S., WILLIAMSON / the WASHINGTON POST VIA GETTY IMAGES
het bereiken van deze doelen vereiste nieuwe hardware. De belangrijkste elektronische component is een digitale backend, die telescoop gegevens in ultradunne frequentie slices hakt en registreert. Siemion zegt dat de backends van Breakthrough Listen ” ordes of magnitude krachtiger zijn dan iets anders op de site.”De instrumenten zijn 100 uur per jaar beschikbaar voor andere astronomen die geïnteresseerd zijn in een dergelijke fijne frequentieresolutie., Die toewijzing wordt vaak overgeschreven op Green Bank, Siemion zegt, sinds de backend hielp karakteriseren van de eerste herhalende snelle Radio burst.
het project voegt een grote nieuwe telescoop toe aan zijn mix van samenwerkingen: MeerKAT, een Zuid-Afrikaanse array van 64 schotels met een doorsnede van 13,5 meter. In plaats van tijd te winnen op de array, tapt Breakthrough Listen de datastroom aan terwijl de telescoop zijn gewone doelen observeert—een procedure die bekend staat als commensaal observeren. “Je neemt wat je kunt krijgen”, zegt Camilo. “Als het werkt, is het fantastisch.,”Commensaal observeren zal ook worden toegevoegd aan de Karl G. Jansky Very Large Array in New Mexico, het werkpaard van de Amerikaanse radioastronomie, in een project onder leiding van het particulier gefinancierde SETI Institute.
Het verzamelen van datasets is één ding; het doorzoeken van hopen ervan naar buitenaardse berichten is een ander. SETI onderzoekers hebben lang gezocht naar energie verpakt in smalle frequentie signalen-iets dat is moeilijk voor de natuur te repliceren, hoewel astronomen moeten mensgemaakte signalen uit te sluiten., Een test is om te zien of de frequentie van het signaal drift in de tijd: een buitenaardse zender zou op een bewegende planeet, waardoor een Doppler shift. Als de frequentie stabiel is, is het waarschijnlijk aardse storing. Op dezelfde manier, als het signaal blijft bestaan wanneer de telescoop van zijn doel beweegt, is het geluid van de aarde.
maar aliens kunnen iets complexers sturen dan een enkele harde noot. Hoe scan je SETI data naar iets dat abnormaal of vreemd lijkt? Onderzoekers hebben geprobeerd om artificial intelligence (AI) in te schakelen, maar het is niet gemakkelijk geweest., Een soort AI, natuurlijke taal algoritmen, kan sleutelwoorden herkennen in de stroom van menselijke spraak—denk aan Amazon ‘ s Alexa, of luisteraars bij de National Security Agency—na te zijn opgeleid op grote spraak data sets. Maar het enorme aantal smalle frequentiekanalen in SETI-gegevens overweldigt deze algoritmen.
het converteren van de gegevensstroom naar 2D-diagrammen die op afbeeldingen lijken, werkt beter, althans in tests, waarbij machine vision-algoritmen vreemde afbeeldingen uit een torrent van vergelijkbare afbeeldingen hebben gekozen., “We moeten raden hoe een anomalie eruit zou kunnen zien en het algoritme trainen om hiernaar te zoeken, of op zoek te gaan naar dingen die er hetzelfde uitzien,” zegt Steve Croft van het SETI Research Center van UC Berkeley.
de focus van SETI-zoekopdrachten weerspiegelt de technologie van de tijd. Radio was in zijn hoogtijdagen toen Drake begon. Maar zoals lasers zijn gegroeid in kracht en verfijning, zo hebben de inspanningen om buitenaardse lasersignalen te herkennen met zogenaamde optische SETI.
astronomen hebben optische zoekopdrachten uitgevoerd met bescheiden telescopen sinds de jaren 1990. Breakthrough Listen doet zijn eigen ding, met de tijd op de 2.,4-meter Automated Planet Finder (APF) telescoop bij het Lick Observatory in Californië. APF heeft een monster van sterren gescand naar afstanden tot 160 lichtjaar, maar zal nu werken aan een nieuwe lijst: sterren met potentieel bewoonbare planeten geïdentificeerd door NASA ‘ s Transiting Exoplanet Survey Satellite.
het Lick—observatorium in Californië test een paar Fresnellenzen, die licht—en mogelijk de flitsen van buitenaardse lasers-over een groot gebied van de hemel kunnen verzamelen.,
© LAURIE HATCH
anderen ontwikkelen telescopen die zich niet op individuele sterren hoeven te richten. De LaserSETI project, gefinancierd door het SETI Institute, is een verzameling van $30.000 miniobservatoria, bestaande uit een off-the-shelf fisheye lens, twee camera ‘ s, en elektronica die licht zou verzamelen uit de hele hemel. De eerste werd vorig jaar geïnstalleerd op een observatory dak ten noorden van San Francisco. Uiteindelijk wil het Instituut wereldwijd 60 instrumenten installeren voor 24/7 dekking.,
LaserSETI ‘ s kleine telescopen zouden alleen een bijzonder heldere flits opvangen van een nabije bron. Shelley Wright van UC San Diego hoopt veel verder te zien met de gepulste All-sky Near-infrared Optical SETI (PANOSETI), een all-sky telescoop die ultrakorte laserpulsen kan detecteren over alle optische golflengten.het ontwerp van PANOSETI omvat bliksemsnelle fotonentellers die gevoelig zijn voor pulsen van minder dan een miljardste van 1 seconde. “Het is moeilijk voor de natuur om dat te maken”, zegt Shelley Wright. Het is gebaseerd op een Fresnel-lens, een type dat in vuurtorens wordt gebruikt om licht te concentreren in een smalle bundel., Omgekeerd kan een Fresnel licht verzamelen van een 10°breed stuk hemel op de fotonentellers. Het team bouwt twee observatoria, elk een array van 80 telescopen met lenzen van 50 centimeter doorsnede, gebundeld in een vliegoog opstelling. Het plan is om het paar 1 kilometer uit elkaar te plaatsen—om valse positieven uit te roeien—bij het Palomar observatorium in Californië. Gefinancierd door Qualcomm medeoprichter Franklin Antonio, het project heeft vijf telescopen gebouwd, maar is tot stilstand gekomen door de covid-19 pandemie.,
aan de andere kant kunnen zelfs intelligente aliens te druk of te verlegen zijn om berichten naar de sterren te sturen. Dus SETI onderzoekers hopen ook passieve tekenen van technologie te detecteren. De ideeën van mensen over wat te zoeken weerspiegelen vaak hun tijd: denk aan de 19e eeuwse “ontdekking” van kanalen op Mars toen kanalen nog een veel voorkomende vorm van transport op aarde waren. In 1960, te midden van snelle economische groei en zorgen over energietekorten, dacht natuurkundige Freeman Dyson dat een geavanceerde samenleving een megastructuur zou kunnen bouwen rond een ster om zijn energie op te vangen., Dergelijke “Dyson bollen” blijven fascineren en werden voorgesteld als een verklaring voor de vreemde dimmings van de ster KIC 8462852, bekend als Tabby ‘ s Star. In 2015 leidde Jason Wright een zoektocht naar de gloed van Dyson-bollen in 100.000 nabije sterrenstelsels, met behulp van gegevens van NASA ‘ s Wide-field Infrared Survey Explorer-satelliet.
Technosignatures kunnen subtieler zijn. In de niet al te verre toekomst zouden ultragevoelige radiotelescopen de stralen van een radar kunnen oppikken, zoals die gebruikt worden voor luchtverkeersleiding, van een verre exoplaneet., Toekomstige optische telescopen kunnen de gloed van de lichten van een stad of zijn infrarode warmte onthullen. Zware industrie of geo-engineering kan vingerafdrukken achterlaten in de atmosfeer van een planeet.
gewoon weten dat we niet alleen zijn … is iets dat ons hier op Aarde samen kan brengen.
deze inspanningen klokkenspel met zoekopdrachten naar biosignaturen, detecteerbare markeringen die organisch leven zou kunnen achterlaten op een exoplaneet. “De lijn tussen technosignaturen en biosignaturen vervaagt”, zegt Sheikh. “Het is zinvol om beide te observeren.,”Bij de beslissing om de 2018 workshop over technosignatures te financieren, vond NASA dat ze konden worden besproken “op een steviger wetenschappelijke basis dan voorheen”, zegt Michael New, de adjunct-associate administrator voor onderzoek van het agentschap. Na de workshop verdween de formulering in NASA-financieringsoproepen die al enkele jaren SETI-gerelateerde voorstellen had uitgesloten stilletjes.,in juni profiteerden Jason Wright en zijn collega ‘ s van de nieuwe openheid toen ze een subsidie kregen om exoplanetatmosferen te modelleren en een “bibliotheek” van potentiële technosignaturen samen te stellen, waarnaar astronomen kunnen verwijzen bij het observeren van exoplaneten. Het team zal eerst chloorfluorkoolstoffen modelleren—een verontreinigende stof die niet op natuurlijke wijze wordt geproduceerd-en grote zonne-energie arrays, omdat ze een duidelijke cut-off zouden achterlaten in het ultraviolet deel van het spectrum., “Wat we moeten zoeken zijn dingen die niet kunnen worden vermeden, de manifestaties van de beschaving in de biosfeer,” zegt Adam Frank, hoofdonderzoeker op de beurs aan de Universiteit van Rochester.maar zelfs na de fanfare van Breakthrough Listen blijft SETI verre van een centrale zorg voor de meeste astronomen. In 2018 stelden panels van onderzoekers bijeengeroepen door de National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine (NASEM) strategieën op voor NASA over astrobiologie en exoplaneten., Ze maakten weinig melding van technosignatures en adviseerden NASA niet om geld uit te geven aan het onderwerp, of meer in het algemeen, SETI.SETI-enthousiastelingen zeggen dat ze proberen te voorkomen dat ze buitengesloten worden van een nog grotere NASEM-inspanning: haar decadale survey of astrophysics, een eens per tien jaar durende prioriteitsoefening die invloed heeft op financieringsinstanties en wetgevers. De enquête zal begin volgend jaar worden gepubliceerd. “We hebben een grote push om de decadal survey … om expliciet te zeggen dat NASA en de NSF nodig hebben om dit veld te voeden,” Jason Wright zegt., Hij en collega ‘ s hebben negen inzendingen, bekend als white papers, aan de enquête, vergeleken met een enkel Witboek in de vorige enquête. Sheikh zegt: “Er zijn tekenen dat de wind begint te verschuiven.”
maar veel astronomen denken dat de belangrijkste jacht is op buitenaards leven van een meer basale soort, niet de zoektocht naar technologische samenlevingen met een hoger risico. “We moeten investeren in algemene vragen”, zegt Charbonneau, die medevoorzitter was van het NASEM-panel dat de NASA-jachtstrategie voor exoplaneten ontwikkelde. “Als we gewoon voor de prijs gaan en niets vinden, wat hebben we daarvan geleerd?,”
Mainstream astrobiologen hopen dat het decadale onderzoek de grote UV/optische/IR-Surveyor, of LUVOIR, een voorgestelde NASA-ruimtetelescoop wel zes keer zo breed zal maken als de Hubble-Ruimtetelescoop. Het zou bewoonbare planeten onderzoeken op biosignaturen en schatten het deel van hen dat leven ondersteunt-een andere term in de Drake vergelijking. “De vooruitgang die we hebben gemaakt als wetenschappers volgt de voorwaarden van de Drake vergelijking in orde,” zegt astrobioloog Shawn Domagal-Goldman van NASA Goddard Space Flight Center. “Die vooruitgang kan leiden tot een zoektocht naar technosignaturen., Ik kon zien dat LUVOIR daarvoor werd gebruikt, ook al was het niet ontworpen voor zo ‘ n zoektocht.Jason Wright denkt echter dat de potentiële uitbetaling van SETI te verleidelijk is om de zoektocht uit te stellen. In Juli rapporteerden hij en zijn collega ‘ s De “discovery space”—alle mogelijke locaties, frequenties, gevoeligheden, bandbreedte, timings, polarisaties en modulaties—die SETI radio surveys tot nu toe hebben onderzocht. Het resultaat: als de hele ontdekkingsruimte wordt vertegenwoordigd door de oceanen van de wereld, heeft SETI tot nu toe het volume van een hot tub doorzocht.,
Milner lijkt klaar om nog een paar SETI hot tubs te ondersteunen. Hij zegt dat hij Doorbraak wil luisteren om verder te gaan na 2025, wanneer zijn initiële financiering opraakt. “Het is een van de meest existentiële vragen in ons universum”, zegt hij. “Gewoon weten dat we niet alleen zijn … is iets dat ons hier op Aarde samen kan brengen.”