NASAs teknosignaturer rapporterer:alle måder at finde beviser for en intelligent civilisation

I 1961, Den berømte astronom Frank Drake skabte en formel til at estimere antallet af udenjordiske intelligenser (ETI'er), der kunne eksistere i vores galakse. Kendt som "Drake Equation, "denne formel viste, at selv med de mest konservative skøn, vores galakse ville sandsynligvis være vært for mindst et par avancerede civilisationer på et givet tidspunkt. Omkring et årti senere, NASA startede officielt sin søgen efter ekstraterrestrial intelligens (SETI) program.

Disse bestræbelser har oplevet en stor tilførsel af interesse i de seneste årtier takket være opdagelsen af ​​tusindvis af ekstrasolare planeter. For at adressere muligheden for, at liv kan eksistere derude, videnskabsmænd er også afhængige af sofistikerede værktøjer til at søge efter afslørende indikatorer for biologiske processer (alias biosignaturer) og teknologisk aktivitet (teknosignaturer), som kunne indikere ikke kun liv, men avanceret intelligens.

For at imødekomme den stigende interesse for dette område, NASA var vært for NASA Technosignatures Workshop tilbage i september. Formålet med denne workshop var at vurdere den aktuelle tilstand af teknosignaturforskning, hvor de mest lovende veje lå, og hvor der kan foretages fremskridt. For nylig, workshoppens rapport blev udgivet, som indeholdt alle deres resultater og anbefalinger for fremtiden for dette område.

Denne workshop opstod som et resultat af Congress House Appropriations Bill, der blev vedtaget i april 2018, hvori NASA blev bedt om at begynde at støtte den videnskabelige søgning efter teknosignaturer som en del af deres større søgen efter udenjordisk liv. Arrangementet bragte videnskabsmænd og principielle efterforskere sammen fra forskellige felter på Lunar and Planetary Institute (LPI) i Houston, mens mange flere deltog via Adobe Connect.

Under den tre en halv dags workshop, der blev holdt talrige oplæg, der omhandlede mange relevante emner. Disse omfattede forskellige typer teknosignaturer, radiosøgningen efter udenjordisk intelligens (SETI), solsystem SETI, megastrukturer, data mining, og optisk og nær-infrarødt lys (NIL) søgninger. I henhold til lovforslaget om husbevillinger, resultaterne af workshoppen blev samlet i en rapport, der blev indsendt den 28. november, 2018.

Ultimativt, Formålet med workshoppen var firedelt:

1. Definer den aktuelle tilstand for teknosignaturfeltet. Hvilke eksperimenter har fundet sted? Hvad er det nyeste inden for teknosignaturdetektion? Hvilke grænser har vi i øjeblikket for teknosignaturer?
2. Forstå de fremskridt, der kommer på kort sigt inden for teknosignaturområdet. Hvilke aktiver er der på plads, der kan anvendes til søgningen efter teknosignaturer? Hvilke planlagte og finansierede projekter vil fremme state-of-the-art i de kommende år, og hvad er karakteren af ​​det fremskridt?
3. Forstå det fremtidige potentiale for technosignature-feltet. Hvilke nye undersøgelser, nye instrumenter, teknologiudvikling, nye data-mining-algoritmer, ny teori og modellering, etc., ville være vigtigt for fremtidige fremskridt på området?
4. Hvilken rolle kan NASA-partnerskaber med den private sektor og filantropiske organisationer spille for at fremme vores forståelse af feltet teknosignaturer?

Rapporten begynder med at give baggrundsinformation om jagten på teknosignaturer og give en definition af begrebet. For det, forfatterne citerer Jill Tarter, en af ​​de fremmeste ledere inden for SETI-forskning og den person, der selv opfandt begrebet. Udover at være direktør for Center for SETI Research (en del af SETI Institute) i 35 år, hun var også projektforsker for NASAs SETI-program, før det blev aflyst i 1993.

Som hun antydede i artiklen fra 2007, med titlen "Udviklingen af ​​liv i universet:er vi alene?":

"Hvis vi kan finde teknosignaturer - beviser på en eller anden teknologi, der ændrer sit miljø på måder, der er detekterbare - så får vi lov til at udlede eksistensen, i hvert fald på et tidspunkt, af intelligente teknologer. Ligesom med biosignaturer, det er ikke muligt at opregne alle de potentielle teknosignaturer af teknologi-som-vi-endnu-ikke-ved-det, men vi kan definere systematiske søgestrategier for ækvivalenter til nogle jordbaserede teknologier fra det 21. århundrede."

Med andre ord, teknosignaturer er, hvad vi mennesker ville genkende som tegn på teknologisk avanceret aktivitet. Det mest kendte eksempel er radiosignaler, som SETI-forskere har brugt de sidste par årtier på at lede efter. Men der er mange andre signaturer, der ikke er blevet udforsket fuldt ud, og der bliver hele tiden undfanget flere.

Disse omfatter laseremissioner, som kunne bruges til optisk kommunikation eller som fremdriftsmiddel; tegn på megastrukturer, som nogle mente var årsagen til den mystiske nedtoning af Tabby's Star; eller en atmosfære fuld af kuldioxid, metan, CFC'er, og andre kendte forurenende stoffer (for at tage en side fra vores egen bog).

Når det kommer til at lede efter biosignaturer, videnskabsmænd er begrænset af det faktum, at der kun er én planet, som vi kender til, der understøtter liv:Jorden. Men udfordringerne strækker sig langt ud over at omfatte spørgsmål om finansiering og . Som Jason Wright - en lektor ved PSU og Center for Exoplanets and Habitable Worlds (CEHW) og en af ​​forfatterne til rapporten - fortalte Universe Today via e-mail:

"De tekniske udfordringer er mange. Hvilken slags teknosignaturer ville en udenjordisk teknologisk art generere? Hvilke af dem kan detekteres? Hvordan ved vi, om vi har fundet en? Hvis vi finder den, hvordan kan vi være sikre på, at det er et tegn på teknologi og ikke noget uventet, men naturligt?"

I denne henseende, planeter anses for at være "potentielt beboelige" baseret på, om de er "jordlignende" eller ej. På nogenlunde samme måde, jagten på teknosignaturer er begrænset til teknologier, som vi ved er gennemførlige. Imidlertid, der er også nogle vigtige forskelle mellem teknosignaturer og biosignaturer.

Som de forklarer, mange foreslåede avancerede teknologier er enten "selvlysende" (dvs. lasere eller radiobølger) eller involverer manipulation af energi fra lyse naturlige kilder (dvs. Dyson-sfærer og andre megastrukturer omkring stjerner). Der er også mulighed for, at teknosignaturer vil blive bredt udbredt, fordi den pågældende art kan have spredt deres civilisation til nabostjernesystemer og endda galakser.

Som Wright forklarede, der er mange typer teknosignaturer, hvoraf det mest eftersøgte er et radiosignal:

"Disse har mange fordele:de er naturligvis kunstige, de er en af ​​de billigste og nemmeste måder at overføre information over lange afstande, de kræver ikke nogen ekstrapolering i teknologi fra vores for at generere, og vi kan detektere selv ganske svage signaler på interstellare afstande. Andre almindelige teknosignaturer er lasere - enten pulser eller kontinuerlige stråler - som har mange af de samme fordele. Begge teknosignaturer blev foreslået for næsten 50 år siden, og det meste af det arbejde, der er udført med teknosignaturer indtil videre, har ledt efter dem."

For hver af disse signaturer, det er derfor nødvendigt at fastsætte øvre grænser, så forskerne ved præcis, hvad de ikke skal lede efter. "Når du søger efter noget og ikke finder det, du skal nøje dokumentere præcis hvilke signaler du har bevist ikke eksisterer, " sagde Wright. "Noget som:ingen signaler stærkere end et niveau, på et tidspunkt, inden for et vist område af visse stjerner, smallere end nogen båndbredde, inden for et eller andet frekvensområde."

Rapporten behandler derefter, hvad de øvre grænser for detektion er for hver teknosignatur, og hvilken nuværende metode og teknologi, der findes til at søge efter dem. For at sætte dette i perspektiv, de citerer fra en undersøgelse fra 2005 af Chyba og Hand:

"Astrofysikere... brugte årtier på at studere og søge efter sorte huller, før de akkumulerede nutidens overbevisende beviser for, at de eksisterer. Det samme kan siges om søgningen efter superledere ved stuetemperatur, proton henfald, krænkelser af den særlige relativitetsteori, eller for den sags skyld Higgs-bosonen. Ja, meget af den vigtigste og mest spændende forskning inden for astronomi og fysik beskæftiger sig netop med studiet af objekter eller fænomener, hvis eksistens ikke er blevet påvist - og det kan, faktisk, viser sig ikke at eksistere. I denne forstand konfronterer astrobiologien blot det, der er et velkendt, endog almindelig situation i mange af dets søstervidenskaber."

Med andre ord, fremtidige fremskridt på dette område vil bestå i at udvikle måder at jage efter mulige teknosignaturer og afgøre, i hvilken form disse signaturer ikke kan udelukkes som naturlige fænomener. De begynder med at overveje det omfattende arbejde, der er blevet udført inden for radioastronomi.

Når det kommer helt til stykket, kun en ekstremt smalbåndet astronomisk radiokilde kunne siges at have en kunstig oprindelse, da bredbåndsradiotransmissioner er en almindelig begivenhed i vores galakse. Som resultat, SETI-forskere har gennemført undersøgelser, der ledte efter både kontinuerlige bølge- og pulsradiokilder, der ikke kunne forklares med naturfænomener.

Et godt eksempel på dette er det berømte "WOW". signal, der blev opdaget den 15. august, 1977, af astronomen Jerry R. Ehman ved hjælp af Big Ear-radioteleskopet ved Ohio State University. I løbet af undersøgelsen af ​​Skytten-konstellationen, nær kuglehoben M55, teleskopet bemærkede et pludseligt spring i radiotransmissioner.

Desværre, flere opfølgende undersøgelser var ikke i stand til at finde yderligere indikationer af radiosignaler fra denne kilde. Dette og andre eksempler karakteriserer det omhyggelige og vanskelige arbejde, der følger med at søge efter radiobølgeteknosignaturer, som er blevet karakteriseret som at lede efter en nål i den "kosmiske høstak".

Eksempler på eksisterende undersøgelsesinstrumenter og metoder omfatter SETI Institute's Allen Telescope Array, Arecibo Observatory, Robert C. Byrd Green Bank-teleskopet, Parkes-teleskopet, og Very Large Array (VLA), SETI@home-projektet og Breakthrough Listen. Men i betragtning af, at rumfanget, der er blevet søgt for både kontinuerlige og pulserende radiosøgninger, de nuværende øvre grænser for radiobølgesignaturer er ret svage.

Tilsvarende optiske og nær-infrarøde lys (NIL) signaler skal også komprimeres med hensyn til frekvens og tid for at blive betragtet som kunstig af oprindelse. Her, eksempler inkluderer Near-Infrared Optical SETI (NIROSETI) instrumentet, Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS), Near-Earth Object Wide-field Survey Explorer (NEOWISE), og Keck/High Resolution Echelle Spectrometer (HIRES).

Når det kommer til at lede efter megastrukturer (såsom Dyson-sfærer), astronomer fokuserer på både spildvarme fra stjerner og fald i deres lysstyrke (sløringer). I tilfældet med førstnævnte, undersøgelser er blevet udført, som ledte efter overskydende infrarød energi fra nærliggende stjerner. Dette kan ses som en indikation af, at stjernelys bliver fanget af teknologi (såsom solpaneler).

I overensstemmelse med termodynamikkens love, noget af denne energi ville blive udstrålet som "spild" varme. I sidstnævntes tilfælde, obskureringer er blevet undersøgt ved hjælp af data fra Kepler- og K2-missionerne for at se, om de kunne indikere tilstedeværelsen af ​​massive kredsende strukturer - på samme måde, som de blev brugt til at bekræfte planetariske transitter og eksistensen af ​​exoplaneter.

Tilsvarende undersøgelser er blevet udført af andre galakser ved hjælp af Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) og Two Micron All-Sky Survey (2MASS) for at lede efter tegn på tilsløringer. Andre igangværende søgninger udføres med den infrarøde astronomiske satellit (IRAS) og de forsvindende og dukkede kilder under et århundrede af observationer (VASCO).

Rapporten omhandler også teknosignaturer, der kan eksistere i vores helt eget solsystem. Her, sagen 'Oumuamua er rejst. Ifølge nyere undersøgelser, det er muligt, at dette objekt faktisk er fremmedsonde, og at tusindvis af sådanne objekter kunne eksistere i solsystemet (hvoraf nogle kunne studeres i den nærmeste fremtid).

Der har endda været forsøg på at finde beviser for tidligere civilisationer her på Jorden gennem kemiske og industrielle teknosignaturer, svarende til, hvordan sådanne indikatorer på en ekstra-solar planet kunne betragtes som bevis på en avanceret civilisation.

En anden mulighed er eksistensen af ​​rumbaserede fremmede artefakter eller "beskeder på flaske." Disse kunne tage form af rumfartøjer, der indeholder meddelelser, der ligner "Pioneer Plaque" fra Pioneer 10 og 11 missionerne, eller den gyldne rekord for Voyager 1 og 2 missionerne.

Ultimativt, de øvre grænser for disse teknosignaturer varierer, og ingen forsøg på at finde nogen er hidtil lykkedes. Imidlertid, som de fortsætter med at bemærke, der er betydelige muligheder for fremtidig teknosignaturdetektion takket være udviklingen af ​​næste generations instrumenter, raffinerede søgemetoder og lukrative partnerskaber.

Disse vil give mulighed for større følsomhed, når man leder efter eksempler på kommunikationsteknologi, samt tegn på kemiske og industrielle signaturer takket være evnen til direkte at afbilde exoplaneter.

Eksempler omfatter jordbaserede instrumenter som Extremely Large Telescope (ELT), Large Synoptic Survey Telescope (LSST), og Giant Magellan Telescope (GMT). Der er også eksisterende rumbaserede instrumenter, inklusive den nyligt pensionerede Kepler-mission (hvis data stadig fører til værdifulde opdagelser), Gaia-missionen, og Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS).

Rumbaserede projekter, der i øjeblikket er under udvikling, omfatter James Webb Space Telescope (JWST), Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), og PLAnetary Transits and Oscillations of stars (PLATO) missioner. Disse instrumenter, kombineret med forbedret software og datadelingsmetoder forventes at give nye og spændende resultater i en ikke alt for fjern fremtid.

Men som Wright opsummerede, det, der vil gøre den største forskel, er en masse tid og tålmodighed:

"På trods af at være 50 år gammel, SETI (eller, hvis du kan lide, søger efter teknosignaturer) er på mange måder stadig i sin vorden. Der har ikke været ret meget søgning sammenlignet med søgninger efter andre ting (mørk stof, sorte huller, mikrobielt liv, osv.) på grund af den historiske mangel på finansiering; der har ikke engang været så meget kvantitativt, grundlæggende arbejde om, hvilke teknosignaturer man skal søge efter. Det meste af arbejdet hidtil har været folk, der har tænkt over, hvilket arbejde de ville udføre, hvis de havde midler. Forhåbentlig, vi vil snart være i stand til at begynde at omsætte disse ideer i praksis."

Efter et halvt århundrede, søgningen efter udenjordisk intelligens har stadig ikke fundet beviser for intelligent liv uden for vores solsystem – dvs. Fermis berømte spørgsmål, "Hvor er alle?", holder stadig. Men det er det gode ved Fermi Paradox, du skal kun løse det én gang. Alt menneskeheden behøver er at finde et enkelt eksempel, og det lige så hævdvundne spørgsmål, "Er vi alene? " vil endelig blive besvaret.

Den endelige rapport, "NASA og søgen efter teknosignaturer", blev udarbejdet af Jason Wright og Dawn Gelino - en lektor ved PSU og Center for Exoplanets and Habitable Worlds (CEHW) og en forsker ved NASA Exoplanet Science Institute (NExScI), henholdsvis.