SETI Evolution: Auf der Suche nach Aliens mit Wal-Songs und Radios (Op-Ed)

Laurance Doyle ist Principal Investigator für das Zentrum für das Studium des Lebens im Universum am SETI-Institut, wo er seit 1987 ist, und ist Mitglied des NASA Kepler Mission Science Team. Er hat diesen Artikel zu ProfoundSpace.org beigetragen Experten-Stimmen: Op-Ed & Insights

Die Suche nach extraterrestrischer Intelligenz (SETI) kann im Jahre 1896 mit dem Vorschlag von Nikola Tesla (dem Entwickler unseres modernen elektrischen Wechselstromsystems) begonnen werden, dass Funkübertragungen verwendet werden könnten, um ein außerirdisches intelligentes Wesen zu kontaktieren. Im Jahr 1899 entdeckte Tesla tatsächlich Signale, die beispielsweise mit irdischen elektrischen Stürmen unvereinbar waren - aber einige haben nach dem Betrachten von Teslas Daten angedeutet, dass er "Stürme" auf Jupiter aufgenommen haben könnte (der Jupiter Plasma-Torus sendet starken Radiofluss aus) macht Jupiter zu einer Art Miniatur - Pulsar.

Später, im August 1924, als der Mars in einer unterlegenen Konjunktion stand (näher an der Erde als in einem Jahrhundert), verhängte das US Naval Observatory fünf Minuten lang jede Stunde Funkstille, so dass ein Luftschiff mit einem Funkempfänger ausgestattet war könnte auf irgendwelche Mars-Signale hören.

Aber das moderne SETI begann wirklich im Jahr 1959, als Philip Morrison und Giuseppe Cocconi für die Zeitschrift "Nature" einen Artikel verfassten, der darauf hinwies, dass außerirdische Intelligenz mithilfe von Radioantennen entdeckt werden könnte. Unabhängig davon nutzte Frank Drake 1960 ein Radioteleskop, um das erste SETI-Projekt durchzuführen, indem er zwei Sterne, Tau Ceti und Epsilon Eridani, auf Signale von außerirdischem Leben unter Verwendung der elektromagnetischen Frequenz von 1.420 Gigahertz mit einem 400 Kilohertz Bandpass untersuchte etwa 400 000 verschiedene SETI-Kanäle passen in eine so breite Region des Spektrums. Diese Frequenz befindet sich in dem sogenannten "Wasserloch", einem Bereich von Frequenzen, den Wasserdampf nicht sehr gut absorbiert (und so könnte ein wasserbasierter Planet bei solchen Frequenzen in den Weltraum übertragen werden). [10 wilde Versuche, Aliens zu kontaktieren]

Drake entwickelte eine Methode, die Suche nach Außerirdischen mithilfe eines Werkzeugs zu organisieren, das jetzt als "Drake-Gleichung" bekannt ist. Die Gleichung lautet N = R * fp ne fl fich fc L, wobei n die Anzahl interstellarer kommunizierender Zivilisationen ist und die anderen Begriffe die folgenden Bedeutungen haben:

Der Begriff R * - die Zahl der guten oder bewohnbaren Sterne - bedeutet normalerweise Sterne vom Sonnen-Typ, aber die Forschung in den letzten Jahrzehnten hat gezeigt, dass kleinere, rote Zwergsterne auch gute Orte für bewohnbare Planeten sein können. Damit die Planeten dieser Sterne jedoch flüssiges Wasser haben, müssen sie im richtigen Abstand zu ihren Sternen sein und in Rotation versetzt sein (eine Seite des Planeten steht immer dem Stern gegenüber). Rote Zwerge, die 75 Prozent der Sternpopulation ausmachen, haben die SETI-Zielsterne signifikant erhöht.

Der Begriff fp ist der Anteil bewohnbarer Sterne, die tatsächlich Planeten haben. Seit seinem Start im März 2009 hat das Kepler-Teleskop der NASA tatsächlich die Häufigkeit des Vorkommens von Planeten unterschiedlicher Größe ermittelt. Es ist eine bemerkenswerte Leistung und eine sehr wichtige für die SETI-Bemühungen. Am SETI-Institut haben wir alle entdeckten Planeten, die sich in einer bewohnbaren Zone befinden, ins Visier genommen und "zugehört". Das primäre Ziel von Kepler ist es, erdgroße Planeten zu entdecken, die innerhalb der bewohnbaren Zonen ihrer Sterne liegen. Dies ist zur Zeit ein fortlaufender Prozess (und hängt von der Reparatur von Keplers Reaktionsradkreisel ab, so dass er genau zeigen kann). Aber einen erdähnlichen Planeten in der habitablen Zone zu finden, würde uns den Begriff der Drake-Gleichung geben ne, die Anzahl der Planeten, die in einem gegebenen Sternensystem (in Bezug auf Größe und Position) erdähnlich sind.

Die nächste Amtszeit wäre fl, der Bruchteil von potenziell bewohnbaren Welten, in denen die Biologie tatsächlich beginnt. Für diesen Nachweis würde eine neue Generation von Orbital-Teleskopen erforderlich sein, die beispielsweise Sauerstoff in den Atmosphären von bewohnbaren Planeten nachweisen können, ein Zeichen für photosynthetische Organismen. Die ersten zu detektierenden Außerirdischen könnten Wälder sein; Sie sind schon seit über 400 Millionen Jahren auf der Erde, während das Radio erst seit etwas mehr als 100 Jahren existiert.

Die nächste Amtszeit ist fich, die Fraktion der biologischen Organismen, die Intelligenz entwickeln. Dies ist der schwierigste zu definierende Ausdruck der Drake-Gleichung. Es wirft grundlegendere Fragen auf wie: "Was ist Intelligenz?" Es gibt viele Arten von Intelligenz, aber für die Zwecke von SETI scheint es, dass dies die Kommunikationsintelligenz bedeuten würde, weil dies die Menschheit wahrscheinlich treffen würde - d. H. Eine Kommunikation.

Wenn man die Exobiologie finden möchte, könnte man damit beginnen, die Extreme der Biologie auf der Erde zu studieren (z. B. das Astrobiologie-Programm der NASA). Also gehen Ermittler in die trockenen Täler der Antarktis oder in die Wüsten der Mohave in Kalifornien, um zu sehen, wie hart die Biologie ist. Extremophile: Die extremsten Kreaturen der Welt

Ähnlich scheint es mir, wenn man nicht-menschliche Kommunikation aus dem Weltraum entdecken will, sollte man anfangen, die unzähligen nicht-menschlichen Kommunikationssysteme hier auf der Erde zu studieren. Alle Tiere (und auch Pflanzen) kommunizieren miteinander. Aber wie analysieren und bestimmen Wissenschaftler die Komplexität dieser Kommunikationssysteme (unter der Annahme, dass die Kommunikationsintelligenz vorerst an der Nachrichtenkomplexität gemessen werden kann)?

Können Forscher feststellen, wie komplex diese Kommunikation ist? Ein Werkzeug zum Messen der Nachrichtenkomplexität liegt in einem mathematischen Feld, das anfänglich entwickelt wurde, um zu messen, wie viel Information über Telefonleitungen übertragen wird, und es wird Informationstheorie genannt.Diese Disziplin wurde 1949 von Claude Shannon von Bell Laboratories entwickelt und wird heute umfassend genutzt - zum Beispiel, wenn Sie eine Mail-Datei gezippt oder entpackt haben, die Sie (oder Ihr Computer sowieso) zur Informationstheorie benutzt haben.

Mit den Kollegen Brenda McCowan und Sean Hanser von der University of California in Davis haben wir beschlossen, die Informationstheorie auf die Kommunikation mit den Großen Tümmlern anzuwenden, um zu sehen, wie viele Informationen sie untereinander über ihr Kommunikationssystem übertragen. Diese Informationsmenge hängt von der Verteilung der Signalhäufigkeiten ab und wird Informationsentropie genannt.

Ein früher Aspekt dieser Art von Analyse ist bekannt als Zipfsches Gesetz, benannt nach einem Linguisten, der die (logarithmische) Häufigkeit des Auftretens (von am häufigsten bis am wenigsten häufig) englischer Buchstaben in Romanen aufzeichnete. Er erhielt eine mehr oder weniger gerade 45-Grad-Linie, die eine Steigung von -1 ist. Mit anderen Worten, der häufigste Brief kam 10-mal häufiger vor als der am zweithäufigsten verwendete Brief; der am dritthäufigsten verwendete Buchstabe, ein Zehntel so oft wie der zweite usw. Von dem Buchstaben "e" und dann "t" bis zu dem am wenigsten verwendeten Buchstaben "q". Er zeichnete dies auch für chinesische Schriftzeichen, englische Wörter, russische Phoneme und so weiter und bekam immer eine Linie mit einer Steigung von -1 durch die Frequenzpunkte. [Umfrage: Glauben Sie, dass fremdes Leben existiert?]

Es stellt sich heraus, dass das Zipfsche Gesetz eine Signalverteilung beschreibt, die notwendig ist, um eine Sprache zu bilden. Dies ist jedoch keine ausreichende Eigenschaft, da auch andere Prozesse diese -1 Steigung erzeugen können. Wir haben ein Zipf-Plot für große Tümmler gemacht und eine -1 Steigung bekommen. Das bedeutete, dass ihr System zur Kommunikation von Pfiffen komplizierte Beziehungsregeln enthalten konnte (was Linguisten in menschlichen Kommunikationssystemen "Syntax" nennen). Es stellt sich heraus, dass die Piste von Zipf für Babylabbing viel weniger steil ist als das Gesetz von Zipf, aber als Baby-Delfine in der Einrichtung geboren wurden, in der wir die erwachsenen Delfine aufgenommen hatten, nahmen wir sie auf und stellten fest, dass die Verteilung ihrer Pfeifhäufigkeiten die war Gleich wie Baby Menschen. Wir sehen, dass beide in ihren Sprachgebrauch hineinwachsen. Dies bedeutet, dass Baby-Delfine ihre Pfeifen "babbeln", wenn sie klein sind und ihre Sprache lernen, wenn sie reifen.

Wir haben diese Techniken auch auf Buckelwale angewandt, teilweise weil sie auch eine sozial komplexe Spezies sind, und zum Teil, weil sie sich - wie die Delfine - auf Gesangsübertragung mehr verlassen als auf gestische oder Mimik. Diese Spezies hatte auch Millionen Jahre vor den Menschen ein globales Kommunikationssystem.

Diese Tiere ähnelten auch Menschen in der Art, wie sie mit Lärm umgehen. Wenn man auf einer Telefonleitung mit statischem Rauschen (oder "Rauschen", wie Ingenieure es nennen) spricht, muss der Sprecher die Rate der Wörter verlangsamen, um sicherzustellen, dass der Zuhörer alle Wörter bekommt. Wir fanden dies auch bei Buckelwalen in Gegenwart von Bootsgeräuschen - sie verlangsamten die Geschwindigkeit, mit der sie einander Signale übertrugen. Sie kommunizierten miteinander, während sie Blasennetze machten, um Heringe zu fangen. Wir könnten berechnen, wie viel die Wale verlangsamen müssten, um das Bootsgeräusch zu kompensieren, aber es stellte sich heraus, dass sie nur um etwa 60 Prozent kompensierten - in diesem Fall erhöhten sie die Gesamtzeit, in der sie Signale an jedes Signal weitergaben andere (dh sie verlangsamten ihre Rede).

Was ist hier los? Eine Analogie kann helfen; Wenn Ihr Kopierer wenig Toner hat und Sie keine weitere Kopie erstellen möchten, können Sie fehlende Buchstaben und Wörter mit den Regeln der Rechtschreibung und Grammatik ausfüllen. Dies funktioniert, solange Sie nicht zu viele Wörter in einer Zeile verpassen, denn in diesem Fall können Sie keine Regeln und keinen Kontext verwenden, um fehlende Wörter wiederherzustellen. (Es stellt sich heraus, dass Menschen für Wörter eine Wahrscheinlichkeit ungleich Null für die Wortwiederherstellung haben, wobei bis zu neun Wörter hintereinander fehlen - bekannt als die "Entropie der neunten Ordnung".)

Wir haben gemerkt, dass die Buckelwale auch eine Art "Syntax" haben müssen, weil sie das Wesentliche der Botschaft verstehen, ohne es durchgängig hören zu müssen. Wir haben noch nicht genug Daten, um zu bestimmen, ob die Informationsentropie (Komplexität oder "Regel" -Struktur) so hoch wie die Entropie der neunten Ordnung ist, wie es bei Menschen der Fall ist, aber wir wissen, dass Walsignale "Zustandswahrscheinlichkeit" haben. zwischen ihnen. Dies ist eine technische Art zu sagen, dass diese Tiere strukturelle Komplexität in ihrem Kommunikationssystem haben.

Ich habe die Informationstheorie auch auf eine einseitige Kommunikation zwischen Baumwollpflanzen und Wespen angewendet, wobei die Baumwollpflanzen den Wespen sagen, auf welche Pflanze sie landen sollen (die Pflanzen, die die Würmer haben, auf die die Wespen zielen). Dies ist keine Kommunikation zwischen den Welten, aber vielleicht so nah, wie es die Wissenschaftler derzeit tun können, ein Kommunikationssystem zwischen den Königreichen (von Pflanze zu Tier).

Ich denke, es wäre interessant, die Informationstheorie als nächstes auf Honigbienen anzuwenden, da ihr Kommunikationssystem mit dem Schwänzeltanz die Nutzung der Sonne für die Navigation beinhaltet. Bienen haben die drei wichtigen Bestandteile, die durch eine SETI-Analyse identifiziert werden müssen - ein Kommunikationssystem, Werkzeugverwendung (Aufbau der hexagonalen Bienenstockstrukturen) und Astronomie (sie benutzen die Sonne und manchmal den Vollmond, um Honigquellen zu finden).

Neben optischen Suchvorgängen verbreitet sich auch der optische SETI. Radio SETI sucht nach Schmalband-Übertragungen (wo man einmal das Radio drehen und auf einer neuen Station sein kann), was die Natur anscheinend nicht produzieren kann. Optisches SETI beruht jedoch auf der Detektion von Nanosekunden-Lichtimpulsen. Wiederum kann Technologie solche Signale erzeugen, aber soweit die Naturwissenschaftler wissen, kann die Natur das nicht (die schnellsten Impulse in der Natur können Millisekunden-Pulsare sein).

Würde eine fortgeschrittene Zivilisation optische Nanosekunden- (oder Infrarot-) Pulse verwenden, um über interstellare Entfernungen zu signalisieren? Es könnte, besonders wenn es einen schönen Laser in seinem Sonnensystem handlich hat. Im Sonnensystem der Erde gibt es tatsächlich einen natürlich vorkommenden Mikrowellenlaser oder "Maser" in der Atmosphäre des Mars. Das atmosphärische Kohlendioxid dieses Planeten "maskiert" sich regelmäßig mit dem Input der Sonne. Die Folge davon ist, dass wenn man den Mars mit Spiegeln umgibt, um diese natürliche maskierende Aktion zu fokussieren, man tatsächlich interstellare Signale senden könnte, im Wesentlichen umsonst. Die eigene Zivilisation der Menschheit braucht noch einige Jahrzehnte (oder vielleicht ein Jahrhundert), bevor sie diese Kommunikationsmethode nutzen könnte.

Andere SETI-Leute suchen nach überschüssiger Wärme von Dyson-Kugeln. Diese wurden nach dem Physiker Freeman Dyson von der Princeton University benannt, der sie ursprünglich erfunden hatte. Dies wären Sphären von Satelliten oder anderen Strukturen, die eine Zivilisation um einen Stern platzieren würde, um so viel Energie von einem Stern wie möglich einzufangen. Die Kugeln hätten einen Radius um den Abstand der Erde von der Sonne. Das Innere einer solchen Kugel würde viel mehr Menschen (oder Aliens) aufnehmen als der kleine Planet Erde. (Es hätte etwa 550 Millionen mal die Oberfläche der Erde.)

Ein weiterer interessanter Vorschlag für SETI basiert auf der Vorstellung, dass die Biologie auf der Erde nicht wirklich auf der Erde begonnen hat. Einige Leute haben vorgeschlagen, dass Biologie auf dem Mars entstanden sei und dass Kometeneinschläge auf den Mars sehr einfache bakterielle Organismen auf die Erde gebracht hätten. (Interessanterweise würde dies Menschen aus Earth Marsianer machen.)

Aber eine neue SETI-Idee ist noch weiter entfernt. Die Idee ist, dass es im menschlichen Genom eine "Calling Card" vom SETI-Typ gibt. Um dies zu isolieren, müsste man zeigen, dass diese bestimmte Region im Genom der Menschen (oder vielleicht einer anderen Spezies) nicht nur nicht zufällig ist (jeder Prozess mit einer Regelstruktur jeder Art ist nicht-zufällig), aber dass diese bestimmte Region des Genoms mit den Prozessen unvereinbar war, die das gegenwärtige Genom prägten oder veränderten. Die Idee ist, dass, wenn eine Region des menschlichen Genoms nicht wie andere Teile des Genoms gezeigt werden könnte, und - viel schwieriger - zum Beispiel nicht durch natürliche Selektion produziert werden könnte, dann hätte es gemacht werden müssen durch eine vormenschliche und sehr fortgeschrittene Intelligenz. Ich denke, die Informationstheorie wäre hier sehr nützlich, da man vielleicht Regionen des Genoms isolieren könnte, die eine ungewöhnliche Struktur haben.

Wenn man über SETI-Bemühungen nachdenkt, muss man überlegen, was sehr fortgeschrittene Zivilisationen tun könnten. Man kann daher den neuesten Informationstransfer - die Quantenteleportation - kaum vermeiden. Bisher hat die Forschung in Quantenoptiklaboren gezeigt, dass Informationen augenblicklich über beliebige Entfernungen teleportiert werden können. Aber es sollte vielleicht präziser gesagt werden, dass "Quanteninformation" augenblicklich beliebig weit teleportiert werden kann, weil man dann eine Art "Schlüssel" benutzen muss, um die Information zu entsperren. Und der Schlüssel kann nicht schneller als die Lichtgeschwindigkeit übertragen werden. Dennoch fragt man sich, ob die erste SETI-Nachricht aus dem Weltraum kommen oder in einem unserer Quantencomputer erscheinen wird.

Die Suche nach extraterrestrischer Intelligenz ist ein faszinierendes Feld und umfasst die gesamte Bandbreite der Disziplinen, von der Astrophysik bis zur Tierkommunikation und von der Paläontologie bis zur Quantenmechanik. Derzeit wird es durch ein Radioteleskop symbolisiert, aber das ist nur die Spitze des Eisbergs.

In einem 1870 erschienenen Buch über das Leben im Sonnensystem, "Other Worlds Than Ours", beleuchtet ein britischer Gentleman namens Richard Proctor ein französisches Werk des 17. Jahrhunderts, die "Pluralität der Welten" und diskutiert die Bewohnbarkeit anderer Planeten. Er erklärte, dass das Interesse der Öffentlichkeit an der Astronomie hauptsächlich auf ihr Interesse am Leben im Weltraum beruht. Ich glaube nicht, dass sich das geändert hat.

Die geäußerten Ansichten sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten des Herausgebers wider. Dieser Artikel wurde ursprünglich auf ProfoundSpace.org veröffentlicht.