Detectabilidad de los mensajes interestelares

Question

Recientemente se inició un debate si es buena idea enviar más mensajes al espacio con la esperanza de que las reciban civilizaciones extraterrestres. Hay algunos predecesores, sobre todo el Mensaje de Arecibo al cúmulo globular M13 que es un intento de puentear 25 mil ly con 1MW de potencia a 2380MHz y 10Hz de frecuencia modulada (duración total del mensaje: 3 minutos).

Me interesa saber qué tipo de antena se necesitaría para detectar una señal de este tipo a una distancia de 25 mil ly (es decir, el diámetro del plato). Es probable que intervengan muchos factores, así que por favor indíquelos si proporciona un cálculo.

También hay quien afirma que ya emitimos de forma continua desde que se inventaron las comunicaciones por radio y, sobre todo, las emisiones de televisión. Dado que ese tipo de señal es mucho menos dirigida y de menor potencia, ¿cuál sería la distancia a partir de la cual nuestras señales de televisión se desvanecerían en el ruido cósmico y resultarían indetectables?

Answer 1

Algunas cifras proceden de un estudio de Cullers (2000) que habla del proyecto SETI Phoenix. Allí se afirma que la antena parabólica de Arecibo es capaz de detectar una señal coherente de banda estrecha de $f=10^{-27}$ W/m $^2$ dada una observación de 1000 segundos. Suponiendo que se trate de una señal isótropa, la potencia implícita a la distancia $d$ es $p=4\pi d^2 f$ lo que significa que $p \simeq d^2$ MW.

Así pues, está claro que, a menos que una señal de 1MW sea altamente radiada, no podría ser detectada por nuestra tecnología actual ni siquiera desde una estrella cercana. (En realidad, esta cifra está desfasada, el receptor de Arecibo es algo más sensible ahora, pero no encuentro cifras). Por supuesto nosotros emiten más señales emitidas. El radar de Arecibo transmite a 1 MW, pero su potencia isótropa radiada equivalente es de 20 TW. En otras palabras, la antena parabólica de Arecibo podría detectar las señales dirigidas que emite (y, por supuesto, lo hace, al realizar la metrología del sistema solar) a distancias de unos 5000 años luz, aunque el radar no envíe normalmente una señal a 1000s.

El proyecto SETI Phoenix, fue la búsqueda más avanzada de señales de radio de otra vida inteligente. Cita de Cullers et al. (2000) : " Las señales típicas, a diferencia de las más potentes, quedan por debajo del umbral de detección de la mayoría de los sondeos, incluso si la señal procediera de la estrella más cercana ". Cita de Tarter (2001) : " Con los niveles actuales de sensibilidad, las búsquedas selectivas de microondas podrían detectar la potencia equivalente a potentes transmisores de televisión a una distancia de 1 año luz. ". A encuesta reciente utilizando el telescopio Green Bank fue capaz de descartar señales continuas (entre 1,1 y 1,9 GHz) al nivel de 8 radares Arecibo (emitidos) de una gran muestra de 104 anfitriones de planetas Kepler a distancias de ~1000 años luz.

La próxima generación de radiotelescopios utiliza "phased arrays" para monitorizar señales procedentes de muchas direcciones a la vez y puede realizar sondeos de gran angular con mucha más rapidez. El proyecto SETI utiliza actualmente el Allen Telescope Array. El sitio reclamación es que en 10 años puede estudiar un millón de estrellas con sensibilidad suficiente para detectar el radar de Arecibo a distancias de 1000 años luz.

Se ha sugerido que los nuevos proyectos y tecnologías de radiotelescopios como LOFAR y el Square Kilometre Array pueden ser capaces (utilizando un mes más o menos de tiempo de observación) de detectar por casualidad "parloteo" de radio a unos cientos de MHz a distancias de 10-1000 años luz y sobre una buena fracción del cielo - ver Loeb y Zaldarriaga (2007) . El conjunto SKA, que empezará a funcionar a pleno rendimiento a partir de 2025, también podría vigilar multitud de direcciones a la vez en busca de señales emitidas. Un buen resumen de lo que será posible en un futuro próximo se encuentra en Tarter et al. (2009) .

EDIT: Me he dado cuenta de que no he respondido del todo a la pregunta. La antena parabólica de Arecibo puede detectar la señal emitida de la que hablas en 1000s a una distancia de unos 5000 años luz. La antena tiene un diámetro de 304 m. Así que para detectar una señal que viene de 5 veces más lejos y que será 25 veces más débil se necesitaría ingenuamente una antena parabólica de 1,5 km (suponiendo que los niveles de ruido se mantienen iguales).

Answer 2

Este documento contiene un importante análisis de las distintas compensaciones entre ancho de banda y eficiencia energética. La conclusión interesante de ese artículo es que la forma más eficiente de enviar y recibir mensajes interestelares (en un espaciotiempo plano) que maximicen la tasa de bits requiere que el ancho de banda de la transmisión sea muy grande. En concreto, esto significa que la forma tradicional de SETI, que busca gaussianos de frecuencia modulada independientes y sospechosos, podría ser demasiado ingenua y restrictiva, y quizá también una forma de comunicación subóptima.

Existen otros trucos conocidos para mejorar la velocidad binaria de las comunicaciones a muy baja potencia. Utilizando los puntos focales gravitatorios de las estrellas, se ha calculado y predicho por varios autores que incluso un teléfono móvil de baja potencia podría detectarse a ¡10 años-luz! Así pues, si las sondas Bracewell o Von Neumann están manteniendo una Internet galáctica, los puntos focales gravitatorios es donde queremos colocar observadores para olfatear las señales.

Answer 3

Recuerdo una presentación técnica en YouTube que no encuentro para enlazar tras una hora de búsqueda. Se trataba de un láser que estaban construyendo los militares, y decía que sólo faltaba un orden de magnitud (o algo así) para escalar la tecnología a algo que fuera un reflector interplanetario, y que también pudiera emitir señales a distancias interestelares con un Espejo de 8 metros en cada extremo.

La cuestión es que el láser es pulsado , con una frecuencia muy alta y pone toda la potencia en los pulsos por lo que es más brillante que la potencia media. Pero, la reflexión puede buscar esa cadencia y así recoger la señal incluso contra un fondo fuerte. Encontré resultados sobre este tema general que se remontan a varias décadas atrás.

Por lo tanto, un observatorio de tamaño normal podría ver señales emitidas a más de 50 años luz (si no me falla la memoria) si sabes exactamente qué buscar. Es legible pero no conspicuo y, combinados con protocolos de codificación digital, probablemente no se puedan descubrir sin una gran potencia de procesamiento y canales espectrales muy finos.