Od dekad słuchamy jednego kanału. Obcy mogli nadawać obok

Od dziesięcioleci nastawiamy kosmiczne radio na częstotliwości, które sami uznaliśmy za najbardziej oczywiste. Liczyliśmy, że obca cywilizacja również wybierze pasmo leżące pomiędzy sygnałami wodoru i hydroksylu. Największy problem jednak jest w tym, że nie mamy żadnego powodu, by pozaziemscy inżynierowie podzielali naszą symbolikę. Pierwszy nasłuch przeprowadzony za pomocą ALMA zajrzał w okolice 90 GHz – niemal pustą plamę na mapie poszukiwań obcych.

SETI nie obserwowało przez całe dekady jednej, idealnie ustalonej częstotliwości. Kolejne programy przeszukiwały różne fragmenty widma radiowego, a część współczesnych badań sięgała już kilkunastu, a nawet kilkudziesięciu gigaherców. Środek ciężkości pozostawał jednak znacznie niżej, bo w zakresie około 1-10 GHz. Szczególne miejsce zajęło pasmo od 1,42 do około 1,66 GHz, nazywane wodopojem albo water hole.

Dolną granicę wyznacza naturalna linia radiowa neutralnego wodoru o częstotliwości około 1420 MHz. W pobliżu drugiego końca znajdują się linie rodnika hydroksylowego. Wodór oznaczany literą H oraz grupa OH tworzą razem H2O, czyli wodę. Pomysł wydawał się bardzo trafiony. Woda jest podstawowym składnikiem życia, jakie znamy. Wodór jest najpowszechniejszym pierwiastkiem we Wszechświecie, a jego częstotliwość znałaby każda cywilizacja posiadająca radioastronomię.

Jeżeli dwie nieznane sobie kultury chciałyby spotkać się w ogromnym radiowym tłumie, mogłyby wybrać właśnie ten uniwersalny punkt odniesienia. Kosmiczny wodopój miał być miejscem, do którego wszyscy prędzej czy później przyjdą.

Hipoteza ma sens, ale pozostaje hipotezą stworzoną przez ludzi. Zakłada, że inna cywilizacja zna wodę, uznaje ją za szczególną, łączy ze sobą symbole H i OH oraz wpada na dokładnie ten sam pomysł dotyczący międzygwiezdnej częstotliwości wywoławczej. Może się jednak okazać, że pozaziemscy nadawcy wybierają pasmo na podstawie zupełnie innych kryteriów: sprawności energetycznej swoich urządzeń, lokalnego poziomu zakłóceń, budowy atmosfery planety albo technologii odbiorników.

Mogą też nie próbować nawiązać kontaktu z nieznanymi cywilizacjami. Sygnał, który kiedyś wykryjemy, nie musi być odpowiednikiem wołania halo, Ziemio. Może być wyciekiem z radaru, systemu łączności między planetami albo nadajnika używanego wewnątrz obcego układu. Wtedy nie będzie żadnego powodu, by transmisja wylądowała dokładnie w wodopoju.

Jak pisaliśmy w tekście: Twierdzi, że rozgryzł system komunikacji obcych cywilizacji. Powiedział, dlaczego ich nie słyszymy, największą słabością SETI może być samo założenie, że rozwinięta cywilizacja nadal korzysta z technologii, którą my potrafimy sobie wyobrazić i wykryć. Najnowsza praca nie porzuca oczywiście całkowicie fal radiowych. Pokazuje jednak, że nawet w ich obrębie sprawdziliśmy tylko część dostępnych możliwości.

Louisa Mason z Uniwersytetu w Manchesterze wraz ze współpracownikami wykorzystała archiwalne obserwacje Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, czyli ALMA. To zestaw 66 precyzyjnych anten ustawionych na płaskowyżu Chajnantor w Chile, około 5000 m n.p.m. Wysokość i wyjątkowo suche powietrze pozwalają obserwować fale milimetrowe oraz submilimetrowe, które przy niższej lokalizacji zostałyby w dużej części pochłonięte przez wodę w atmosferze.

ALMA może pracować w zakresie od około 35 do 950 GHz. W porównaniu z klasycznym wodopojem są to zupełnie inne rejony radiowego pokrętła. Badacze nie zamawiali specjalnych godzin obserwacji. Wzięli dane zgromadzone wcześniej do innych celów astronomicznych i ponownie je przeanalizowali, tym razem szukając potencjalnych technosygnatur. Pierwszy taki przegląd obejmował cztery archiwalne obserwacje wykonane w paśmie 3 ALMA. Zespół sprawdził dwa wąskie okna częstotliwości skupione wokół 90,642 oraz 93,151 GHz.

To częstotliwości około 60 razy wyższe od klasycznego radiowego wodopoju. „Obok” nie oznacza więc sąsiedniego miejsca na skali odbiornika. Chodzi o część przestrzeni poszukiwań, która technicznie jest dostępna, lecz niemal nikt nie sprawdzał jej systematycznie.

W danych nie wykryto żadnego sygnału, który spełniałby przyjęte kryteria technosygnatury. Nie jest to jednak kolejny dowód na pustkę Drogi Mlecznej. Pamiętajmy, że przeszukano tylko dwa bardzo małe fragmenty pasma oraz pola widzenia czterech obserwacji. W zasięgu znajdowało się 28 gwiazd z katalogu Gaia. Dla najbliższej z nich badanie wykluczyło jedynie nadajnik skierowany w naszą stronę o efektywnej mocy promieniowanej większej niż około 7 x 10^17 W.

Byłby to niewiarygodnie silny sygnał. Brak detekcji nie mówi więc, że przy żadnej z obserwowanych gwiazd nie istnieje technologia. Mówi tylko, że podczas konkretnych obserwacji nie działał dostatecznie potężny, wąskopasmowy nadajnik trafiający w sprawdzony zakres częstotliwości. Sygnał mógł być słabszy, chwilowo wyłączony, szerokopasmowy, skierowany gdzie indziej albo nadawany choćby kilka megaherców obok.

To podstawowa trudność SETI. Trzeba jednocześnie trafić we właściwe miejsce na niebie, czas, częstotliwość, szerokość pasma, polaryzację i rodzaj transmisji. Przeoczenie jednego parametru wystarczy, aby obca cywilizacja pozostała niesłyszalna.

Astronomowie szukali sygnałów wąskopasmowych, ponieważ natura zazwyczaj emituje fale radiowe w znacznie szerszych zakresach. Gwiazdy, gaz i wybuchy kosmiczne produkują rozciągnięte widma albo charakterystyczne linie wynikające z konkretnych procesów fizycznych.

Bardzo wąska, stabilna transmisja może natomiast przypominać działanie nadajnika technologicznego. Podobnie wyglądają sygnały tworzone przez ziemskie radary, satelity i systemy łączności.

Sama cienka kreska na wykresie w praktyce oczywiście nie wystarcza. Największym problemem radioastronomów pozostają zakłócenia produkowane na Ziemi i jej orbicie. ALMA ma tutaj ciekawą przewagę. Nie jest pojedynczą czaszą, lecz interferometrem łączącym sygnały z wielu anten. Odpowiednio przeanalizowane dane pozwalają lepiej ustalić, czy transmisja rzeczywiście nadchodzi z konkretnego punktu na niebie, czy pochodzi z lokalnego urządzenia.

Wysokie częstotliwości są też słabiej zniekształcane przez zjonizowany gaz pomiędzy gwiazdami. W okolicach wodopoju ośrodek międzygwiazdowy może rozciągać i rozmywać bardzo precyzyjne sygnały. Fale milimetrowe znoszą ten efekt lepiej. Nie znaczy to, że są idealne. Im wyższa częstotliwość, tym większe znaczenie mają pochłanianie w atmosferze, szum odbiornika oraz zmiany częstotliwości wywołane ruchem nadajnika i odbiorcy.

Planeta obraca się wokół własnej osi i obiega gwiazdę. Sama gwiazda porusza się po galaktyce. Ziemia wykonuje dokładnie takie same rodzaje ruchu. Jeżeli obca cywilizacja nadaje stabilny sygnał, my nie zobaczymy go jako idealnie nieruchomej linii. Efekt Dopplera będzie stopniowo przesuwał częstotliwość, podobnie jak wysokość dźwięku zmienia się podczas przejazdu karetki.

Przy 90 GHz nawet niewielka zmiana prędkości powoduje znacznie szybsze przesuwanie się sygnału po kolejnych kanałach niż przy 1,5 GHz. Oprogramowanie musi przeszukiwać ogromną liczbę możliwych dryfów, a zbyt długi pomiar może rozmazać transmisję tak, że stanie się ona niewidoczna.

Do tego pasma milimetrowe są pełne naturalnych linii pochodzących od cząsteczek znajdujących się w obłokach gazu. Potencjalną technosygnaturę trzeba odróżnić zarówno od ziemskiej elektroniki, jak i od kosmicznej chemii. Nowe pasmo nie jest więc łatwiejszym miejscem poszukiwań. Jest po prostu innym miejscem, które dotąd pozostawialiśmy prawie puste.

Drugą częścią pracy Mason jest wykorzystanie tzw. gwiezdnego przyłowu. Gdy radioteleskop zostaje skierowany na jeden wybrany obiekt, w jego polu widzenia znajdują się również inne gwiazdy. Nie były głównymi celami obserwacji, ale potencjalny sygnał z ich okolic także trafiłby do zebranych danych. Można więc przeszukać znacznie większą populację, nie przeznaczając na to ani minuty dodatkowej pracy teleskopu.

Dotychczas badacze liczyli taki przyłów przede wszystkim za pomocą katalogu Gaia. Sonda znakomicie mierzy pozycje oraz ruchy gwiazd, lecz jej spis nie jest kompletny. Nie obejmuje wielu obiektów bardzo słabych, odległych, zasłoniętych pyłem albo znajdujących się w wyjątkowo zatłoczonych rejonach Drogi Mlecznej. Zespół wykorzystał więc model galaktyczny Besançon, który statystycznie odtwarza populację gwiazd – również tych, których nie potrafimy osobno wskazać w katalogu.

Po zastosowaniu tej metody do wcześniejszego dużego przeglądu SETI liczba obiektów uznanych za objęte obserwacją wzrosła z około 288 tys. do ponad 6,18 mln. Nie oznacza to, że naukowcy odkryli prawie 6 mln konkretnych gwiazd i sprawdzili każdą z osobna. To szacunek statystyczny pokazujący, ile różnych obiektów powinno znajdować się w obserwowanych kierunkach, nawet jeśli Gaia ich nie rozróżnia.

Nowe obliczenia prowadzą do pozornie sprzecznego wniosku. Z jednej strony wcześniejsze nasłuchy mogły objąć znacznie więcej gwiazd, niż dotychczas sądziliśmy. Z drugiej niemal całkowicie ominęliśmy olbrzymią część dostępnego widma.

Jak pisaliśmy w tekście: Obcy ewidentnie się przed nami ukrywają. Co gorsze, doskonale im to wychodzi, poprzednie badania potrafiły obejmować dziesiątki milionów gwiazd i szerokie zakresy częstotliwości. Nadal nie znalazły powtarzalnej transmisji, którą można byłoby przypisać pozaziemskiej technologii.

Przeczytaj także:

Sama liczba gwiazd nie opisuje jednak jakości poszukiwań. Możemy obserwować milion obiektów przez kilka minut w jednym paśmie albo jedną gwiazdę przez rok na tysiącach częstotliwości. Są to zupełnie inne eksperymenty.

Dobrym przykładem jest SETI@home. Jak pisaliśmy w tekście: Domowe pecety szukały obcych. Piknęło coś ciekawego i spojrzą tam teleskopy, ponad 20 lat danych przyniosło około 12 mld detekcji, które po wieloletnim odsiewaniu ograniczono do 100 najciekawszych kandydatów wymagających ponownego sprawdzenia. To nieustanne przesiewanie ogromnej liczby ziemskich zakłóceń, naturalnych źródeł i przypadkowych anomalii. ALMA dokłada do tego procesu nowe kosmiczne radio, ustawione w miejscu, którego niemal dotąd nie słuchaliśmy.

* Źródło grafiki wprowadzającej: AI / Canva Pro