A caccia di “ET” con una parabola satellitare

La ricerca di vita intelligente extraterrestre, nota meglio con l’acronimo di SETI, affascina da sempre l’uomo della strada come lo scienziato, professionista o dilettante che sia. Dato però che solo i dilettanti possono dedicarsi con continuità a tale ricerca, il loro contributo può essere fondamentale. L’attrezzatura necessaria ruota intorno a una parabola satellitare e un ricevitore radio. Si ipotizza, infatti, che il segnale intelligente più probabile di origine extraterrestre sia nelle microonde e di natura altamente intermittente. Il più conosciuto candidato fino ad oggi, il segnale “Wow!”, è un caso emblematico.

Cinquant’anni dopo l’implementazione del primo moderno studio SETI, è iniziato ad essere chiaro che i segnali elettromagnetici provenienti da civiltà extraterrestri (se esistono) sono probabilmente di natura altamente intermittente, da pochi secondi a qualche minuto di durata e potrebbero non ripetersi mai. Se tali segnali sono la norma, anche i più avanzati schemi di verifica del segnale nel tempo (come il rilevamento successivo) saranno soggetti a un’alta incidenza di falsi negativi.

Inoltre, durante la scansione di grandi radiotelescopi possiamo aspettarci che solo una piccola frazione della sfera cosmica venga osservata in un dato momento, per cui sfuggiranno alla rilevazione iniziale la stragrande maggioranza dei segnali candidati interessanti. La probabilità di rilevazione di una determinata emissione radio extra-terrestre è uno spazio di parametri multivariato con almeno sei gradi di libertà, di cui tre spaziali e tre temporali: è il cosiddetto “pagliaio cosmico”.

Il SETI è come la ricerca di un ago in un pagliaio cosmico.

I parametri spaziali includono la copertura del cielo (espresso in intervalli di azimut ed elevazione, o in alternativa ascensione retta e declinazione) e area di acquisizione. I fattori temporali includono la copertura in frequenza, la risoluzione della larghezza di banda e il tempo di osservazione. Questi ultimi due fattori sono altamente correlati attraverso la costante di tempo di integrazione. Ci sono poi fattori termodinamici, in particolare il rumore del cielo e il rumore del ricevitore, ma possono essere trascurati.

Il segnale “Wow” e il Progetto Argus

Il Progetto Argus, un’iniziativa della SETI League, Inc. (un’organizzazione senza scopo di lucro), è nato nel 1996 per effettuare un monitoraggio continuo in tempo reale, nella regione delle microonde, di tutta la volta celeste. Si tratta del progetto SETI più ambizioso mai intrapreso senza un sostegno statale, e ha l’obiettivo di coinvolgere 5000 piccoli radiotelescopi in tutto il mondo, costruiti, manutenuti e gestiti da privati ​​(principalmente radioamatori e sperimentatori nelle microonde).

L’ingegner Shuch, presidente della SETI League, utilizza una particolare antenna SETI per operazioni portatili quando è lontano dalla sua stazione del Progetto Argus. La speciale antenna, che si inserisce nella parte posteriore di un minivan, è ideale per le dimostrazioni in classe, esibendo +20 dBi di guadagno a 1,4 GHz. (cortesia: SETI League)

I radiotelescopi vengono coordinati in modo da non perdere segnali probabili candidati, e fornendo una verifica indipendente di eventuali segnali interessanti rilevati. Sebbene le stazioni prototipo siano state messe in funzione nel 1996 e le stazioni di seconda generazione entro il 2000, la copertura del cielo completo non è ancora stata raggiunta. Ma le stazioni usate dai singoli osservatori dilettanti non hanno nulla da invidiare a quella che nel 1977 ha rivelato il segnale “Wow”.

In effetti, è interessante confrontare le capacità hardware e software odierne con quelle in atto presso l’Ohio State Radio Observatory nel 1977, quando un forte segnale radio a banda stretta fu rilevato dall’astronomo Jerry R. Ehman, mentre lavorava al progetto di ricerca SETI con il radiotelescopio Big Ear dell’Università dell’Ohio. Le caratteristiche del segnale, durato 72 secondi e in seguito mai più rilevato, lasciarono intendere una provenienza esterna alla Terra e al Sistema solare.

Il segnale “Wow” captato dal radiotelescopio Big Ear nel 1977.

Il segnale “Wow!” serve ancora oggi come un comodo punto di riferimento per chi vuole andare “a caccia di ET”, anche se la sua natura esatta rimane sconosciuta. Se un segnale candidato simile apparisse quando tutti gli strumenti del Progetto Argus durante sono completamente dispiegati, non sfuggirebbe al rilevamento. Infatti, sebbene ogni stazione utilizzi solo una piccola parabola satellitare come antenna, essa raggiunge una portata e una sensibilità alla pari con la radio che rivelato il “Wow!”.

Come realizzare una stazione di ascolto

Puoi unirti anche tu attivamente alla ricerca di eventuali segnali radio “intelligenti” inviati da civiltà extraterrestri con un semplice apparato oggi alla portata di qualsiasi radioamatore o scienziato dilettante, basato innanzitutto su una parabola satellitare, un piccolo radiotelescopio che è in grado di amplificare segnali radio estremamente deboli grazie alla sua ampia superficie, un po’ come fa un telescopio ottico con la luce visibile, amplificando la debole luce che ci giunge dalle lontane stelle.

Gli scienziati del SETI ritengono che le migliori frequenze sulle quali cercare i segnali extraterrestri artificiali siano localizzate in un intervallo piuttosto ristretto associato con l’acqua, poiché la vita “come noi la conosciamo” è basata sull’acqua. Le frequenze della cosiddetta “buca dell’acqua” iniziano alla frequenza di risonanza naturale dell’idrogeno a 1,42 GHz e continuano alla frequenza di 1,66 GHz del radicale idrossile (OH) della molecola d’acqua, e si trovano in un regione abbastanza radio-quieta.

La cosiddetta “buca dell’acqua” (water hole), la finestra più esplorata dal SETI.

Convertire in un radiotelescopio una parabola satellitare da 3 metri di diametro a simmetria assiale (dunque non quelle offset e più piccole normalmente usate in Italia), in modo da poter partecipare al Progetto Argus o fare osservazioni in maniera indipendente, è un compito relativamente semplice. Nel sito della SETI League troverai tutte le informazioni relative al software e all’hardware, che comprende, oltre alla parabola, un illuminatore, un preamplificatore e un ricevitore radio.

In realtà, per chi ha un po’ di conoscenze di elettronica, l’apparato è facile da realizzare. Un LNA-downverter raccoglie il segnale in arrivo, lo amplifica e converte la sua frequenza nel range VHF, che è più facile da manipolare e analizzare. Si può poi usare un cavo coassiale a bassissima perdita per trasferire il segnale a casa propria, a uno scanner radio programmabile. Puoi poi collegare l’uscita radio del tuo scanner alla scheda audio del tuo computer, per usare il software di analisi del segnale.

Schema di una stazione di ascolto amatoriale per il SETI.

Se acquisti i componenti da solo ed hai capacità in campo elettronico, puoi assemblare la tua stazione ricevente con una spesa intorno ai 300 euro. Altrimenti, puoi richiedere la disponibilità di un kit da assemblare alla SETI League. In seguito, quando il tuo sistema sarà stato assemblato, l’organizzazione ti assegnerà una zona del cielo da monitorare, scelta tenendo conto dell’angolo di osservazione migliore dalla tua zona geografica e di altre limitazioni, come le leggi sugli oggetti troppo alti sui tetti.

Molti membri della SETI League usano parabole satellitari dismesse da persone che sono passate alla TV via cavo. Un’altra possibilità è quella di aggiungere un secondo illuminatore (feed) per le frequenze SETI alla parabola satellitare ancora in uso per la ricezione televisiva. La classica “buatta” di metallo del caffè in polvere non danneggerà la ricezione televisiva, ma dovrà essere posta il più vicino possibile al fuoco del disco parabolico. In alternativa, potremo valutare di autocostruirci la parabola.

In termini pratici, un stazione amatoriale per il SETI ha molto più in comune con la radio amatoriale che con la radioastronomia tradizionale in stile Arecibo, si esegue uno studio approfondito di un obiettivo per un breve periodo di tempo prima di cambiarlo. Sebbene non vi siano due stazioni SETI amatoriali esattamente uguali, lo schema a blocchi mostrato di seguito (adattato da uno sviluppato dal copresidente del comitato software della SETI League Dan Fox, KF9ET) è tipico di molti sistemi dei loro membri.

Schema a blocchi tipico di una stazione SETI amatoriale.

La SETI League, che ha lanciato il Progetto Argus, opera da uno spazio per uffici donato nel New Jersey. Il progetto Argus ha in funzione 144 stazioni in 27 paesi, costruiti da altrettanti radioastronomi dilettanti i cui sforzi vengono coordinati attraverso Internet. L’iniziativa si affianca a quella degli astronomi professionisti che, in attesa del gigantesco Square Kilometer Radiotelescope (SKA), fanno ricerca SETI con un programma chiamato “Breakthrough Listen”, lanciato nel 2016 negli Stati Uniti.

Ma come riconoscere un segnale extraterrestre, se dovessimo captarne uno? In realtà, nessuno lo sa. Indipendentemente dall’eventuale contenuto del messaggio, che potremmo non saper interpretare, un vero segnale alieno è relativamente facile da distinguere. Infatti, esso mostrerebbe uno spostamento Doppler differente e una diversa ampiezza di banda rispetto a qualsiasi segnale creato dal rumore qui sulla Terra. Se poi dura più ad es. di 10 minuti, esso ruota con la Terra e non viene dallo spazio.

Un segnale SETI anomalo. Nessuno sa con certezza cosa abbia causato questo segnale. I colori brillanti sullo sfondo blu indicano che un segnale radio è stato ricevuto sulla terra da un radiotelescopio coinvolto nel SETI. Il tempo identifica l’asse verticale del grafico e la frequenza l’asse orizzontale. Nessun segnale è stato ancora abbastanza forte o abbastanza lungo da essere identificato in modo inequivocabile come originato da un’intelligenza extraterrestre.

Cercare ET “a tavolino” con il SETI@Home

Tutti i dati generati dal progetto “Breakthrough Listen” sono disponibili al pubblico e il software SETI@Home, gratuito e liberamente scaricabile, viene utilizzato per alcune delle analisi dei dati. I primi risultati sono stati pubblicati ad aprile 2017, con ulteriori aggiornamenti previsti ogni 6 mesi. Il progetto utilizza osservazioni radio fatte dall’Osservatorio di Green Bank e dall’Osservatorio di Parkes e ora anche dal MeerKAT (il più grande radiotelescopio dell’emisfero meridionale).

SETI@home (“SETI a casa”) è un progetto di calcolo distribuito volontario che usa computer connessi ad Internet. Esso utilizza la piattaforma software BOINC creata dal SETI Research Center di Berkeley ed è ospitata dallo Space Sciences Laboratory, presso l’Università della California, a Berkeley. Il suo scopo è quello di analizzare i segnali radio, alla ricerca di segni di intelligenza extraterrestre, e come tale è una delle tante attività intraprese nell’ambito dello sforzo SETI mondiale.

Una schermata del software SETI@Home.

Il software del progetto SETI@home è stato rilasciato al pubblico il 17 maggio 1999, rendendolo di fatto il terzo uso su larga scala del calcolo distribuito su Internet a fini di ricerca, dopo che la “Great Internet Mersenne Prime Search” (GIMPS) è stata lanciata nel 1996 e distribuito sulla Rete nel 1997. Insieme ai più recenti MilkyWay@home e Einstein@home, è il terzo grande progetto informatico di questo tipo che ha come scopo principale lo studio di fenomeni nello spazio interstellare.

In generale, il problema con il SETI professionale è che richiede enormi risorse computazionali. Immagina di avere una radio in grado di ascoltare sempre tutte le frequenze radio, TV, radar, satellite e apriporta del garage. L’approccio SETI lo restringe un po’, ma sta ancora ascoltando un numero enorme di frequenze. Quindi, il computer deve guardare ciascuna frequenza separatamente e provare a decidere se sta trasportando un segnale intelligente invece del semplici rumore.

Per darti un’idea della portata del problema, un’antenna utilizzata per SETI@home può registrare ogni giorno 35 gigabyte di dati per le sue normali osservazioni astronomiche. Se si vuole analizzare tali dati per il SETI, secondo il sito SETI@home il computer di casa medio impiega circa 30 ore per elaborare una “unità di lavoro”, ed i 35 gigabyte di dati giornalieri vengono suddivisi in 140.000 unità di lavoro. Sono 4,2 milioni di ore di tempo di calcolo solo per elaborare i dati di un giorno!

Il MeerKAT, il più grande radiotelescopio dell’emisfero meridionale, è usato anch’esso, in “piggyback” per raccogliere dati per il SETI@Home.

Acquistare quella quantità di potenza computazionale sarebbe incredibilmente costoso, quindi SETI @ home trova un modo assolutamente geniale per creare quella potenza di calcolo dal nulla. Quando il computer è inattivo, viene visualizzato uno screensaver. Nella maggior parte dei casi, un computer che visualizza il suo salvaschermo non fa assolutamente nulla. Tutta la potenza di calcolo disponibile nella macchina viene sprecata: il PC non analizza e non può scoprire nulla.

Quindi SETI @ home ha creato un suo salvaschermo speciale, che si installa sul proprio computer. Con lo screensaver SETI@home installato, il computer elabora effettivamente i dati SETI quando è inattivo. Lo screensaver scarica un pacchetto di dati contenente un’unità di lavoro di segnali radio e quindi macina i dati uno dopo l’altro. Al termine, restituisce i risultati e riceve un altro pacchetto. Lo screensaver, invece di visualizzare pesci o tostapane volanti, visualizza i lavori in corso.