In 1961 creëerde de beroemde astronoom Frank Drake een formule voor het schatten van het aantal buitenaardse intelligenties (ETI's) dat in ons sterrenstelsel zou kunnen bestaan. Bekend als de "Drake-vergelijking", toonde deze formule aan dat zelfs volgens de meest conservatieve schattingen ons sterrenstelsel waarschijnlijk op elk moment een paar geavanceerde beschavingen zou kunnen herbergen. Ongeveer een decennium later begon NASA officieel met zijn zoektocht naar het programma voor buitenaardse intelligentie (SETI).
Deze inspanningen hebben de afgelopen decennia een grote belangstelling gekregen dankzij de ontdekking van duizenden extrasolaire planeten. Om de mogelijkheid aan te pakken dat er leven kan bestaan, vertrouwen wetenschappers ook op geavanceerde hulpmiddelen om te zoeken naar veelbetekenende indicatoren van biologische processen (ook bekend als biosignaturen) en technologische activiteit (technosignaturen), die niet alleen leven maar ook geavanceerde intelligentie kunnen aangeven.
Om de groeiende interesse op dit gebied aan te pakken, organiseerde NASA in september de NASA Technosignatures Workshop. Het doel van deze workshop was om de huidige stand van zaken van het onderzoek naar technosignatuur te beoordelen, waar de meest veelbelovende wegen liggen en waar vooruitgang kan worden geboekt. Onlangs is het workshoprapport verschenen, dat al hun bevindingen en aanbevelingen voor de toekomst van dit veld bevatte.
Deze workshop is voortgekomen uit het Congress House Appropriations Bill dat in april 2018 is aangenomen, waarin NASA de opdracht kreeg om de wetenschappelijke zoektocht naar technosignaturen te ondersteunen als onderdeel van hun grotere zoektocht naar buitenaards leven. Het evenement bracht wetenschappers en hoofdonderzoekers samen uit verschillende velden van het Lunar and Planetary Institute (LPI) in Houston, terwijl nog veel meer deelnamen via Adobe Connect.
Tijdens de drie en een halve dag workshop zijn er tal van presentaties gehouden die veel relevante onderwerpen behandelden. Deze omvatten verschillende soorten technosignaturen, de radio-zoektocht naar buitenaardse intelligentie (SETI), zonnestelsel SETI, megastructuren, datamining en optische en nabij-infrarood licht (NIL) -zoekopdrachten. Volgens het wetsvoorstel over huiskredieten werden de resultaten van de workshop gebundeld in een rapport dat op 28 november 2018 werd ingediend.
Uiteindelijk was het doel van de workshop viervoudig:
- Definieer de huidige status van het technosignatuurveld. Welke experimenten hebben plaatsgevonden? Wat is de state-of-the-art voor detectie van technosignatuur? Welke limieten hebben we momenteel voor techno-handtekeningen?
- Begrijp de vooruitgang op korte termijn op het gebied van technosignatuur. Welke middelen zijn aanwezig die kunnen worden toegepast bij het zoeken naar technische handtekeningen? Welke geplande en gefinancierde projecten zullen de state-of-the-art de komende jaren bevorderen, en wat is de aard van die vooruitgang?
- Begrijp het toekomstige potentieel van het technosignatuurveld. Welke nieuwe onderzoeken, nieuwe instrumenten, technologieontwikkeling, nieuwe dataminingalgoritmen, nieuwe theorie en modellering, enz., Zouden belangrijk zijn voor toekomstige vorderingen in het veld?
- Welke rol kunnen NASA-partnerschappen met de particuliere sector en filantropische organisaties spelen bij het vergroten van ons begrip van het veld van technische handtekeningen?
Het rapport begint met achtergrondinformatie over de jacht op technische handtekeningen en biedt een definitie van de term. Hiervoor noemen de auteurs Jill Tarter, een van de meest vooraanstaande leiders op het gebied van SETI-onderzoek en de persoon die de term zelf heeft bedacht. Naast de directeur van het Center for SETI Research (onderdeel van het SETI Institute) gedurende 35 jaar, was ze ook de projectwetenschapper voor NASA's SETI-programma voordat het in 1993 werd geannuleerd.
Zoals ze in het artikel uit 2007 aangaf, getiteld "De evolutie van het leven in het universum: zijn we alleen?":
'Als we technosignaturen kunnen vinden - bewijs van een technologie die de omgeving op een detecteerbare manier wijzigt - dan mogen we het bestaan, althans op een bepaald moment, afleiden van intelligente technologen. Net als bij biosignaturen is het niet mogelijk om alle potentiële technosignaturen van technologie op te sommen, aangezien we het nog niet weten, maar we kunnen systematische zoekstrategieën definiëren voor equivalenten van sommige terrestrische technologieën van de 21e eeuw. "
Met andere woorden, technosignaturen zijn wat wij mensen zouden herkennen als tekenen van technologisch geavanceerde activiteit. Het bekendste voorbeeld zijn radiosignalen waarnaar SETI-onderzoekers de afgelopen decennia hebben gezocht. Maar er zijn nog vele andere handtekeningen die niet volledig zijn onderzocht en er worden er steeds meer bedacht.
Hieronder vallen laseremissies, die kunnen worden gebruikt voor optische communicatie of als voortstuwingsmiddel; tekenen van megastructuren, waarvan sommigen geloofden dat ze de reden waren achter het mysterieuze dimmen van Tabby's Star; of een atmosfeer vol kooldioxide, methaan, CFK's en andere bekende verontreinigende stoffen (om een pagina uit ons eigen boek te halen).
Als het gaat om het zoeken naar biosignaturen, worden wetenschappers beperkt door het feit dat er maar één planeet is die we kennen die het leven ondersteunt: de aarde. Maar de uitdagingen reiken veel verder dan financiering en. Zoals Jason Wright - universitair hoofddocent bij PSU en het Center for Exoplanets and Habitable Worlds (CEHW) en een van de auteurs van het rapport - Space Magazine via e-mail vertelde:
“De technische uitdagingen zijn legio. Wat voor soort technische handtekeningen zou een buitenaardse technologische soort genereren? Welke daarvan zijn detecteerbaar? Hoe weten we of we er een hebben gevonden? Als we het vinden, hoe kunnen we er dan zeker van zijn dat het een teken van technologie is en niet iets onverwachts, maar natuurlijks? "
In dit opzicht worden planeten beschouwd als 'potentieel bewoonbaar' op basis van het feit of ze al dan niet 'aardachtig' zijn. Op dezelfde manier is de jacht op technische handtekeningen beperkt tot technologieën waarvan we weten dat ze haalbaar zijn. Er zijn echter ook enkele belangrijke verschillen tussen technosignaturen en biosignaturen.
Zoals ze uitleggen, zijn veel voorgestelde geavanceerde technologieën ofwel "zelflichtgevend" (d.w.z. lasers of radiogolven) of brengen ze de manipulatie van energie van heldere natuurlijke bronnen (d.w.z. Dyson-bollen en andere megastructuren rond sterren) met zich mee. Het is ook mogelijk dat technosignaturen op grote schaal zullen worden verspreid omdat de soort in kwestie hun beschaving mogelijk heeft verspreid naar naburige sterrenstelsels en zelfs sterrenstelsels.
Zoals Wright uitlegde, zijn er veel soorten technosignaturen, waarvan een radiosignaal het meest wordt gezocht:
"Deze hebben veel voordelen: ze zijn duidelijk kunstmatig, ze zijn een van de goedkoopste en gemakkelijkste manieren om informatie over lange afstanden te verzenden, ze vereisen geen extrapolatie in technologie van de onze om te genereren, en we kunnen zelfs vrij zwakke signalen detecteren op interstellaire afstanden. Andere veel voorkomende technosignaturen zijn lasers - ofwel pulsen of continue bundels - die veel van dezelfde voordelen hebben. Beide techno-handtekeningen werden bijna 50 jaar geleden voorgesteld en het meeste werk dat tot nu toe met betrekking tot techno-handtekeningen is gedaan, is ernaar uitgekeken. ”
Voor elk van deze handtekeningen is het daarom nodig om bovengrenzen vast te stellen, zodat wetenschappers precies weten wat niet Zoeken naar. "Als je iets zoekt en het niet vindt, moet je nauwkeurig documenteren welke signalen je hebt bewezenniet bestaan, 'zei Wright. "Zoiets als: geen signalen die sterker zijn dan een bepaald niveau, soms binnen een bepaald bereik van bepaalde sterren, smaller dan een bepaalde bandbreedte, binnen een bepaald frequentiebereik."
Het rapport behandelt vervolgens wat de hoogste detectielimieten zijn voor elke technosignatuur en welke huidige methode en technologie er is om ernaar te zoeken. Om dit in perspectief te plaatsen, citeren ze uit een onderzoek uit 2005 door Chyba en Hand:
"Astro-fysici ... hebben tientallen jaren besteed aan het bestuderen en zoeken naar zwarte gaten voordat ze het overtuigende bewijs van vandaag verzamelden dat ze bestaan. Hetzelfde kan worden gezegd voor het zoeken naar supergeleiders op kamertemperatuur, protonverval, schendingen van de speciale relativiteitstheorie, of wat dat betreft het Higgs-deeltje. Veel van het belangrijkste en meest opwindende onderzoek in de sterrenkunde en natuurkunde heeft inderdaad precies betrekking op de studie van objecten of fenomenen waarvan het bestaan niet is aangetoond - en dat kan in feite blijken te bestaan. In die zin wordt de astrobiologie alleen geconfronteerd met wat een bekende, zelfs alledaagse situatie is in veel van haar zusterwetenschappen. ”
Met andere woorden, toekomstige vooruitgang op dit gebied zal bestaan uit het ontwikkelen van manieren om te zoeken naar mogelijke technosignaturen en het bepalen in welke vorm deze signaturen niet als natuurlijke fenomenen kunnen worden uitgesloten. Ze beginnen met te kijken naar het uitgebreide werk dat is gedaan op het gebied van radioastronomie.
Als het erop aankomt, zou men kunnen zeggen dat alleen een extreem smalbandige astronomische radiobron een kunstmatige oorsprong heeft, aangezien breedbandige radio-uitzendingen in ons melkwegstelsel veel voorkomen. Dientengevolge hebben SETI-onderzoekers enquêtes uitgevoerd die op zoek waren naar zowel continue golf- als pulsradiobronnen die niet konden worden verklaard door natuurlijke fenomenen.
Een goed voorbeeld hiervan is het bekende 'WOW! Signaal ”dat op 15 augustus 1977 werd ontdekt door astronoom Jerry R. Ehman met behulp van de Big Ear-radiotelescoop aan de Ohio State University. Tijdens het onderzoeken van het sterrenbeeld Boogschutter, nabij de M55 bolhoop, merkte de telescoop een plotselinge sprong op in de radio-uitzendingen.
Helaas konden meerdere vervolgonderzoeken geen verdere aanwijzingen vinden voor radiosignalen van deze bron. Deze en andere voorbeelden kenmerken het nauwgezette en moeilijke werk dat gepaard gaat met het zoeken naar radiogolftechno-handtekeningen, die wordt gekenmerkt als het zoeken naar een naald in de "Cosmic Haystack".
Voorbeelden van bestaande meetinstrumenten en -methoden zijn de Allen Telescope Array van het SETI Institute, de Arecibo Observatory, de Robert C. Byrd Green Bank Telescope, de Parkes Telescope en de Very Large Array (VLA), het [email protected] project en Breakthrough Listen . Maar aangezien het volume van de ruimte die is gezocht voor zowel continue als gepulseerde radiozoekopdrachten, zijn de huidige bovengrenzen voor de signatuur van radiogolven vrij zwak.
Evenzo moeten optische en nabij-infraroodlichtsignalen (NIL) ook worden gecomprimeerd in termen van frequentie en tijd om als kunstmatig van oorsprong te worden beschouwd. Voorbeelden hiervan zijn het Near-Infrared Optical SETI (NIROSETI) -instrument, het Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS), de Near-Earth Object Wide-field Survey Explorer (NEOWISE) en de Keck / High Resolution Echelle Spectrometer ( HUREN).
Als het gaat om het zoeken naar megastructuren (zoals Dyson Spheres), richten astronomen zich op zowel afvalwarmte van sterren als dalingen in hun helderheid (verduisteringen). In het geval van de eerste zijn er onderzoeken uitgevoerd waarin werd gezocht naar overtollige infraroodenergie die afkomstig was van nabijgelegen sterren. Dit kan worden gezien als een indicatie dat sterrenlicht wordt gevangen door technologie (zoals zonnepanelen).
In overeenstemming met de wetten van de thermodynamica, zou een deel van deze energie als "afvalwarmte" worden uitgestraald. In het laatste geval zijn verduisteringen onderzocht met behulp van gegevens van de Kepler en K2 missies om te zien of ze de aanwezigheid van enorme baanstructuren kunnen aangeven - net zoals ze werden gebruikt om planetaire transits en het bestaan van exoplaneten te bevestigen.
Evenzo zijn er onderzoeken uitgevoerd naar andere sterrenstelsels met behulp van de Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) en Two Micron All-Sky Survey (2MASS) om te zoeken naar tekenen van verduistering. Andere lopende zoekopdrachten worden uitgevoerd met de Infrared Astronomical Satellite (IRAS) en de Vanishing & Appearing Sources during a Century of Observations (VASCO).
Het rapport behandelt ook de technische handtekeningen die mogelijk in ons eigen zonnestelsel voorkomen. Hier wordt het geval van ‘Oumuamua aan de orde gesteld. Volgens recente studies is het mogelijk dat dit object eigenlijk een buitenaardse sonde is en dat er duizenden van dergelijke objecten in het zonnestelsel zouden kunnen bestaan (waarvan sommige in de nabije toekomst zouden kunnen worden bestudeerd).
Er zijn zelfs pogingen ondernomen om bewijzen van vroegere beschavingen hier op aarde te vinden via chemische en industriële technosignaturen, vergelijkbaar met hoe dergelijke indicatoren op een buitenzonne-planeet kunnen worden beschouwd als bewijs van een geavanceerde beschaving.
Een andere mogelijkheid is het bestaan van op de ruimte gebaseerde buitenaardse artefacten of "gebottelde berichten". Deze kunnen de vorm aannemen van ruimtevaartuigen die berichten bevatten die lijken op de "Pioneer Plaque" van de Pioneer 10 en 11 missies, of de "Golden Record" van de Voyager 1 en 2 missies.
Uiteindelijk variëren de bovengrenzen van deze techno-handtekeningen en tot dusver zijn geen pogingen ondernomen om ze te vinden. Zoals ze echter opmerken, zijn er aanzienlijke kansen voor toekomstige detectie van technosignaturen dankzij de ontwikkeling van instrumenten van de volgende generatie, verfijnde zoekmethoden en lucratieve partnerschappen.
Deze zullen een grotere gevoeligheid mogelijk maken bij het zoeken naar voorbeelden van communicatietechnologie, evenals tekenen van chemische en industriële handtekeningen dankzij het vermogen om exoplaneten direct in beeld te brengen.
Voorbeelden zijn instrumenten op de grond zoals de Extremely Large Telescope (ELT), de Large Synoptic Survey Telescope (LSST) en de Giant Magellan Telescope (GMT). Er zijn ook bestaande ruimtegebaseerde instrumenten, waaronder recentelijk gepensioneerde Kepler missie (waarvan de gegevens nog steeds leiden tot waardevolle ontdekkingen), de Gaia missie, en de Doorgaande Exoplanet Survey Satellite (TESS).
Ruimtevaartprojecten die momenteel in ontwikkeling zijn, zijn onder meer de James Webb Space Telescope (JWST), de Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), en PLAnetaire doorgangen en oscillaties van sterren (PLATO) missies. Dit instrument, gecombineerd met verbeterde software en methoden voor het delen van gegevens, zal naar verwachting in de niet al te verre toekomst nieuwe en opwindende resultaten opleveren.
Maar zoals Wright samenvatte, is het ding dat het grootste verschil zal maken veel tijd en geduld:
“Ondanks dat ze 50 jaar oud is, staat SETI (of, als je wilt, op zoek naar technische handtekeningen) in veel opzichten nog in de kinderschoenen. Er werd niet veel gezocht in vergelijking met zoekopdrachten naar andere dingen (donkere materie, zwarte gaten, microbieel leven, enz.) Vanwege het historische gebrek aan financiering; er is niet eens zoveel kwantitatief, fundamenteel werk geweest over welke technosignaturen te zoeken! Het meeste werk tot nu toe was dat mensen nadachten over wat voor werk ze zouden doen als ze financiering hadden. Hopelijk kunnen we die ideeën binnenkort in praktijk brengen! "
Na een halve eeuw heeft de zoektocht naar buitenaardse intelligentie nog steeds geen bewijs gevonden van intelligent leven buiten ons zonnestelsel - d.w.z. de beroemde vraag van Fermi, "Waar is iedereen?", Blijft bestaan. Maar dat is het goede aan de Fermi Paradox, je hoeft het maar één keer op te lossen. Het enige wat de mensheid nodig heeft, is een enkel voorbeeld te vinden, en de even aloude vraag: "Zijn wij alleen?", Zal eindelijk worden beantwoord.
Het eindrapport, "NASA and the Search for Technosignatures", werd opgesteld door Jason Wright en Dawn Gelino - universitair hoofddocent bij PSU en het Center for Exoplanets and Habitable Worlds (CEHW) en een onderzoeker bij het NASA Exoplanet Science Institute (NExScI) respectievelijk.
