1961 skapade den berömda astronomen Frank Drake en formel för att uppskatta antalet utomjordiska intelligenser (ETI) som kan existera i vår galax. Känd som ”Drake Equation”, och denna formel visade att även med de mest konservativa uppskattningarna kunde vår galax vara värd för åtminstone några avancerade civilisationer vid en viss tidpunkt. Cirka ett decennium senare sparkade NASA officiellt av sin sökning efter utomjordisk intelligens (SETI) -program.
Dessa ansträngningar har upplevt ett stort infusionsintresse under de senaste decennierna tack vare upptäckten av tusentals extrasolära planeter. För att ta itu med möjligheten att det finns liv där ute, förlitar forskare sig också på sofistikerade verktyg för att söka efter indikatorer på biologiska processer (alias biosignaturer) och teknisk aktivitet (teknosignaturer), vilket inte bara kan indikera liv utan avancerad intelligens.
För att möta det växande intresset för detta område var NASA värd för NASA Technosignatures Workshop tillbaka i september. Syftet med denna workshop var att utvärdera det nuvarande tillståndet för teknosignaturforskning, där de mest lovande vägarna låg och var framsteg kan göras. Nyligen släpptes workshopens rapport, som innehöll alla deras resultat och rekommendationer för framtidens område.
Denna workshop framkom som ett resultat av lagförslaget om anslag för kongresshus som antogs i april 2018, där NASA riktades att börja stödja den vetenskapliga sökningen efter teknosignaturer som en del av deras större sökande efter utomjordiskt liv. Händelsen samlade forskare och principutredare från olika fält vid Lunar and Planetary Institute (LPI) i Houston, medan många fler deltog via Adobe Connect.
Under den tre och en halv dagars workshopen gjordes många presentationer som behandlade många relevanta ämnen. Dessa inkluderade olika typer av teknosignaturer, radiosökning efter utomjordisk intelligens (SETI), solsystem SETI, megastrukturer, data mining och optiska och nära-infraröda ljus (NIL) sökningar. Enligt lagförslaget om husanslag anslogs resultaten av verkstaden till en rapport som lämnades in 28 november 2018.
I slutändan var syftet med verkstaden fyrfaldigt:
- Definiera det aktuella tillståndet för teknosignaturfältet. Vilka experiment har skett? Vad är det senaste för teknisk signaturdetektering? Vilka gränser har vi för närvarande för teknikignaturer?
- Förstå framstegen på kort sikt inom teknosignaturfältet. Vilka tillgångar finns på plats som kan tillämpas vid sökningen efter tekniska signaturer? Vilka planerade och finansierade projekt kommer att främja den senaste tekniken under kommande år, och vad är arten av detta framsteg?
- Förstå den framtida potentialen för teknosignaturfältet. Vilka nya undersökningar, nya instrument, teknikutveckling, nya data-gruvningsalgoritmer, ny teori och modellering etc. skulle vara viktiga för framtida framsteg på området?
- Vilken roll kan NASA-partnerskap med den privata sektorn och filantropiska organisationer spela för att öka vår förståelse för teknikfältet?
Rapporten börjar med att tillhandahålla bakgrundsinformation om jakten på technosignaturer och erbjuder en definition av termen. För detta citerar författarna Jill Tarter, en av de främsta ledarna inom området SETI-forskning och personen som myntade själva termen. Förutom att ha varit chef för Center for SETI Research (del av SETI Institute) i 35 år var hon också projektforskare för NASA: s SETI-program innan det avbröts 1993.
Som hon antydde i artikeln 2007, med titeln "Livets utveckling i universum: är vi ensamma?":
”Om vi kan hitta teknosignaturer - bevis på någon teknik som modifierar dess miljö på sätt som är upptäckbara - kommer vi att få dra slutsatsen om intelligenta teknologers existens, åtminstone någon gång. Liksom med biosignaturer är det inte möjligt att räkna upp alla potentiella teknosignaturer av teknik-som-vi-inte-ännu-vet-det, men vi kan definiera systematiska sökstrategier för ekvivalenter i vissa jordalsteknologier från 2000-talet. "
Med andra ord, teknosignaturer är vad vi människor skulle känna igen som tecken på tekniskt avancerad aktivitet. Det mest kända exemplet är radiosignaler, som SETI-forskare har spenderat de senaste decennierna med att leta efter. Men det finns många andra signaturer som inte har utforskats fullt ut, och fler är tänkta hela tiden.
Dessa inkluderar laserutsläpp, som kan användas för optisk kommunikation eller som ett framdrivningsmedel; tecken på megastrukturer, som vissa trodde var orsaken till den mystiska dimmningen av Tabby's Star; eller en atmosfär full av koldioxid, metan, CFC och andra kända föroreningar (för att ta en sida från vår egen bok).
När det gäller att leta efter biosignaturer begränsas forskare av det faktum att det bara finns en planet som vi känner till som stöder livet: Jorden. Men utmaningarna sträcker sig långt utöver att omfatta finansieringsfrågor och. Som Jason Wright - docent vid PSU och Center for Exoplanets and Habitable Worlds (CEHW) och en av författarna i rapporten - berättade för Space Magazine via e-post:
”De tekniska utmaningarna är många. Vilka slags teknosignaturer skulle en utomjordisk teknisk art generera? Vilka av dessa är detekterbara? Hur vet vi om vi har hittat en? Om vi hittar det, hur kan vi vara säkra på att det är ett tecken på teknik och inte något oväntat men naturligt? ”
I detta avseende betraktas planeter som ”potentiellt bebodda” baserat på om de är ”jordliknande” eller inte. På ungefär samma sätt är jakten på teknosignaturer begränsad till tekniker som vi vet är genomförbara. Men det finns också några viktiga skillnader mellan teknosignaturer och biosignaturer.
Som de förklarar är många föreslagna avancerade tekniker antingen "självlysande" (dvs lasrar eller radiovågor) eller involverar hantering av energi från ljusa naturliga källor (d.v.s. Dyson Spheres och andra megastrukturer runt stjärnor). Det finns också möjligheten att teknosignaturer kommer att spridas i stor utsträckning, eftersom arten i fråga kan ha spridit sin civilisation till angränsande stjärnsystem och till och med galaxer.
Som Wright förklarade finns det många typer av teknosignaturer, av vilka den vanligaste är en radiosignal:
”Dessa har många fördelar: de är uppenbarligen konstgjorda, de är ett av de billigaste och enklaste sätten att överföra information över långa avstånd, de kräver ingen extrapolering i teknik från vår för att generera, och vi kan upptäcka till och med ganska svaga signaler på interstellära avstånd. Andra vanliga tekniska signaturer är lasrar - antingen pulser eller kontinuerliga strålar - som har många av samma fördelar. Båda teknosignaturerna föreslogs för nästan 50 år sedan, och de flesta av de arbeten som gjorts på teknosignaturer hittills har letat efter dem. ”
För var och en av dessa signaturer är det därför nödvändigt att fastställa övre gränser, så att forskare vet exakt vad inte att leta efter. ”När du söker efter något och inte hittar det måste du noggrant dokumentera exakt vilka signaler du har bevisatinte finns, säger Wright. "Något som: inga signaler starkare än någon nivå, någon gång, inom ett visst område av vissa stjärnor, smalare än någon bandbredd, inom något frekvensområde."
Rapporten behandlar sedan vad de övre gränserna för detektion är för varje teknosignatur och vilken nuvarande metod och teknik som finns för att söka efter dem. För att sätta detta i perspektiv citerar de från en studie från Chyba och Hand 2005:
”Astrofysiker ... tillbringade decennier i att studera och söka efter svarta hål innan de samlade dagens tvingande bevis på att de finns. Detsamma kan sägas om sökandet efter rumstemperatur-superledare, protonförfall, kränkningar av speciell relativitet eller för den delen Higgs boson. Faktum är att mycket av den viktigaste och spännande forskningen inom astronomi och fysik handlar exakt om studier av föremål eller fenomen vars existens inte har visats - och som faktiskt kan visa sig inte existera. I detta avseende konfronterar astrobiologi bara det som är en bekant, till och med vanligt förekommande situation i många av dess systervetenskaper. ”
Med andra ord kommer framtida framsteg på detta område att bestå av att utveckla sätt att jaga efter möjliga teknosignaturer och bestämma i vilken form dessa underskrifter inte kan uteslutas som naturfenomen. De börjar med att överväga det omfattande arbete som har gjorts inom radioastronomi.
När det gäller det, kunde bara en extremt smalband astronomisk radiokälla sägas ha ett artificiellt ursprung, eftersom bredbandsradiosändningar är en vanlig förekomst i vår galax. Som ett resultat har SETI-forskare genomfört undersökningar som letade efter både kontinuerliga våg- och pulsradiokällor som inte kunde förklaras av naturfenomen.
Ett bra exempel på detta är den berömda ”WOW! Signal ”som upptäcktes den 15 augusti 1977 av astronom Jerry R. Ehman med användning av Big Ear-radioteleskopet vid Ohio State University. Under undersökningen av Skyttskonstellationen, nära M55-kulaklustret, noterade teleskopet ett plötsligt hopp i radiosändningar.
Tyvärr kunde flera uppföljningsundersökningar inte hitta några ytterligare indikationer på radiosignaler från denna källa. Detta och andra exempel karaktäriserar det noggranna och svåra arbetet som följer med att leta efter radiovågstekniska signaturer, som har karakteriserats som att leta efter en nål i ”Cosmic Haystack”.
Exempel på befintliga undersökningsinstrument och metoder inkluderar SETI-institutets Allen Telescope Array, Arecibo Observatory, Robert C. Byrd Green Bank Telescope, Parkes Telescope och Very Large Array (VLA), [e-skyddad] -projektet och genombrott lyssnar . Men med tanke på att volymen av utrymme som har sökts efter både kontinuerliga och pulserade radiosökningar, är de nuvarande övre gränserna för radiovågsignaturer ganska svaga.
På liknande sätt behöver optiska och nästan infraröda ljussignaler (NIL) -signaler också komprimeras med avseende på frekvens och tid för att betraktas som konstgjorda. Här inkluderar exempel det nära-infraröda optiska SETI (NIROSETI) instrumentet, Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS), the Near-Earth Object Wide-field Survey Explorer (NEOWISE) och Keck / High Resolution Echelle Spectrometer ( HiRes).
När det gäller att leta efter megastrukturer (som Dyson Spheres), fokuserar astronomer på både spillvärme från stjärnor och doppar i deras ljusstyrka (fördunklingar). När det gäller det förstnämnda har undersökningar genomförts som letade efter överskott av infraröd energi från närliggande stjärnor. Detta kan ses som en indikation på att stjärnljus fångas av teknik (som solpaneler).
I överensstämmelse med termodynamikens lagar skulle en del av denna energi strålas bort som "avfallsvärme". I fallet med det senare har oklarheter studerats med hjälp av data från Kepler och K2 uppdrag för att se om de kunde indikera förekomsten av massiva omloppsstrukturer - på samma sätt som de användes för att bekräfta planetövergångar och förekomsten av exoplaneter.
På liknande sätt har undersökningar genomförts av andra galaxer med hjälp av Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) och Two Micron All-Sky Survey (2MASS) för att leta efter tecken på fördunklar. Andra pågående sökningar utförs med IRAS (Infrared Astronomical Satellite) (IRAS) och The Vanishing & Appearing Sources under ett Century of Observations (VASCO).
Rapporten behandlar också tekniska signaturer som kan finnas i vårt eget solsystem. Här tas upp fallet om 'Oumuamua. Enligt nyligen genomförda studier är det möjligt att detta objekt faktiskt är främmande sond och att tusentals sådana föremål kan existera i solsystemet (av vilka några kan studeras inom en snar framtid).
Det har till och med gjorts försök att hitta bevis på tidigare civilisationer här på jorden genom kemiska och industriella teknosignaturer, liknande hur sådana indikatorer på en extra solplanet kan betraktas som bevis på en avancerad civilisation.
En annan möjlighet är förekomsten av rymdbaserade främmande artefakter eller "flaskmeddelanden". Dessa kan ta formen av rymdskepp som innehåller meddelanden som liknar "Pioneer Plaque" på Pioneer 10 och 11 uppdrag, eller "Golden Record" av Voyager 1 och 2 uppdrag.
I slutändan varierar de övre gränserna för dessa teknosignaturer, och inga försök att hitta några har hittills lyckats. Men när de fortsätter att notera finns det stora möjligheter för framtida teknosignaturupptäckt tack vare utvecklingen av nästa generations instrument, förfinade sökmetoder och lukrativa partnerskap.
Dessa möjliggör ökad känslighet när man letar efter exempel på kommunikationsteknik, liksom tecken på kemiska och industriella signaturer tack vare förmågan att direkt avbilda exoplaneter.
Exempel inkluderar markbaserade instrument som Extremely Large Telescope (ELT), Large Synoptic Survey Telescope (LSST) och Giant Magellan Telescope (GMT). Det finns också befintliga rymdbaserade instrument, inklusive de nyligen pensionerade Kepler uppdrag (vars data fortfarande leder till värdefulla upptäckter), Gaia uppdrag och Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS).
Rymdbaserade projekt som för närvarande är under utveckling inkluderar James Webb rymdteleskop (JWST), den Infrarött undersökningsteleskop med brett fält (FÖRSTA), och PLAnetary Transits och oscillations of stars (PLATO) uppdrag. Detta instrument, i kombination med förbättrad mjukvara och metoder för datadelning, förväntas ge nya och spännande resultat i en inte alltför avlägsen framtid.
Men som Wright sammanfattade är det som kommer att göra den största skillnaden mycket tid och tålamod:
”Trots att han är 50 år är SETI (eller, om du vill, sökning efter technosignaturer) på många sätt fortfarande i sin barndom. Det har inte varit mycket sökande jämfört med sökningar efter andra saker (mörk materia, svarta hål, mikrobiellt liv etc.) på grund av den historiska bristen på finansiering; det har inte ens varit så mycket kvantitativt, grundläggande arbete om vilka teknosignaturer att söka efter! De flesta av arbetena hittills har varit människor som tänkte på vilket arbete de skulle göra om de hade finansiering. Förhoppningsvis kommer vi snart att kunna börja implementera dessa idéer! ”
Efter ett halvt sekel har sökandet efter utomjordisk intelligens fortfarande inte funnit några bevis på intelligent liv utöver vårt solsystem - dvs. Fermis berömda fråga, "Var är alla?", Kvarstår. Men det är det som är bra med Fermi-paradoxen, du behöver bara lösa det en gång. Allt mänsklighetsbehov är att hitta ett enda exempel, och den lika tidshöjda frågan "Är vi ensam?" Kommer äntligen att besvaras.
Den slutliga rapporten, "NASA and the Search for Technosignatures", sammanställdes av Jason Wright och Dawn Gelino - en docent vid PSU och Center for Exoplanets and Habitable Worlds (CEHW) och en forskare vid NASA Exoplanet Science Institute (NExScI) respektive.
