Энтузиасты использовали домашние компьютеры для поиска внеземного разума — ученые выделили 100 перспективных сигналов
В течение 21 года, с 1999 по 2020, миллионы людей по всему миру предоставляли ученым из UC Berkeley свои компьютеры для поиска признаков развитых цивилизаций в нашей галактике.
Проект SETI@home (Search for Extraterrestrial Intelligence) стал одним из самых популярных краудсорсинговых проектов раннего интернета. Участники скачивали ПО, которое анализировало данные, записанные на ныне неработающей обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико, в поисках необычных радиосигналов из космоса.
В результате вычислений было получено 12 миллиардов детекций — «кратковременных всплесков энергии на определенной частоте из определенной точки неба», по словам сооснователя проекта, специалиста по информатике Дэвида Андерсона.
После 10 лет работы команда SETI@home завершила анализ этих детекций, сократив их сначала до примерно миллиона «кандидатов», а затем до 100 сигналов, заслуживающих повторной проверки. С июля они нацеливают на эти объекты китайский радиотелескоп FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope), надеясь вновь зафиксировать сигналы.
Хотя данные с FAST еще не проанализированы, Андерсон признает, что не ожидает найти сигнал от внеземного разума. Однако результаты проекта SETI@home, представленные в двух статьях в The Astronomical Journal, дают уроки для будущих поисков и указывают на потенциальные недостатки текущих.
«Если мы не найдем ET, мы сможем сказать, что установили новый уровень чувствительности. Если бы сигнал был выше определенной мощности, мы бы его нашли. Некоторые из наших выводов заключаются в том, что проект сработал не совсем так, как мы думали. И у нас есть длинный список того, что мы сделали бы иначе и что будущие проекты по обзору неба должны делать иначе», — сказал Андерсон.
По словам астронома и директора проекта SETI@home Эрика Корпелы, подобные поиски неизбежно выявляют миллиарды возможных сигналов. Задача исследователей — разработать алгоритмы для отсева ложных сигналов, вызванных шумом или радиопомехами (RFI), не отбросив при этом реальные «маяки» от далеких цивилизаций. RFI исходят не только от спутников, но и от радио- и ТВ-вещания, и даже от микроволновых печей.
«Невозможно провести полное расследование каждого возможного сигнала, потому что это все еще требует человека и его глаз. Мы должны лучше измерять то, что исключаем. Не выплескиваем ли мы ребенка вместе с водой? Я не думаю, что мы знаем это о большинстве поисков SETI, и это действительно урок для поисков SETI повсюду», — отметил Корпела.
Андерсон и Корпела решили эту проблему, внедрив в данные около 3000 фальшивых сигналов («птичек»), прежде чем начать отсев RFI и шума. Они не знали параметры этих сигналов и рассчитали чувствительность своего метода на основе мощности «птичек», которые смогли обнаружить.
Корпела указал, что почти все современные поиски предполагают, что цивилизация будет вкладывать много энергии в узкую полосу частот, чтобы привлечь внимание, а затем передавать информацию через смежную широкополосную частоту. Для повышения шансов на обнаружение, «маяк» должен быть на частоте, на которой астрономы наблюдают за Вселенной — скорее всего, около радиоволны длиной 21 сантиметр, используемой для картирования водорода в галактике.
Распределенные вычисления
Когда Андерсон начал работать над SETI@home в середине 1990-х, он исследовал распределенные вычисления — разделение больших задач на части для обработки на меньших компьютерах. Это был обходной путь для тех, у кого не было доступа к суперкомпьютерам.
Данные поступали с 300-метрового радиотелескопа Аресибо. Они записывались пассивно, пока другие астрономы наводили телескоп на разные участки неба. Это «совместное наблюдение» оказалось очень эффективным: за время проекта каждый участок неба, видимый из Пуэрто-Рико (треть всего неба), наблюдался 12 и более раз, а некоторые — сотни или тысячи раз.
«С Аресибо мы охватили большинство звезд Млечного Пути, а это миллиарды и миллиарды», — сказал Андерсон. «Мы, без сомнения, самый чувствительный узкополосный поиск больших участков неба, поэтому у нас был лучший шанс что-то найти. Так что да, есть небольшое разочарование, что мы ничего не увидели», — добавил Корпела.
Большинство текущих поисков SETI, включая 10-летний проект Breakthrough Listen, являются целевыми, а не обзорами всего неба. Они ищут техносигнатуры от конкретных близких звезд или звезд с известными планетами.
Финальный анализ
ПО, разработанное Корпелой для SETI@home, анализировало данные с Аресибо (частота, интенсивность, положение на небе) с помощью дискретного преобразования Фурье, разбивая частоты на маленькие бины. Поскольку Земля движется, как и любой вероятный источник сигнала, ПО сканировало наблюдения на предмет сдвигов частоты (дрейфа Доплера).
«Нам фактически пришлось рассматривать целый диапазон возможных скоростей дрейфа — десятки тысяч — просто чтобы убедиться, что мы охватили все возможности. Это умножает необходимую вычислительную мощность на 10 000. Тот факт, что у нас был миллион домашних компьютеров, позволил нам это сделать. Ни один другой проект радио-SETI не смог этого сделать», — объяснил Андерсон.
Однако 12 миллиардов интересных сигналов, выявленных домашними компьютерами, нужно было проверить. Андерсон признает, что в первые годы SETI@home они мало думали о том, как это сделать.
Для отсева потребовался вычислительный кластер с большим объемом памяти, предоставленный Институтом гравитационной физики Общества Макса Планка в Ганновере (Германия). Суперкомпьютер позволил сократить миллиарды детекций до пары миллионов кандидатов — «наборов детекций, которые приходят более или менее из одного места на небе и на более или менее одной частоте, но, возможно, многие из них разнесены во времени».
После ранжирования по вероятности быть реальными, лучшая тысяча кандидатов была проверена вручную Корпелой и Дэном Вертимером. Они сузили список до около 100. Именно на них нацелен FAST, записывая каждую точку неба около 15 минут. FAST имеет примерно в 8 раз большую собирающую площадь, чем Аресибо.
Возможен ли подобный краудсорсинговый проект SETI сегодня?
Корпела считает, что да. Телескоп FAST уже проводит совместный обзор. Эти данные можно разбить на части и распределить для анализа гражданским ученым. Домашние компьютеры могли бы обрабатывать их на платформе BOINC для добровольных вычислений, которую создал и продолжает развивать Андерсон.
BOINC уже используется несколькими проектами, включая:
- Rosetta@home (расчет трехмерной структуры белков)
- Einstein@home (поиск пульсаров)
- LHC@home (моделирование столкновений частиц на БАК в CERN)
Более быстрые компьютеры и интернет позволят анализировать гораздо большие объемы данных, чем мог SETI@home, который стартовал в эпоху медленных dial-модемов.
«Я думаю, что поиск внеземного разума все еще захватывает воображение людей. Думаю, можно получить значительно больше вычислительной мощности, чем мы использовали для SETI@home, и обработать больше данных из-за более широкой полосы пропускания интернета. Самая большая проблема с таким проектом — это необходимость в персонале, а персонал означает зарплаты. Это не самый дешевый способ заниматься SETI», — сказал Корпела.
SETI@home когда-то обслуживали шесть человек, но теперь Корпела — единственный оплачиваемый сотрудник, и он находится на полупенсии. Но он видит в краудсорсинговых вычислениях возможность лучше анализировать данные SETI, используя уроки SETI@home. Это может включать и повторный анализ всех данных SETI@home.
«В мире, где у меня были бы деньги, я бы проанализировал их правильно, то есть исправил бы ошибки, которые мы совершили. А мы совершили некоторые ошибки. Это были осознанные выборы из-за скорости компьютеров в 1999 году. Все еще есть потенциал, что ET в этих данных, и мы промахнулись буквально на волосок», — заключил Корпела.