Szukamy życia pozaziemskiego na nowych częstotliwościach

Czy istnieje życie poza Ziemią? To jedno z najtrudniejszych pytań w nauce. Mimo bezkresu Wszechświata, sugerującego możliwość istnienia życia wszędzie wokół, ogromne odległości między poszczególnymi gwiazdami sprawiają, że poszukiwania te są niczym szukanie igły w stogu siana. Jak je zatem ulepszyć?

SETI, czyli najbardziej chyba znany i ambitny jak dotąd program poszukiwań pozaziemskiej inteligencji, obejmuje między innymi gałąź astronomii poświęconą poszukiwaniu życia pozaziemskiego poprzez próby wykrywania nietypowych, sztucznych sygnałów dochodzących do nas z kosmosu, zwanych technosygnaturami. Ich identyfikacja nie tylko oznaczałaby istnienie życia poza Ziemią, ale przede wszystkim wskazywałaby na obecność w kosmosie inteligentnych cywilizacji wykorzystujących zaawansowaną technologię.

Wszystko to brzmi imponująco. Problem w tym, że technosygnatur szukamy już bardzo długo, między innymi z pomocą technik obliczeń rozproszonych znanych lepiej jako program SETI@Home (obecnie jest on już wstrzymany i przeszedł w tzw. stan hibernacji). I jak dotąd 60 lat tych poszukiwań nie przyniosło w zasadzie żadnych istotnych rezultatów. Może więc trzeba spojrzeć na zagadnienie jeszcze inaczej i zacząć znów szukać, ale w jakimś nowym i niezbadanym dotąd zakresie częstotliwości?

W ogólności projekt SETI zakłada, że cywilizacje pozaziemskie mogą polegać na opartej na fizyce technologii w podobny sposób jak my, ludzie na Ziemi, używając telefonów komórkowych, satelitów telekomunikacyjnych czy radarów. Wiemy, że znacząca część takiej technologii generuje własne sygnały, na przykład sygnały radiowe, które są dobrze wykrywalne na określonych częstotliwościach. Jeśli tak, to skupienie się w poszukiwaniach na tych konkretnych długościach fal jest naturalnym i logicznym punktem wyjścia w poszukiwaniu hipotetycznej inteligencji pozaziemskiej.

Dotychczasowe poszukiwania technosygnałów obejmowały tylko pasmo częstotliwości radiowych powyżej 600 MHz, pozostawiając znacznie niższe częstotliwości praktycznie niezbadanymi. I to pomimo faktu, że nasze liczne, codzienne usługi telekomunikacyjne na Ziemi, takie jak kontrola ruchu lotniczego, morskie transmisje alarmowe i stacje radiowe, emitują także promieniowanie na niskich częstotliwościach. Dlaczego więc od dekad poszukiwań SETI nikt nie wpadł na pomysł, aby te właśnie zakresy zbadać pod kątem "obcych" sygnałów spoza Ziemi? Prawdziwym powodem jest to, że nasze ziemskie teleskopy działające na niskich częstotliwościach pracują dopiero od niedawna. Fale radiowe o niższych częstotliwościach mają też niższe energie, a to oznacza, że ich wykrywanie jest znacznie trudniejsze.

Jednak w omawianych badaniach naukowych po raz pierwszy zapuściliśmy się i w te częstotliwości. Sieć LOFAR (Low Frequency Array) to rozległy teleskop tzw. niskich częstotliwości, działający w zakresie 10-250 MHz i w tym zakresie najdokładniejszy dziś na świecie. Składa się z kilkudziesięciu pojedynczych stacji LOFAR, które rozmieszczono w całej Europie. Kolejne, nowe stacje są już w planach lub budowie. Trzy stacje znajdują się także w Polsce. Anteny LOFAR, czyli proste urządzenia odbiorcze składające się na każdą stację, mogą przy tym osiągnąć prawdziwie rewolucyjną, wysoką rozdzielczość, gdy stacje są używane do obserwacji nieba razem, na zasadzie interferometrii radiowej.

W niedawnych badaniach nad technosygnaturami wykorzystało jednak tylko dwie z tych stacji: jedną zlokalizowaną w Birr w Irlandii, a drugą w szwedzkiej Onsali. Zbadano z ich pomocą 44 planety krążące wokół gwiazd innych niż nasze Słońce, które zostały wcześniej zidentyfikowane przez satelitę TESS (NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite). W ciągu dwóch miesięcy obie stacje LOFAR pracowicie skanowały te planety na częstotliwościach od 110 do 190 MHz.

Choć na pierwszy rzut oka nie wydaje się to dużą liczbą obserwowanych obiektów, trzeba jeszcze wziąć pod uwagę, że obserwacje prowadzone na niskiej częstotliwości radiowej mają znaczną przewagę w postaci dużych pól widzenia w porównaniu z tymi na częstotliwościach wyższych. Wynika to z faktu, że obszar nieba objęty obserwacjami zmniejsza się wraz ze wzrostem częstotliwości. W przypadku obu stacji LOFAR z osobna obserwacje pokryły łącznie aż 5,27 stopnia kwadratowego nieba. Dało to łącznie 36 000 celów obserwacyjnych na każde ustawienie teleskopu – lub ponad 1 600 000 obiektów razem, po sprawdzeniu, jakie inne gwiazdy znajdują się w pobliżu i uwzględnieniu również krążących wokół nich planet.

Poszukiwanie sygnatur technicznych pochodzących z kosmosu to nadal poważne wyzwanie. Te same lub podobne sygnatury są wszechobecne na Ziemi. To o tyle duża przeszkoda, że teleskopy biorące udział w poszukiwaniach transmisji z kosmosu mogą pochwalić się tak wysokim poziomem czułości na sygnały, że bez trudu wykrywają także emisje radiowe typowo ziemskie, takie jak rozmowy telefoniczne. W rezultacie odbierane dane są zalewane tysiącami sygnałów pochodzących z Ziemi, co powoduje trudności w izolowaniu i identyfikowaniu sygnałów, które mogą być pochodzenia pozaziemskiego. Potrzeba przesiewania tego obszernego i silnie zaszumionego zbioru danych wymagała między innymi opracowania innowacyjnego podejścia do ograniczania zakłóceń częstotliwości radiowych, które nazywa się metodą odrzucania koincydencji. Uwzględnia ona lokalne emisje radiowe w każdym z używanych do obserwacji nieba radioteleskopów. Każdy podejrzany sygnał radiowy, mogący pochodzić nie z Ziemi, ale z odległej planety pozasłonecznej, jest brany pod uwagę w dalszych badaniach jedynie wtedy, gdy jednocześnie odbierają go obie odległe od siebie stacje. Właśnie to sugeruje, że przynajmniej on może pochodzić spoza Ziemi.

W ten sposób naukowcy odrzucili już automatycznie tysiące potencjalnych sygnałów. W tych konkretnych poszukiwaniach nie udało się wykryć żadnych oznak inteligentnego życia we Wszechświecie, ale autorzy pracy uważają, że to dopiero początek. Z dużym prawdopodobieństwem istnieje znaczna liczba planet podobnych do Ziemi. Wiedza o tym, że metoda odrzucania koincydencji sama w sobie działa bardzo dobrze, może być kluczem do dalszych badań i prób detekcji na niskich częstotliwościach radiowych.

Ponadto jest dziś wiele możliwości wyszukiwania sygnatur technicznych na niskich częstotliwościach. Obecnie prowadzony jest podobny koncepcyjnie projekt Nenufar, który obserwuje na częstotliwościach z zakresu 30-85 MHz. Także dalsze obserwacje interferometrem LOFAR zwiększą objętość tego typu badań dziesięciokrotnie w ciągu nadchodzącego roku. A zebrane dzięki nim dane są i będą również wykorzystywane do badania obiektów astronomicznych znanych jako pulsary, szybkie błyski radiowe czy egzoplanety. A jeśli chodzi o życie pozaziemskie i jego identyfikację, wielu specjalistów uważa, że jesteśmy ciągle jeszcze na początku tej długiej drogi.