Astropulse: Una mirada refrescante a los cielos en búsqueda de E.T. Parte II

Proyectos Seti@home.
Amir Alexander, 27 Agosto, 2008.
Traducción: Tiare Rivera para seti.cl Parte II

II.Reconstruyendo una señal Alienígena
“Buscar una corta señal de banda ancha es completamente diferente que buscar una tradicional señal de banda angosta”, explica Josh Von Korff, miembro del equipo Seti@home quien es responsable de programar Astropulse. El seti@home tradicional busca una señal de radio cercano a la línea de hidrógeno, entre 1418.75 MHz y 1421.25 MHz, pero el programa no examina la banda completa de 2.5 Mhz de una vez. En vez de eso, rebana la información en bruto en segmentos tan delgados como 0.07 Hertz cada pedazo, en búsqueda de señales de banda angosta. El desafío entonces es reconstruir la señal original y compensarla con la desviación Doppler causada por el movimiento relativo de la Tierra y el planeta procedente. En vista que el movimiento no es conocido, el programa funciona a través de una gama de diferentes posibilidades, tratando un amplio rango de diferentes desviaciones en la búsqueda de una señal actual.

El programa Astropulse también busca la misma banda de 2.5 Mhz cerca de la linea de hidrógeno, pero no ocupa tiempo tratando de compensar la desviación Doppler. Esto es debido a que Astropulse está buscando señales que podrían cubrir la banda completa de 2.5Mhz – eso es dos millones y medio Hertz -  más de treinta millones de veces más ancho que la banda tradicional más fina de Seti@home. Cualquier desviación Doppler en la señal caería dentro de esta banda ancha de cualquier forma y formaría parte de la señal total. Como resultado, no hay necesidad de compensar esta desviación como en este caso, con una señal de banda angosta.
Pero aunque Astropulse no necesita preocuparse por sí mismo de la desviación Doppler, si tiene que preocuparse sobre un problema diferente que no surge en el Seti@home tradicional. Este es el inconveniente que las ondas electromagnéticas, incluyendo las señales de radio, viajan a velocidades levemente diferentes a través del espacio.

Como aprendimos en la escuela, las señales de radio viajan todas a la velocidad de la luz, pero esto es literalmente cierto sólo en un vacío absoluto. Cuando se viaja a través de una frecuencia medio-alta las ondas viajan levemente apenas un poco más rápidas que las de baja frecuencia. En ondas de luz conocemos este efecto como refracción, el efecto similar cuando un rayo de luz blanca es dividido en su composición de colores cuando se pasa su luz a través del agua o un prisma. Esto es causado por el hecho que los diferentes colores, representan diferentes longitudes de onda, pasan a través de un medio en velocidades ligeramente distintas.

A primera vista parecería que este fenómeno difícilmente afectaría las transmisiones alienígenas a través del espacio. La luz puede estar afectadas por el agua o los prismas, ¿pero no es el espacio interestelar un vacío en sí mismo? La respuesta es no. Cuando se compara con nuestro ambiente terrestre denso, el espacio interestelar ciertamente se ve vacía, pero es muy lejano a un verdadero vacío. Está mayormente compuesto de variadas concentraciones de átomos de hidrógeno volando libres, compuesto de protones  y electrones simples. Muchos de estos protones y electrones se han separado, resultando partículas que vuelan libres cargadas llamadas Iones. Todos juntos, los átomos, iones, y electrones libres forman el “medio interestelar” por el cual deben pasar las señales de radio.

Ahora mientras el Seti@home tradicional busca una señal de banda angosta, esto no es un problema. En vista que la transmisión completa está concentrada en una frecuencia angosta, toda viaja a la misma velocidad y llega a la Tierra al mismo tiempo en una sola señal coherente. Pero Astropulse busca transmisiones de banda ancha a 2.5 Mhz del espectro. Podemos pensar que tal transmisión como una combinación de muchas señales de banda angosta como frecuencias adjuntas, todas transmitiéndose simultáneamente en una sóla señal de banda ancha. Debido a las velocidades diferidas en las que viajan las diferentes frecuencias, sin embargo las porciones de altas frecuencias de la señal llegarán a la Tierra antes que las porciones de baja frecuencia. Esto significa que el pulso de banda ancha que era fuerte y coherente cuando comenzó y fue disminuyendo a través del tiempo de varios milisegundos cuando se recibe en la Tierra.

No será evidente un pulso claro y se perderá la transmisión fácilmente dentro del ruido de fondo.

La primera tarea de Astropulse entonces es revertir el efecto de disminución y reconstruir la fuerte señal original. Para hacer esto Astropulse y el algoritmo Fast Fourier Transform (FFT), el mismo usado en el programa Seti@home. FFT divide la información en bruto en pedazos de banda angosta, cuando
después las recombinan con las otras porciones dentro de una linea de tiempo. Un pedazo que contiene la longitud de onda más larga es combinada con un pedazo de longitud de onda más corta, que llegó antes, y se agrega. Si un pulso fuerte ha sido enviado en primer lugar, entonces la combinación de todos estos pedazos se reconstruirán y la señal aparecerá fuerte y clara.

Sin embargo, hay un serio defecto en este método. Para poder reconstruir una señal de esta manera, tendríamos que saber exactamente el retraso de tiempo de una señal que es de 4 milisegundos, pero Astropulse combina los anchos de banda más alta y más baja que fueron recibidos sólo a un milisegundo en forma separada, entonces no se registraría ningún pulso.

La única manera de reconstruir una señal de banda ancha es agregar todos los componentes de banda angosta al tomar el retraso de tiempo entre ellos. Este retraso de tiempo depende de la distancia de la señal que ha viajado a través del medio interestelar: mientras más distancia, mayor será el retraso.

Lamentablemente no tenemos idea donde se puede encontrar una señal alienígena, y que distancias deben cubrir sus transmisiones antes de ser recibidas en la Tierra. Al no saber la distancia, no sabemos el retraso de las señales, y no podremos reconstruir la transmisión alienígena.

La solución al problema Astropulse es tratar todo el rango de retrasos posibles, uno tras otro. En tal caso Astropulse procesa la unidad de trabajo completo buscando señales de banda ancha al combinar señales de banda angosta en un intervalo de tiempo particular. El retraso de tiempo más corto que intenta el programa entre la frecuencia más alta y más baja es de 0.4 milisegundos, y el mayor es 10 veces más grande 4 milisegundos. Entre esos dos extremos, Astropulse procesa cada unidad alrededor de 15.000 veces!

Información Adicional:
Astropulse Parte I
Resumen Conceptos Astropulse

Tags: astronomia, Astropulse, Mundo BOINC, que es seti, radioastronomia, Seti@home

Category: Seti@home