Por Frank Drake

Desde hace 40 años, las búsquedas de señales de radio han concentrado sus esfuerzos en la detección de señales inteligentes por radio de extraterrestres. Se explotan todas las posibilidades de nuestros radiotelescopios. Aunque las motivaciones y capacidades de las tecnologias extraterrestres no son predecibles, aun asi consideramos, despues de 40 años, que es más prometedor buscar señales en ondas de radio, y en particular en las ondas "microonda" del orden de 10 cm.|

'..."El Agujero de agua"...es considerado una frecuencia muy importante en las búsquedas de transmisiones extraterrestres.'

¿Porque? No es porque estemos especialmente a favor de la tecnología de microondas, o porque esperemos que los extraterrestres se centren en la comunicación por microondas. Más bien es por la fisica y la manera de comportarse el universo a favor de de las microondas en la comunicación interestelar. Los niveles del ruido cósmico en todas las longitudes de onda electromagnéticas importantes son ahora muy conocidos gracias a la observación. En las frecuencias por debajo de 1 Ghz, hay un ruido cosmico intenso debido a la radiación de los electrones relativistas orbitando en los campos magnéticos del medio interestelar.En frecuencias entre 1 Ghz y 20 Ghz, la principal fuente de ruido es la radiación de fondo procedente del Big Bang. Esto crea una temperatura de brillo de radio constante, sobre todo el cielo, de 2.8 K sobre esta porción del espectro. A mayor frecuencia, la naturaleza del quantum de radiacion y la aleatoriedad de los tiempos de llegada de los fotones recibidos produce ruido en la potencia de cualquier señal que se reciba. Esto se puede representar como un equivalente de la temperatura de brillo que sobrepasa la radiación de fondo, y crece linealmente con la frecuencia, pues la energía por foton se incrementa linealmente con la frecuencia. Otra manera de expresar esta limitación, utilizando un detector sensible a fotones individuales (No existen en la Tierra en frecuencias de radio, pero existen en el infrarrojo y en frecuencias más altas, por supuesto) es que la señal mínima detectable, un fotón, requiere la recepción de un mínimo de energía que es proporcional a la frecuencia. En definitiva, existe un mínimo en el ruido de de un sistema de detección bien diseñado de frecuencias de radio. La segunda ley de la termodinámica sentencia claramente que ningún aparato tecnológico puede evitar este ruido; por eso limita la sensibilidad sin importar la experiencia de una civilización. Por eso es razonable esperar que otras civilizaciones utilicen estas frecuencias de canales de comunicación en el espacio, de igual manera que nosotros. Así, es más prometedor, pero no inevitable, que una búsqueda exitosa se lleve a cabo en las frecuencias de microondas.


La estática del Cosmos en función de la frecuencia de radio. La relativa tranquilidad entre 1420 y 1667 Mhz es conocida como el "Agujero de Agua"
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Dentro de la banda de microondas de bajo ruido existen algunas lineas fundamentales del atomo H (1420 Mhz) y del radical OH (algunas lineas, las más fuertes a 1665 y 1667 Mhz). Como estas moléculas se juntan para formar agua, material claramente importante y quizás esencial para la vida, la banda de frecuencia que contiene estas frecuencias se conoce como "Agujero de Agua" y está considerada la principal frecuencia para la búsqueda de transmisiones extraterrestres. Hasta la fecha, se han realizado unas 60 busquedas por radio desde la primera búsqueda moderna, el Proyecto Ozma, de 1960. Casi todas se han visto limitadas por limitaciones del instrumental y eligieron la bandas de frecuencias en el agujero de agua.

La estrategia básica de SETI por radio ha sido usar radiotelescopios con la mayor area de captación posible con receptores muy sensibles multi-canal. Contra mayor es la superficie de captacion, una señal más débil se puede detectar. De echo, el volumen de espacio desde el que señales de una potencia intrínseca se pueden detectar es proporcional al diametro de una antena circular que tenga la misma area de captacion que el area de captación actual. Los receptores multicanal son preferibles porque el canal usado por los extraterrestres es desconocido. Contra más estrecha sea la transmisión, con un determinado poder de radiación, más facil será de detectar. Esto hace aconsejable usar canales muy estrechos, para que muchos canales sean examinados al mismo tiempo si cualquier porcion sustancial de espectro total de busqueda se ha de cubrir en un búsqueda. Sabemos que hay un mínimo de ancho de banda para cualquier señal interestelar, resultado de la amplia propagacion a traves de las nubes caoticas de electrones de la ia Lactea. Este mínimo de ancho de banda depende de la frecuencia de radio y de la distancia al origen. Es tipicamente de 0.1 Herzio en el Agujero de Agua para orgenes a una distancia de un kiloparsec mas o menos. Para pdoer progresar, muchas búsquedas llegan a un compromiso entre el ancho de banda mínimo en el sistema receptor y el espectro total de cobertura. Un ancho de banda típico en las búsquedas de 1 Herzio.


Con anchos de banda del orden de 1 Herzio, muchisimos canales proveeran una cobertura general de sustancial de todas las frecuencias en un tiempo razonable. Hasta hace poco este era un problema insalvable. De todas maneras, el desarrollo de coputadores económicos y, en particular, de los chips de "proceso de señales digitales" han hecho posible la construcción a un coste razonable, quizas 100.000 dólares, de receptores que pueden controlar unos 100 millones de canales al mismo tiempo. Esto supone un gran logro, pero plantea un nuevo reto, que es encontrar un sistema que encuentre evidencias de señales extraterrestres entre esta avalancha de datos. Un sistema típico podría entregar 100 millones de puntos de datos por segundo. Para que el reto sea aún más difícil, las señales podrían estar en varios canales al mismo tiempo, y podrían enviar pulsos periodicamente, como un típico radar, y alejarse en la frecuencia debido a los cambios del efecto Doppler o al diseño del sistema transmisor. Tambien son posibles otras variaciones. De nuevo, este reto tiene que ver con la aplicación de sistemas especiales de computadores económicos y, en particular, con algoritmos especiales que busquen una variedad de señales en los datos. Por ejemplo, el sistema de Proyecto Phoenix, del SETI Institute, puede detectar todas las formas de señal que acabamos de mencionar.


Para hacer todavía el reto mayor, y quizás lo más difícil de resolver, esra la interferencia de radio, "RFI", de nuestros propios transmisores. odos los radiotelescopios tienen alguna sensibilidad en todas direcciones; si hay una fuente de señal con fuerza suficiente visible para el telescopio desde cualquier dirección, el telescopio recibirá la señal, y será identificada como una señal inteligente. Nuestra civilización es una fuente muy prolífica de señales de radio. En todo el mundo desarrollado hay siempre presentes señales de televisión que son detectables por sistemas SETI muy sensibles, incluso aunque la señal de TV sea tan debil que no la pueda captar un televisor. Puede haber decenas de señales detectables, incluso en lugares remotos. Los aviones crean un gran número de señales, a través de sus sistemas de comunicaciones, pero tambien como resultado de los sofisticados sistemas de control aéreo que se encuentran en todo el mundo. Hay muchas otras fuentes de señales, como los teléfonos móviles. Incluso en los lugares más remotos, una multitud de señales fuertes se reciben desde un gran número de satélites. La mayoría de estas señales están en el Agujero de Agua. El resultado general es qque todos los espectros de radio registrado por sistemas SETI contienen muchas, quizás cincuenta o más, señales de origen humano.


Un gráfico que muestra Interferencias en la Frecuencia de Radio (RFI)

No hay una solución sencilla para este problema de interferencias. Un paso simple pero importante es mantener un catálogo de señales detectadas; cuando la misma señal se observa con el telescopio mirando a más de un sitio, es una señal de interferencia. Algunos sistemas, como el de la Universidad de Harvard, utilizan dos receptores en el telescopio, creando dos haces de señal. Una auténtica señal extraterrestre aparecerá primero en un haz, y luego en el otro, con un retraso preciso de tiempo. Esto se puede usar como criterio para identificar una señal extraterrestre y rechazar RFI. Otros proyectos, incluyendo el proyecto de Harvard y el proyecto SERENDIP y su filial, Seti@home, observan el mismo punto en el cielo y a la misma frecuencia en tiempos ligeramente separados. Si la misma señal aparece dos veces o más, se considera una buena candidata para ser una auténtica señal extraterrestre, y se hacen más observaciones.

'... la mayor debilidad de los proyectos SETI actuales es la falta de acceso, prácticamente a tiempo completo, a radiotelescopios de gran tamaño.

En el caso de Phoenix, se utiliza un sistema más definitivo, aunque caro. Un segundo telescopio, quizás a cientos o miles de kilometros del instrumento principal de búsqueda, se equipa con un receptor muy sensible y un pequeño receptor multicanal. Cualquier señal detectada en el telescopio principal se examina en busca de un desvio en la frecuencia con el tiempo tal y como debería suceder por el efecto Doppler, que es resultado de la componente del cambio de la velocidad del telescopio a lo largo de la linea de visión debida a la rotación de la Tierra. Si el desvio en la frecuencia , que es facilmente calculable, se detecta, la información sobre la señal candidata se traspasa al segundo telescopio, y este busca la señal. Si no encuentra la señal, significa que la señal era un interferencia (RFI) local que imitaba a una señal auténtica. Si ve la señal, el segundo telescopio debe observar una frecuencia de radio diferente y un desvio de frecuencia, que se puede calcular con precisión. Debido a su separación del telescopio principal, el componente de velocidad del segundo telescopio y su derivada serán diferentes. Esto ofrece un test immediato y concluyente del origen de la señal. Funcia bien incluso con señales de naves espaciales lejanas en el sistema solar, como se ha demostrado varias veces. Debido al poder de este método , el Proyecto Phoenix ha identificado siempre el origen de todas las señales que ha detectado. Ninguna tenía como origen una inteligencia extraterrestre.

El Proyecto Phoenix, por ejemplo, usa el mayor radiotelescopio del mundo, eld e Arecibo, pero sólo 20 dias al año está disponible para el proyecto. Esto es muy poco eficaz, y la ineficacia aumenta por la necesidad de tener que trasladar al personal con frecuencia, preparar el equipo para que funcione correctamente después de estar mucho tiempo apagado, y encontrarse con cambios en el propio telescopio realizados entre los periodos de observacion. Otros proyectos usan sólo pequeños telescopios, o tienen que ceder el control de la dirección en la que apuntan a otros observadores la mayor parte del tiempo, por un compromiso en el que los observadores SETI observan de un modo "parasito". Una mayor preocupación es que las auténticas señales SETI podrían ser breves, y el e´xito podría requerir de frecuentes, o casi constantes, seguimientos, de muchos lugares del cielo y en muchas frecuencias de rádio.

'...el Allen Telescope Array (ATA)...un radiotelescopio con una area de captación de energia de diez hectareas (10,000 metros cuadrados) se construirá utilizando un conjunto de entre 500 y 1000 pequeñas antenas, cada una de 3 a 5 metros de tamaño....para producir el mismo efecto que un telescopio único con un area de captacion de una hectarea.'

Ambas preocupaciones requieren la creación de radiotelescopios de gran tamañano dedicados a SETI. Hasta hace poco, este pensamiento era imposible porque la gran cantidad de fondos necesaria, del orden de 100 millones de dólares, parecía muy lejana de lo que disponíamos. Ahora hay una esperanza a la vista. Los muchos descubrimientos que apoyan la va idea de que hay muchos planetas habitables en el universo, y la mejora de los sistemas SETI, han incrementado el interés por SETI de fuentes potenciales de financiación. Además, las mejoras de los computadores y el descenso de los costes que facilitan las soluciones a los problemas multi-canal y de RFI han conseguido que la construcción de grandes areas de captación con telescopios sean posibles con un precio aceptable.

Esto nos lleva a dos grandes proyectos. El primero es el Allen Telescope Array (ATA) del SETI Institute. Em este proyecto un radiotelescopio con un area de captación de energía de una hectarea (10.000 metros cuadrados) se construirá utilizando un conjunto derrado de entre 500 y 1000 antenas pequeñas, cada una de 3 a 5 metros de tamaño. Estarán interconectadas usando fibra óptica y diferencias digitales de tiempo, todas controladas por sofisticados computadores, para producir la misma area de captación efectiva que un sólo telescopio de una hectarea.

No sólo reducirá el precio a alrededor de 25 millones de dólares, sino que el sistema tambien ofrece importantes ventajas. Al haber muchas diferencias de tiempo, es posible sintetizar un gran número de haces en el cielo simultáneamente, permitiendo que las búsquedas sean más rápidas, mientras los receptores multicanal necesarios para cada haz estén disponibles. Esta capacidad tambien permite observaciones simultáneas de SETI y de astronomía convencional, permitiendo un uso a tiempo completo para los científicos SETI y a aquellos que trabajen con objetos como pulsars, quasrs, etc. Este proyecto está ahora bajo desarrollo, y se espera que ATA comenzará a funcionar aproximadamente en el 2005. Podría convertirse en un prototipo para un instrumento mucho mayor, el "La Matriz de Un Kilómetro Cuadrado" que según radioastrónomos de todo el mundo se convertirá en el siguiente gran paso de la radioastronomía.

El segundo proyecto es construir un telescopio que mire a todo el cielo visible en todas las frecuencias del agujero de agua durante todo el tiempo. El principio básico es simple. Se utiliza un conjunto con una gran cantidad de antenas isotrópicas muy cercanas, y por ello muy pequeñas. El energía captada por esas antenas se añade junto con varios retardos de tiempo para crear haces de señales en todas las direcciones posibles del cielo, reteniendo toda la información de la frecuencia. Un gran numero de analizadores de espectro de banda ancha estudia la energía capturada por cada uno de los haces sintetizados. Aunque simple en principo, el sistema depende completamente para su éxito de una enorme potencia de los computadores. Las estimaciones actuales son que el sistema de computadores debe realizar 10 elevado a veinte cálculos por segundo. Esto está actualmente más allá de nuestra capacidad técnica y financiera. De todas formas si el incremento de la potencia de los computadores y el descenso de los costes sigue su tendencia histórica, lo que sucede según la "Ley de Moore", la capacidad requerida a un coste razonable podría alcanzarse en quizás una década. Debido a ese esperado retraso en la factibilidad, de momento sólo se realizan estudios preliminares.

Existe mucha excitación en la comunidad SETI por los planes de grandes avances, representados por estos nuevos proyectos.

Este artículo esta basado en una contribución de Frank Drake recientemente realizada en la primera Escuela Ibero-Americana de Biología en Caracas. Venezuela