[preuzeto sa SETI.ht]
Osnove komunikacije; Signal
Pretpostavimo da napredne
civilizacije postoje, i da je s njima moguće komunicirati.
Komunikacija spomenutim svemirskim letjelicama sa pozdravnim porukama je
jako spora. Druga krajnost je nama najveća poznata brzina - brzina
svjetlosti (300.000 km/s). Nju letjelice nikad neće
moći dostići (brzina im je oko 70.000 km/h,
dakle oko 15.000 puta sporija), ali se zato možemo služiti valovima koji
putuju brzinom svjetlosti. To su elektromagnetski valovi,
koji nastaju
elektromagnetskim zračenjem. Riječ je o energiji u obliku
električnih i magnetskih polja, koja se međusobno stimuliraju i
omogućuju širenje u obliku valova. Elektromagnetske valove čini
cijeli spektar: gama zrake, rendgenske zrake, ultraljubičaste zrake,
vidljiva svjetlost, infracrveno zračenje i radio valovi. Svi oni
putuju svjetlosnom brzinom (koja je isto tako mogla biti nazvana
infracrvenom brzinom, ali je u čovjekovoj prirodi da imena daje na
temelju onoga što percipira sa svojih pet osjetila). Unutar tog spektra,
za odašiljanje i primanje poruka najzanimljiviji su radio valovi,
posebice dio spektra kojeg zovemo mikrovalnim radio
valovima.
Svaki elektromagnetski val (dakle i radio val) ima svoje karakteristike: frekvenciju i valnu duljinu. Valna duljina (na slici dolje) udaljenost je između dvije iste točke vala, koji ima sinusoidni tok (brijeg i dol). Izražava se u mm, cm, metrima. Frekvencija je broj valova u jednoj sekundi, i mjeri se u hertzima (Hz).
U
komunikacijskim signalima se služimo elektromagnetskim zračenjem
najjednostavnijeg i najčešćeg atoma u svemiru - atoma vodika.
Vodik može spontano ili stimulirano odašiljati elektromagnetsko zračenje.
Pitanje je, naravno, kako i zašto. Nosilac negativnog električnog
naboja u svim atomima, pa tako i vodikovom je elektron. Pojednostavljeno,
elektroni se vrte oko atomske jezgre u pravilnim putanjama, i to na različitim
udaljenostima - tzv. ljuskama. Svaka ljuska ima određeni energijski
nivo. Kada se elektron spontano prebaci iz područja viših energija
(vanjskih ljusaka) u niže (unutarnje ljuske, koje su u tom trenutku
"prazne"), odašilje višak energije u obliku elektromagnetskog
vala određene frekvencije i valne duljine. To je maksimalno
simplificirani prikaz zračenja atoma vodika.
Da bi se otkrili mogući nezemaljski inteligentni signali, potrebno je zaključiti na kojoj frekvenciji ih tražiti, sa kolikim odstupanjima i iz kojeg smjera. Vodik (simbol je H) je najzastupljeniji atom u svemiru: često se bilježe njegova spontana zračenja, od strane npr. pulsara i to na valnoj duljini od 21 cm, odnosno 1420 MHz (preciznije - 1420.40575). Zbog vodikove zastupljenosti i distribucije, radio-astronomima je logično bilo da se u odašiljanju i pri detekciji koncentriraju samo na tu, tzv. magičnu frekvenciju. To bi koristile i druge civilizacije, jer je vodik i njegova frekvencija zasad jedino što nas povezuje.
U filmu Contact korištena je frekvencija vrijednosti Pi (3.14) MHz. Zašto onda to isto ne bi mogli koristiti, logično je pitanje. Pi je isto univerzalan odnos - omjer opsega i promjera kružnice - i zato može vrijediti u cijelom svemiru, ali postoji više razloga. Jedan od njih se tiče definiranja mjernih jedinica. Mi slušamo radio valove na određenoj valnoj duljini u vremenu - frekvenciji - što je čini jedinstvenom za Zemlju, jer imamo točno definirano vrijeme. Znamo što su sekunde, minute i sati. U nekoj drugoj civilizaciji koristile bi se druge vrijednosti (pretpostavimo 234.45 sec. bila bi njihova osnovna jedinica). Pogledajte malo plavu sliku. Postavimo li naše teleskope na vrijednost od 3.14 MHz, znači da gledamo na duljini od 3.14 bilo čega u sekundi. Oni bi gledali na 3.14 bilo čega u 234.45 sekundi, tako da bi se mimoilazili na frekvencijama. Frekvencija vodika stoga nije ništa posebno magična, to je vrijednost u zemaljskim mjerilima za vodik - kada je prevedemo iznosi 21 cm i 1420 MHz; koju smo dobili iz svemira. Pi MHz sa zemaljskim mjerilima bila bi vrijednost koju bi mi nametnuli svemiru.
U svemiru uvijek postoje neke interferencije, ometanja, pozadinski šum još od Velikog Praska, koja su na sreću slaba na vodikovoj frekvenciji. Na Zemlji je radiovalni spektar dosta bučan, što se u budućnosti može riješiti postavljanjem radio-teleskopa u svemir. Kako je ipak moguće da dođe do nekog oblika ometanja vodikovog radiovalnog zračenja, potrebno je dati neke alternative - neke druge smislene frekvencije.
Signali
se stoga počinju tražiti i na frekvencijama OH
(hidroksilne) skupine: 1612, 1665, 1667
i 1720 MHz, valne duljine 18 cm. Zašto
OH skupine? OH i H daju vodu - H2O : ideja je da se uspostavi kontakt sa
civilizacijama čijeg je života osnova voda. Kasnije će se
uvijek pri pokušajima slanja i primanja poruka standardno koristi tzv. waterhole
- raspon valnih duljina između 18 i 21 cm. Louis Fiedman,
potpredsjednik
The
Planetary Society, zgodno je pripomenuo: "Na Zemlji su se životinje
svih vrsta kroz evoluciju uvijek sakupljale oko vode (eng. water holes)
- to je ono što ih je povezivalo. Zašto mi ne bismo tražili nama slične
oblike života na waterhole frekvencijama koje bi povezivale naše
vrste?" Waterhole frekvencije su Zemlji idealne za detekciju signala
- ekonomski su isplative (zbog niske i jeftine energije kojom se radio
valovi primaju i odašilju), vrlo su brze i slabo ometane u svemiru (radio
i infracrveni valovi te vidljiva svjetlost jedine su frekvencije koje
probijaju Zemljinu atmosferu - još jedan od priloga u korist vodika).
Što je uži bandwith (raspon u frekvenciji) signal će moći ići dalje prije nego što postane preslab za detekciju. Ta činjenica podržava upotrebu samo jedne frekvencije - primjerice vodikove. Sa druge strane, uski bandwith znaći jednostavniji signal - možda samo kao niz brojeva ili neki njemu sličan.
Glasovi Zemlje
Konačno, potrebno je smisliti način za slanje poruka brzinom
svjetlosti. Odašiljanje nekog smislenog signala može se zahvaliti
polarizaciji atoma i molekula. Vodikov atom, ali i druge molekule čije
frekvencije se koriste za signale, poprimaju dva stanja - polarizirano i
nepolarizirano. Svakom stanju se dodijeli jedna vrijednost
najjednostavnijeg matematičkog sistema - binarnog sistema. Kako su
jedine vrijednosti binarnog sistema 0 i 1, svaka poruka ili bilo kakav
smisleni signal šalje se kao niz jednica i nula. Prvi i zasada jedini
takav pokušaj Zemlje da pošalje signal o naprednoj civilizaciji bio je
sa Arecibo teleskopa.
Prirodne astronomske pojave (pulsari, kvazari) također zrače u radio spektru, no lako se mogu razlikovati od umjetnih zbog: frekvencija većih od 100 Hz, slabe polarizacije i nemaju konstante u fazi. Umjetni signali, proizvedeni transimiterima, vrlo su uskog raspona u frekvencijama, visoko polarizirani i pravilni u fazi, za razliku od prirodnih. Unutar Zemljine ionosfere postoje veliki broj radio signala (radio i TV emisije) i njihove velike interferencije, ali se ne emitiraju na valnoj duljini vodikovog atoma (zabranjena zona emitiranja).
Od početka korištenja radio valova, dakle od ranih tridesetih godina kada su se eterom počeli širiti valovi prvih radio i TV emisija, Zemlja je sve blistavija u radio spektru valne duljine od oko 1 m - može se sa sigurnošću tvrditi da je "svjetlija" i od Sunca, ali samo ako gledamo radio-spektar. Da druge bliske civilizacije imaju Zemljino radio blještavilo, bile bi također "vidljive". Možemo jedino pretpostaviti da su sada naprednije, jer će i Zemlja unutar 50 godina izgubiti svoj "sjaj". Povećanim korištenjem kablovskih televizija, optičkih kablova i telekomunikacijskih satelita, to blještavilo biti će sve manje i potpuno će nestati, dok će se Zemljina elektromagnetska granica, njezin frontalni val, udaljen već 60-ak svjetlosnih godina, nastaviti širiti brzinom svjetlosti u jednakoj kružnici od Zemlje, šireći nesmislene ili slučajne, ali ipak vrijedne podatke o postojanju daleke civilizacije.