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Scienza vera per tutti con il calcolo distribuito   
di Bruno Moretti Turri IK2WQA
Pubblicato su “Le Stelle” febbraio 2003 n. 4, pag. 76/80 - Direttori: Margherita Hack e Corrado Lamberti

Basta un computer per diventare protagonisti di importanti progetti di ricerca nel campo dell’astronomia, della medicina, della biologia molecolare. L’AIRSD promuove e ordina il “volontariato informatico” in Italia.

SETI@home, il noto progetto di ricerca di segnali radio artificiali provenienti da eventuali civiltà extraterrestri realizzato dallo Space Sciences Laboratory dell’Università di California a Berkeley e padre nobile di tutti i progetti di “calcolo distribuito”, si prepara a fare un notevole salto di qualità, sia nella ricerca di ET, sia allargando i propri orizzonti scientifici.
 
Ma cos’è il calcolo distribuito? Nel dicembre 1994, durante un party natalizio a Seattle, David Gedye e Craig Kasnoff discorrevano su come realizzare la ricerca SETI nelle frequenze radio, che richiede enormi capacità di calcolo, con pochi fondi e, quindi, senza alcuna possibilità di avere supercomputer dedicati. Quel giorno nacque SETI@home e il concetto stesso di calcolo distribuito, basato sul vecchio, ma sempre valido principio dell’unione che fa la forza. L’idea era di coinvolgere migliaia di volontari intenzionati a mettere a disposizione del progetto il surplus inutilizzato di potenza di calcolo dei propri personal computer, realizzando, di fatto, il più grande computer virtuale del mondo e offrendo, per la prima volta nella storia, a centinaia di migliaia di persone, la possibilità di essere protagoniste in una ricerca di altissimo valore scientifico.

Il sogno SETI@home si è poi realizzato grazie all’entusiastico sostegno finanziario degli astrofili di tutto il mondo aderenti alla The Planetary Society, attraverso il Carl Sagan’s Fund for the Future, intitolato al celebre astronomo e divulgatore Carl Sagan, pioniere della ricerca SETI, autore di romanzi e saggi di vasto successo, come Contact e Il mondo infestato dai demoni. Nel maggio 1999 è iniziata la distribuzione pubblica del software client e delle unità di lavoro (work units), ossia del programma di analisi e dei pacchetti di dati in cui sono divise le registrazioni SETI effettuate dal radiotelescopio di Arecibo, sull’isola di Puerto Rico, il più grande al mondo con i suoi 305 m di diametro. Oltre quattro milioni di persone di tutti i continenti hanno finora risposto all’appello; anche se gli utenti veramente attivi sono meno di un quarto, si tratta comunque di un successo strepitoso del primo e più grande progetto di ricerca scientifica distribuita della storia, un progetto che vede protagonisti gli astrofili di tutti i continenti. Una volta che è stato installato sul proprio computer, il software client lavora “in sottofondo”, senza che l’utente se ne accorga neppure, macinando dati su dati. Quando l’analisi di una work unit è completata, ci pensa il software ad avvertire l’utente che il pacchetto è pronto per essere restituito e che se ne deve caricare uno nuovo. La qual cosa viene fatta in automatico: basta collegarsi a Internet e tutto procede da sé. Se poi, nel corso dell’analisi, un segnale radio dovesse presentare caratteristiche inusuali e sospette, l’utente viene avvertito.

In questi tre anni SETI@home ha rilevato milioni di segnali che, depurati dalle inevitabili interferenze da radiofrequenza di origine umana, hanno portato a selezionarne 1431 come candidati a una possibile origine extraterrestre intelligente, da indagare con ulteriori rilevazioni radiotelescopiche.
Il radiotelescopio di Arecibo, per le sue peculiari caratteristiche, può esplorare il cielo solo da 0° a 35° di declinazione nord e l’attuale progetto SETI@home ad Arecibo terminerà nel primo semestre 2003. Dal gennaio 2003 incomincerà il nuovo progetto di ricerca negli inesplorati cieli del Sud attraverso l’utilizzo del radiotelescopio di Parkes (Australia) che, con la sua parabola di 64 m omnidirezionabile, copre il cielo in declinazione da 30° Nord fino al Polo Sud celeste.
Lo staff scientifico di SETI@home sta lavorando alacremente al nuovo ricevitore da installare a Parkes in collaborazione con il SETI Australia e con la University of Western Sydney. Il nuovo strumento registrerà simultaneamente i dati da 13 diverse posizioni celesti, osservando 13 campi stellari alla volta.

Non solo SETI

Cercare segnali radio emessi da eventuali civiltà extraterrestri è come cercare la punta di un ago in milioni di pagliai.
D’altra parte, come ebbero a rilevare i due padri delle ricerche SETI, G. Cocconi e P. Morrison: “La probabilità di successo è difficile da stimare, ma senza nessuna ricerca la probabilità di successo è zero”.
Dan Werthimer, responsabile di SETI@home, realisticamente afferma che la ricerca SETI è ancora agli albori e che potrebbe richiedere diverse generazioni per portare a qualche frutto.
Logico perciò cercare di utilizzare l’enorme database e la capacità di calcolo di SETI@home anche al di là della sola ricerca di intelligenze extraterrestri, onde poterne sfruttare fino in fondo tutte le potenzialità scientifiche.
Distribuzione dell’idrogeno nella nostra Galassia, pulsar da microsecondo ed evaporazione dei buchi neri sono infatti i nuovi campi di indagine che si offrono ai volontari del calcolo distribuito.

L’idrogeno è l’elemento più abbondante dell’Universo, quello costitutivo di stelle e pianeti giganti. La Galassia è piena di idrogeno, con regioni a densità basse (alcune dozzine di atomi per metro cubo) e regioni di formazione stellare con densità milioni di volte più elevate. Questo gas partecipa alla rotazione della Galassia e si trova raggruppato soprattutto nei bracci di spirale. E’ molto importante comprendere come l’idrogeno sia distribuito nella Galassia e il sistema di dati di SETI@home ci offre un’occasione da non trascurare, visto che la banda di ricezione di Arecibo è centrata proprio attorno alla frequenza di 1420,4 MHz emessa dall’idrogeno. Però i picchi d’emissione non compaiono tutti alla stessa frequenza: questo perché l’idrogeno si muove rispetto a noi e perciò le righe risultano spostate per effetto Doppler verso il rosso, se si allontana, o verso il blu se si avvicina. Nella banda può capitare di registrare anche tre o quattro picchi: quindi vediamo nubi d’idrogeno che si muovono a tre o quattro differenti velocità, collocate generalmente a distanze ben diverse e sovrapposte solo per ragioni prospettiche. Quelle il cui picco d’emissione compare nei pressi del valore di laboratorio è perché hanno una velocità di modesta entità relativamente al Sole: probabilmente sono nubi vicine.
Dalla posizione in cielo delle varie nubi e dalla velocità relativa al Sole, si può ricostruire una mappa della distribuzione dell’idrogeno nella Galassia; e l’idrogeno è un tracciante dei bracci di spirale.
Obiettivamente, non è che gli astronomi sappiano molto della struttura dei bracci.
E’ per questo che si sta pensando di utilizzare i nastri di dati di SETI@home anche per generare 11 milioni di spettri e per analizzarli in modo da ricavarne una mappa della distribuzione dell’idrogeno nelle regioni galattiche visibili da Arecibo.

Tra i nuovi software in arrivo da Berkeley, c’è anche AstroPulse, la cui diffusione pubblica è prevista per il prossimo febbraio.
Si tratta di un progetto che ricerca pulsazioni radio a banda larga (fino a 2,5 MHz) con periodi piccolissimi, dell’ordine dei microsecondi (milionesimi di secondo). Sorgenti naturali di tali segnali radio possono essere le pulsar, stelle di neutroni in rapidissima rotazione. Questa sarà la prima ricerca che viene effettuata di pulsar con periodo di rotazione così breve e offrirà a chi partecipa a SETI@home-AstroPulse l’affascinante possibilità di essere co-scopritore della prima pulsar da microsecondo! Altra sorgente di pulsazioni di questo tipo è il fenomeno dell’“evaporazione” dei buchi neri, previsto da Stephen Hawking, il grande fisico di Cambridge, all’interno dei suoi modelli sulla “termodinamica” dei buchi neri, un fenomeno in attesa di conferma osservativa o di confutazione.
Questa ricerca di pulsazioni radio ultrabrevi a banda larga ben difficilmente può essere utile nel campo del SETI: il canale dei segnali a banda stretta o strettissima è molto meno dispendioso sul piano energetico. Ma guai ad escludere qualcosa già in partenza: attraverso l’applicazione in AstroPulse di uno speciale algoritmo conosciuto come “de-dispersione coerente”, che serve a correggere certe caratteristiche “distorsioni” che restano impresse nei segnali a seguito dell’attraversamento del mezzo interstellare, si potrebbero teoricamente intercettare “messaggi” provenienti da civiltà aliene, le quali introdurrebbero volutamente nei loro segnali una dispersione che va nel senso opposto a quella naturale per evidenziare a chi li raccoglie la propria presenza.
AstroPulse rielaborerà a banda larga i dati di SETI@home I Arecibo.
 
Infine, la novità grossa all’orizzonte è il nuovo software BOINC (Berkeley Open Infrastructure for Network Computing), il quale, come l’attuale client SETI@home, di cui prenderà il posto, consiste in un programma client e di server per la distribuzione dei dati da elaborare e la ricezione di quelli elaborati, il tutto supportato da un database; ma BOINC non è un programma specializzato, bensì una struttura aperta che può sostenere molte applicazioni differenti e, quindi, far funzionare simultaneamente calcoli multipli, come AstroPulse, la ricerca SETI dell’emisfero Sud e altri progetti di ricerca scientifica distribuita, anche molto diversi dal SETI, nel campo della medicina, della biologia molecolare, delle variazioni climatiche globali e altro ancora.
Il nuovo software BOINC è attualmente in via di sviluppo e dovrebbero presto essere in distribuzione alcune versioni di prova.

Il calcolo distribuito in Italia

Da oltre quattro anni (21 ottobre 1998) è attiva nel nostro Paese la mailing-list SETI Italia, fondata da Nicola Lonetti del Gruppo Astrofili Menkalinan di Cosenza. Questa piccola grande comunità di astrofili ha organizzato la diffusione e la partecipazione italiana a SETI@home, promuovendo la nascita del newsgroup it.scienza.astronomia.seti, creando il forte e autorevole SETI ITALIA Team Giuseppe Cocconi (primo team italiano al mondo in SETI@home), intitolato al padre tricolore della ricerca di intelligenze extraterrestri in gamma radio, e anche il mirror ufficiale SETI in italiano dell’Università di Berkeley. A tutt’oggi l’Italia è tredicesima in classifica mondiale con circa 70.000 partecipanti che hanno elaborato circa sette milioni di unità di lavoro.
 
Il calcolo distribuito è in rapidissima espansione in Italia e sta diventando un mezzo potente per avvicinare alla cultura scientifica molte persone. Tutti noi usiamo un computer per un certo numero di ore al giorno, consumando una certa quantità di energia elettrica, ma utilizzando solo una parte della sua grande capacità di calcolo e sprecando la parte restante. SETI@home è stata la prima iniziativa volta al recupero di questo spreco per rendere possibili ricerche scientifiche “cenerentole” che necessitano di un’enorme capacità di calcolo, altrimenti ingestibili per mancanza di fondi. Sull’onda del successo di SETI@home sono nati molti altri progetti di calcolo distribuito, alcuni a fini di lucro, altri senza alcuna validità scientifica, altri ancora, molto seri, nel campo della ricerca medica e degli studi di biologia molecolare, dei genomi e delle proteine, finalizzati all’acquisizione di conoscenze per contrastare efficacemente molte malattie degenerative (tumori, leucemie, sclerosi, ecc.). L’ultimo nato è un progetto per la ricerca contro una malattia rara, la sclerosi tuberosa di Bourneville, che colpisce i bambini: si chiama progetto TSC (Tuberous Sclerosis Complex) sviluppato dal Rothberg Institute For Childhood Diseases in collaborazione con la prestigiosa Yale University. Altro importante progetto biomedico è Folding@home, ora integrato da Genome@home, promosso dal Gruppo Pande del Dipartimento di Chimica della Stanford University. E’ preannunciato anche un nuovo progetto di calcolo distribuito che riguarderà lo studio delle variazioni climatiche globali. [Vedi importante NOTA]

Partendo dal considerevole patrimonio tecnico e umano del SETI ITALIA Team Giuseppe Cocconi, costituito da centinaia di semplici appassionati che lavorano assieme a molti esponenti della ricerca scientifica tricolore in Italia e nel mondo (ricercatori di CNR, CERN, ASI, ESA, NASA, MIT, Caltech, ecc.), abbiamo creato l’AIRSD, Accademia Italiana per la Ricerca Scientifica Distribuita, al fine di promuovere, coordinare e qualificare la partecipazione nazionale ai più importanti progetti di distributed computing.
L’Accademia ha come obiettivo di propagare l’interesse per la Scienza. Chiunque può dare il proprio, anche minimo, contributo all’esplorazione dei confini della conoscenza umana e al loro allargamento, cosa che molti di noi hanno sempre solo sognato di poter fare e che oggi Internet rende possibile realizzare da casa propria. L’AIRSD promuove solo ricerche scientifiche qualificate, mai a fini militari e/o di lucro, e i cui risultati devono essere resi pubblici e messi a disposizione di tutta l’Umanità.
La nostra motivazione e il nostro orgoglio sono quelli di partecipare, pur nel nostro piccolo, da protagonisti, a progetti di ricerca scientifica che possono esistere solo grazie a noi, boy-scout del “volontariato informatico”.



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