ATA-350 Allen Telescope Array:
un gigantesco balzo in avanti per SETI
di Bruno Moretti Turri IK2WQA
membro: TeamSETI del SETI Institute, IARA, SETI Italia Cocconi, SdR RA UAI
Relazione presentata al II° Festival della Scienza e della Tecnica - Caltanissetta
ICARA 2006, III° Italian Congress Amateur Radio Astronomy
Nel 1959 Giuseppe Cocconi e Philip Morrison, fisici della Cornell University, pubblicarono su Nature
"Cercando comunicazioni interstellari" [1] e nel 1960 Frank Drake con il Progetto Ozma [2]
dava inizio alla ricerca SETI (Search for Extra Terrestrial Intelligence, ricerca di intelligenza extraterrestre)
in gamma radio con il radiotelescopio Tatel da 26 metri del NRAO di Green Bank (West Virginia).
E' da quei tempi che i radioastronomi SETI sognano di avere un potente radiotelescopio interamente
progettato e dedicato a questa difficilissima ma affascinante ricerca.
Scontrandosi con l'enorme problema degli altissimi costi, fino ad ora il sogno è rimasto nel cassetto.
In questi decenni i ricercatori hanno dovuto accontentarsi fondamentalmente di ricerche a "costo zero" con
sistemi "piggybacked", cioè in parallelo, mentre lo strumento è impegnato in ricerche radioastronomiche
convenzionali. Così ad Arecibo (Puerto Rico), a Parkes (Australia) e a Villafontana di Medicina (Bologna, Italia).
Ai fini SETI i sistemi "piggybacked" sono estremamente limitati perché danno luogo a una ricerca "parassita a
casaccio", non a una ricerca mirata al monitoraggio delle stelle vicine interessanti. Nella radioastronomia
convenzionale i radiotelescopi sono per la maggior parte del tempo puntati su radiosorgenti (pulsar, galassie attive
e quasar) talmente lontane da essere completamente oltre la capacità dello strumento di ricezione di eventuali
segnali candidati SETI. La fisica ci insegna che la potenza di un segnale elettromagnetico diminuisce con l'inverso
del quadrato della distanza e giova ricordare che con il nostro più grande strumento attuale, il radiotelescopio di
Arecibo, possiamo ragionevolmente sperare di individuare un forte segnale artificiale in un raggio di sì e no
100 anni luce che, in una Via Lattea avente un diametro di 100.000 anni luce, rappresentano una cicca americana
rispetto a un'enorme mongolfiera. Altro grosso handicap dei sistemi "piggybacked" è la copertura in frequenza che
nel caso di SETI@home è limitata a soli 2,5 MHz, da 1,41875 a 1,42125 GHz. A differenza dei sistemi
"piggybacked", la ricerca SETI mirata (targeted) necessita del pieno dominio dello strumento e ciò comporta la
grossa spesa per l'acquisto del tempo/radiotelescopio. Per questo motivo in nove anni, dal febbraio 1995 al marzo
2004, il Progetto Phoenix del SETI Institute ha potuto utilizzare Arecibo per sole 6 settimane all'anno.
Tutti questi problemi sono la conseguenza della vittoria della maggioranza antropocentrica [3] del Congresso
USA che, fuorviato anche dal noto falso del "paradosso di Fermi" [4], nel 1993 ha bocciato i limitatissimi
finanziamenti del progetto SETI-HRMS (High Resolution Microwave Survey) della NASA [5],
del quale il Progetto Phoenix è stato, come la mitologica Fenice, la resurrezione dalle ceneri.
Oggi la situazione sta finalmente cambiando: Allen Telescope Array
Grazie ai filantropi Paul Allen (co-fondatore di Microsoft) e Nathan Myhrvold (primo Chief Technology Officer
di Microsoft) che lo hanno finanziato con una donazione complessiva di 13,5 milioni di dollari USA (circa 10,5
milioni di euri), un nuovo grande radiotelescopio è in costruzione ad Hat Creek nel nord della California.e
permetterà una ricerca mirata SETI 24 ore al giorno, 7 giorni alla settimana.
Il grande sogno dei ricercatori SETI è uscito dal cassetto e si sta realizzando.
Il nuovo strumento, precedentemente conosciuto in fase di progetto come One Hectare Telescope,
o 1hT (telescopio da un ettaro = 10.000 mq), ora chiamato Allen Telescope Array (da adesso in poi abbreviato
in ATA), è un impegno congiunto del SETI Institute e del RAL (Radio Astronomy Lab)
dell'Università della California a Berkeley e sarà costituito da un innovativo sistema modulare
di 350 antenne Gregoriane con lo specchio primario da 6,1 metri ed il secondario da 2,4 metri.
Confrontiamo le prestazioni di ATA con quelle di Arecibo:
1) ATA avrà una flessibilità d'osservazione senza precedenti. Molti utenti individuali potranno usarlo
simultaneamente per osservare diverse zone del cielo su una frequenza, o un campo celeste singolo
su una o più frequenze; ad Arecibo tutto ciò non è possibile
2) essendo un sistema modulare constituito da 350 unità indipendenti, ATA rimarrà operativo anche quando si
renderà necessaria la riparazione di una antenna singola e un domani sarà espandibile aggiungendo ulteriori
antenne; ad Arecibo ciò non è possibile
3) ATA sarà omnidirezionabile su tutto il cielo visibile da Hat Creek, coprendo in declinazione da - 50 a + 90
gradi; Arecibo ha il primario fisso, cioè è uno strumento di transito che sfrutta la rotazione terrestre per il
puntamento e, spostando il secondario, copre il cielo in declinazione solo da 0 a + 35 gradi
4) ne consegue che ATA sarà utilizzabile 24 ore su 24, mentre Arecibo è utilizzabile proficuamente solamente
di notte in quanto il Sole può degradare seriamente i segnali a banda stretta del SETI osservando di giorno
vicino all'eclittica, come imposto dalla copertura di cielo estremamente limitata di Arecibo [6]
5) ATA avrà un campo di vista largo 2,45° alla lunghezza d'onda di 21 cm, pari a quasi 6 lune piene;
a 21 cm Arecibo ha un campo pari all'1% dell'area della Luna piena
Capacità di ricezione SETI: comparazione di ATA con Arecibo Progetto Phoenix - Clikka per ingrandire
6) ATA avrà una capacità di ricezione di segnali candidati SETI in un raggio di 1.000 anni luce; con il
radiotelescopio di Arecibo tale capacità di ricezione è di 100 anni luce. I 1.000 anni luce di ATA sono ancora
terribilmente pochi, ma pensiamo positivo: prima di ATA mai il SETI si è spinto così lontano.
Per arrivare ad avere una capacità di ricezione di segnali candidati SETI entro un raggio di 25.000 anni luce,
pari a solo la metà della nostra Galassia, Radio-SETI dovrà aspettare e sperare nella realizzazione di
SKA, Square Kilometre Array, un radiotelescopio da un chilometro quadrato.
7) ATA sarà utilizzabile da 0,5 a 11,2 GHz cioè più di 5 volte il range del Progetto Phoenix di Arecibo [7]
e 4.280 volte il range di SETI@home. Approfondiamo il problema delle frequenze perché è importantissimo.
Sin dall'inizio dell'era spaziale l'umanità invia nello spazio segnali radio direttivi e molto potenti, sia per ascoltarne
l'eco radio (radar-astronomia), sia, molto più frequentemente, per comunicare con le sonde interplanetarie (Pioneer,
Voyager, Galileo, Cassini, ecc.). Ovviamente questi segnali non si "fermano alla Cassini", ma proseguono il loro
viaggio verso le stelle. Per le loro caratteristiche di potenza e direttività questi sono, tra tutti i segnali radio emessi
dall'umanità, quelli che più facilmente potrebbero essere rilevati da eventuali radiotelescopi alieni e riconosciuti
come sicuramente artificiali (portante monocromatica). Questi segnali hanno tutti una caratteristica in comune:
NON utilizzano la frequenza dell'idrogeno neutro a 1,42 GHz cioè la frequenza attualmente più monitorizzata dai
progetti SETI e da noi di SETI@home in particolare. La frequenza di 1,42 GHz (lunghezza d'onda di 21 cm) è stata
adottata da SETI in quanto indicata da Cocconi-Morrison e Drake come quella più probabilmente utilizzata da
eventuali civiltà aliene per comunicare alla Galassia la loro presenza [1]. Pur se assai autorevole, questa ipotesi
ha però un notevole punto debole: e se gli alieni non sono interessati a comunicare alla Galassia la loro presenza?
Noi terrestri non trasmettiamo niente a 1,42 GHz, frequenza riservata dalle norme ITU (International
Telecommunications Union, Unione Internazionale delle Telecomunicazioni) alla radioastronomia (solo in
ricezione) e sulla quale è vietato trasmettere. Un eventuale radioastronomo extraterrestre con un Arecibo puntato
sul nostro Sole a 1,42 GHz riceverebbe solo noise (rumore di fondo) in saecula saeculorum. Ma se l'eventuale
radioastronomo alieno ascoltasse sulle frequenze Terra-Pioneer o Terra-Cassini gli basterebbe essere sulla
prosecuzione della congiungente Terra-sonda al momento dell'invio del segnale per riceverlo (il "quando" lo
riceverebbe è in funzione della distanza da noi). Allargando il monitoraggio a tutte le frequenze da 0,5 a 11,2 GHz,
ATA permetterà di aumentare di molto la possibilità di ottenere dei risultati in SETI,
includendo l'intercettazione di eventuali segnali pianeta-sonda.
L'evoluzione "darwiniana" del SETI = ATA + KLT
Vista la continua tendenza delle telecomunicazioni terrestri ad evolversi da banda stretta a banda larga, è
fortemente auspicabile che l'evoluzione tecnologica insita in Allen Telescope Array venga affiancata da
un'evoluzione matematica e cioè da un non più rinviabile aggiornamento degli algoritmi matematici impiegati in
SETI per il rilevamento dei segnali al limite del noise (rumore cosmico di fondo) passando dall'arcaico
algoritmo FFT (Fast Fourier Transform, trasformata rapida di Fourier) che è limitato a intercettare
esclusivamente segnali a banda strettissima, al ben più potente e flessibile KLT (Karhunen-Loève Transform,
trasformata di Karhunen-Loève) che è capace di intercettare segnali candidati indipendentemente dalla
larghezza di banda [8] come abbiamo spiegato nell'articolo SETI Italia: una rivoluzione chiamata KLT [9]
al quale rimandiamo per l'approfondimento.
Sarebbe un vero spreco utilizzare la "Ferrari ATA" con la "carbonella" della FFT
invece che con il "motore matematico-positronico" della KLT!
Nota sulla "riga dei 21 cm", emissione dell'H neutro: si tratta del processo per cui gli spin di elettrone e protone
interagiscono nell'atomo neutro di H e diventano da paralleli antiparalleli, tornando in questo modo al loro stato
normale. Questa trasformazione produce una lievissima perdita di energia che si accompagna quindi all'emissione
di una radiofrequenza fotonica con lunghezza d'onda di 1,420405751786 GHz, ben nota come "riga di 21 cm" (in
effetti sono 21,106 cm), scoperta in radioastronomia nel 1951 ma già prevista nel 1944 da Hendrik Van De Hulst e
praticamente identica a quella emessa da un maser a H.
Riferimenti:
[1] Giuseppe Cocconi and Philip Morrison, Searching for Interstellar Communications, Nature, Vol. 184,
Number 4690, pp. 844-846, September 19, 1959 (ver. it. "Cercando comunicazioni interstellari")
[2] Frank Drake, Project Ozma, Physics Today, 14 (1961), pp. 40 sgg.
[3] Bruno Moretti Turri IK2WQA, Bioastronomia SETI religioni antropocentrismo
[4] Bruno Moretti Turri IK2WQA, Il paradosso di Fermi è un falso
[5] NASA-SETI Institute, Aspetti culturali della ricerca di intelligenza extraterrestre
[6] SETI Institute, Allen Telescope Array, visione d'insieme generale
[7] SETI Institute, Allen Telescope Array, visione d'insieme tecnica
[8] Claudio Maccone, Telecommunications, KLT and Relativity, IPI Press, ISBN 1-880930-04-8, 1994
[9] Bruno Moretti Turri IK2WQA, SETI Italia: una rivoluzione chiamata KLT
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