Partnership
Il seguente articolo è stato pubblicato nel 1997 su:
"Astronomical and Biochemical Origins and the Search for Life in the Universe",
Proc. of the Fifth Intl. Conf. on Bioastronomy = IAU Colloq. No. 161,
eds. C.B. Cosmovici, S. Bowyer, and D. Werthimer (Publisher: Editrice Compositori, Bologna, Italy)
Un nuovo importante progetto SETI basato sui dati
del Progetto SERENDIP e su 100.000 personal computer
di W. T. Sullivan, III (U. Washington), D. Werthimer, S. Bowyer, J. Cobb (U.California, Berkeley),
D. Gedye, D. Anderson (Big Science, Inc.)
Traduzione di Roberta Gallini e Bruno Moretti Turri IK2WQA, SETI ITALIA G. Cocconi
Sommario
Stiamo attualmente sviluppando un innovativo progetto SETI, chiamato a titolo di prova SETI@home,
che coinvolge in modo massiccio il calcolo parallelo su computer sparsi in tutto il mondo.
Il pubblico verrà coinvolto in maniera eccezionale in un autentico progetto scientifico.
Gli individui scaricheranno un salvaschermo che non soltanto fornirà la consueta grafica attraente
quando il computer è inattivo, ma effettuerà anche sofisticate analisi dei dati SETI utilizzando
il computer ospite. I dati provengono dal ricevitore del Progetto SERENDIP IV e la ricerca SETI
utilizzando il radio telescopio da 305 metri di diametro di Arecibo.
Noi effettuiamo una registrazione continua su nastro di un segnale da 2 MHz di banda centrato sulla
linea dell' idrogeno a 21 cm. I dati in questi nastri sono quindi preliminarmente vagliati e distribuiti
da un server che fornisce piccole porzioni di dati (50 secondi da 20 KHz di larghezza di banda,
un totale di 0,25 MB) attraverso Internet a utenti che possiedono il software salvaschermo.
Dopo che il computer client ha analizzato automaticamente una porzione di dati (in un modo più
dettagliato di quanto SERENDIP non faccia normalmente) viene rispedito al server un rapporto
sui migliori segnali canditati, dopo di che una nuova porzione di dati viene spedita.
Riuscendo a raggiungere 50.000-100.000 utenti, la potenza elaborativa sarà equivalente ad una
frazione importante di un tipico super-computer, e SETI@home coprirà un volume di spazio
comparabile a quello di SERENDIP IV.
Introduzione
La scienza, sebbene supportata quasi totalmente da fondi pubblici, è stata tradizionalmente attuata
in laboratori ed osservatori non aperti al grande pubblico. In un'era in cui il supporto pubblico
alla scienza vacilla, questo modus operandi può rivelarsi controproducente e richiede un riesame.
Lo scopo dell'attuale progetto SETI, chiamato a titolo di prova SETI@home, è
(a) di fare della buona scienza e, (b) farlo in modo da impegnare e stimolare il grande pubblico.
Questa è una possibilità di educare i partecipanti su come la scienza lavora, così come di dare loro
informazioni affidabili sul SETI (contrariamente, per esempio, a quanto appare nel film
Independence Day). Alla fine la comunità scientifica può soltanto trarre profitto se il pubblico
comprende meglio l'impresa scientifica.
Una volta operativo, SETI@home:
* rappresenterà la prima volta in cui normali utenti di computer saranno in grado di partecipare
ad un importante esperimento scientifico.
* sarà il più grande calcolo distribuito mai intrapreso.
* fornirà a ciascun partecipante la piccola ma affascinante possibilità che il suo computer possa
essere strumentale alla scoperta di un'altra civiltà tecnologica nella Via Lattea.
Architettura del progetto e flusso dei dati
SETI@home è una ricerca in parallelo ("piggyback") basata sulla ricerca SERENDIP IV,
che a sua volta è una ricerca in parallelo operante sul telescopio da 305 m di Arecibo.
SERENDIP IV, che pure inizierà le operazioni sul nuovo disco di Arecibo aggiornato nel 1997,
ed è descritto (con il relativo predecessore) da Bowyer ed altri (1997) altrove nel presente volume.
L'idea di base è che un ricevitore SERENDIP, separato dal processore di dati "vada in giro"
sulla piattaforma di Arecibo mentre viene eseguita la normale radioastronomia.
Il cielo visibile ad Arecibo è di conseguenza oggetto di una ricerca di tipo pseudo-casuale
ed in effetti qualsiasi zona del cielo viene solitamente visitata nuovamente ogni 3-6 mesi.
Queste ripetizioni di visite sono cruciali ai fini della discriminazione delle interferenze di radio
frequenza (RFI) di origine umana.
Figura 1. Un diagramma schematico dell'architettura e del flusso di dati di SETI@home.
L'architettura generale di SETI@home è presentata nella Figura 1.
Ad Arecibo SETI@home registrerà su nastro la banda base di una piccola porzione della larghezza
totale da 183 MHz del SERENDIP; 2 MHz copriranno i 3 intervalli di velocità di riposo possibili
delle radiazioni eliocentrica, galattocentrica e radiazione cosmica di fondo.
Questa banda sarà stata sotto-convertita tra una frequenza osservante centrata sulla linea
dell'idrogeno a 21 cm cioè 1420 MHz, ideale alle condizioni della strategia SETI e alla libertà
da interferenze di natura umana (RFI).
Con un campionamento ad un-bit al tasso Nyquist, questo rappresenta un tasso di registrazione
di 0,5 MB/sec, o un gigantesco Esabyte DAT (25 GB di capacità) ogni 11 ore,
che significa 500 all'anno (per un'efficienza d'osservazione prevista del 70%).
Questi dati sono spediti via Fed-Ex al server Big Science dove vengono convalidati, archiviati,
e dotati di parametri di indicizzazione, in particolare posizione celeste e periodi.
Solo una porzione dei dati viene analizzata, in primo luogo ovunque sia necessario per fornire
i clients (vedasi più sotto). Questa porzione dei dati sarà scelta in modo da essere alla più bassa
latitudine galattica possibile, vale a dire nella direzione del piano galattico come nella
"Strategia della Via Lattea" suggerita da Sullivan e Mighell (1984).
Anche nel caso in cui nessun segnale apparisse al primo sguardo ad una data posizione del cielo,
le posizioni che vengono (per caso) ripetute ottengono una priorità più alta nell'analisi perché
esse consentono di combattere le RFI e di trattare la possibilità di scintillazione interstellare.
Ai segnali candidati vengono assegnati i più alti IQ (Quozienti di interesse) in relazione a quante
volte essi si ripetono e quanto distinti essi appaiono da una possibile RFI nelle condizioni del loro
adattamento al modello di fascio ed esibire uno spostamento Doppler non locale.
Ciascun utente lavorerà in qualsiasi momento su 0,25 MB di dati, che rappresentano 50 secondi
di un segnale a 20 kHz. Queste larghezze di banda da 20 kHz saranno create dai dati originali
a 2 MHz attraverso la tabella di ricerca di FFT. Questi 50 secondi di variazione di dati
corrispondono ad una sezione longitudinale dello spazio della misura di 6' x 25'
(4 raggi indipendenti, essenziali per la discriminazione delle RFI).
Ciò significa che ciascuna persona ha un raggio di 50 sec x 20.000 Hz come suo insieme
di dati di base; le esigenze di memoria di dati e codici per analizzare questa porzione sono stimati
in 3-4 MB. Sul ricevitore una porzione di 0,25 MB richiederà 1,3 sec su una linea T1 in entrata
di 190 kB/s, oppure 2,3 minuti su una linea a 14,4K baud (sufficientemente breve per non
scoraggiare i clienti su linee telefoniche). Al completamento (tipicamente dopo diversi giorni)
dell'analisi dei dati di ciascuna porzione, un breve messaggio viene presentato all' utente per
restituire i segnali candidati a Big Science ed all'Università di Washington per il post-processing
(vedasi più sotto).
Sul lato server una linea T1 può gestire 90 GB a settimana e quindi potranno venire serviti
settimanalmente 360.000 utenti (o 180.000 due volte a settimana) con una linea in uscita.
Questi 90 GB rappresentano il 30% di una intera settimana registrata ad Arecibo,
o il 43% di una settimana più realistica (al 70% di efficienza).
Analisi del Segnale @home
L'unicità ed il vantaggio di SETI@home da un punto di vista SETI è la profondità di analisi del
segnale che sarà possibile su ciascun pezzo di larghezza di banda per volta (e la posizione del cielo).
(N.B.: l' utente non avrà alcun controllo circa la natura della ricerca; i cicli di CPU del computer
casalingo vengono semplicemente presi a prestito da un programma automatico).
E' stato proposto di cercare segnali di larghezza oscillante tra 0,1 Hz (a 2 x 105 punti FFT) e 2000 Hz.
(SERENDIP attualmente ricerca linee di larghezza da 0,6 a 640 Hz; la ridondanza parziale tra le
due ricerche sarà un utile controllo incrociato). Tutti i segnali verranno esaminati alla ricerca di ognuno
dei distinti tassi di oscillazione Doppler assunti (nel corso del passaggio di tempo di 12 secondi attraverso
un raggio); qualsiasi cosa che abbia un'oscillazione zero riguardo a Puerto Rico sarà automaticamente
respinta come RFI, ma tutti i tassi di oscillazione diversi da zero saranno trattenuti, specialmente quelli
che si armonizzano con l'accelerazione rotazionale ed orbitale della Terra (dell'ordine di 0,5-1,5 Hz
sopra 12 sec; il valore effettivo al tempo dell'osservazione verrà calcolato dal server ed applicato sulla
porzione di dati). Questi dati consentono anche la ricerca di segnali intermittenti o simili a pulsazioni con
durate qualunque da 0,5 msec a 10 sec - questo è uno dei maggiori vantaggi di SETI@home rispetto a
SERENDIP, che può soltanto scoprire impulsi con uno spaziamento superiore a 1,7 sec.
Qualsiasi segnale che duri per meno di una larghezza di raggio può essere simile ad un'esplosione come
RFI, ma sarà conservato (sebbene con un peso inferiore). I candidati più vitali, comunque, devono
anche armonizzarsi con la forma del raggio, dal momento che questo è il criterio migliore per distinguere
un segnale punto-sorgente da RFI. Verrà di conseguenza applicato a tutti i segnali candidati un filtro
gaussiano di correlazione di raggio (con una larghezza di 12 sec).
Riassumendo, i segnali candidati saranno segnalati al server sulla base del tasso segnale/disturbo esibito
per la migliore aderenza alla larghezza di banda, larghezza temporale, canale di frequenza,
variazione di frequenza, ed aderenza alla forma del raggio.
Post-Processing
Il post-processing presso l'Università di Washington costruirà un database di tutti i segnali candidati
restituiti dai computer degli utenti. Questo database verrà utilizzato per monitorare il progresso
con la ricerca, qualità dei dati monitorati e l'ambiente RFI ad Arecibo, e decidere se possono
essere desiderabili cambiamenti nella ricerca o nelle procedure operative.
Con il numero estremamente elevato di casi che esamineremo, noi ci attendiamo che le RFI
si comporteranno spesso a caso, in modo tale da imitare un segnale extraterrestre.
E' quindi estremamente importante che qualsiasi canditato ad alto segnale/disturbo osservato una sola
volta sia considerato altamente sperimentale fintanto che non sia confermato positivamente da altri
passaggi (casuali) (di solito 3-6 mesi dopo) del raggio sulla stessa porzione di cielo.
Il post-processing monitorerà questi passaggi successivi e comparerà la costanza delle caratteristiche
dei segnali candidati per ciascun passaggio. In questo modo un set dei migliori segnali candidati
sarà accumulato, per essere controllato più tardi con altro tempo dedicato dal radiotelescopio
di Arecibo. Il post-processing ricercherà inoltre regolarità caratteristiche dei segnali restituiti come
membri di un gruppo. Un esempio sono i "multiplet", vale a dire accoppiamenti "n-tuplets" di segnali
di banda stretta arbitrariamente ma ugualmente spaziati.
Per i vantaggi di tali segnali per SETI, vedasi Cohen (1994) e Cordes e Sullivan (1994).
Non bisognerebbe dimenticare che esiste l'allettante possibilità di scoprire fortuitamente ed
inaspettatamente, come un sottoprodotto di questi analisi SETI, un tipo completamente nuovo
di fenomeno astrofisico naturale. L'analisi generale della ricerca è la stessa salvo che i segnali naturali
possono essere più larghi di un singolo raggio e sono di conseguenza molto più difficili da distinguere
dalla RFI. Per candidati più piccoli di un raggio, comunque, la distinzione tra un'origine intelligente o
naturale può venire soltanto dopo ripetute osservazioni ed analisi.
Il Salvaschermo
Il programma che funziona su ciascun computer client appare e funziona come un accattivante
salvaschermo. Funziona soltanto quando la macchina è disoccupata, e l'utilizzatore può scegliere
tra diverse "visualizzazioni" ricche di colori e dinamiche del processo SETI.
Alcune di queste visualizzazioni avranno un aspetto tecnico, alcune astratto, ed alcune decisamente
artistico. Noi forniremo un set base di visualizzazioni, così come un meccanismo di plug-in di modo
che altre possano essere facilmente aggiunte. Le modalità standard del salvaschermo includeranno:
(1) una mappa del mondo che mostra la locazione di tutte le macchine effettivamente partecipanti
al progetto,
(2) una mappa del cielo che mostra quali aree sono state coperte dalla ricerca e la locazione della
parte di cielo effettivamente sotto analisi (con l'opzione di vedere figure mitologiche classiche per le
costellazioni - si potrebbe, per esempio, scoprire che la porzione di cielo analizzata è nell'ascella
di Orione!),
(3) modelli variabili ricchi di colore che corrispondono alle trasformazioni Fourier attualmente
in corso, e
(4) grafici "dritti" che mostrano i risultati dell'analisi dei dati in fase di sviluppo in quel momento.
Chiusura
Nel mese di settembre del 1996 SETI@home è soltanto una proposta, ma ci sentiamo sicuri che
accadrà presto. I potenziali utenti di SETI@home includono astronomi ed appassionati dello spazio
(per esempio i membri di The Planetary Society), fan di fantascienza (vale a dire i "Trekkies"),
avventurieri di Internet ("netheads"), insegnanti di materie scientifiche e loro studenti, ed altri
appassionati di scienza e tecnologia. Tutto ciò di cui abbiamo bisogno per fare questo progetto
di partecipazione globale è la sponsorizzazione da parte di una società visionaria ad alta tecnologia.
Il progetto rappresenta una buona scienza e genererà una grande pubblicità e buona volontà per
qualsiasi sponsor, così come per la scienza in generale e la bioastronomia in particolare.
Qualcuno vuole provare?
Riferimenti:
- Bowyer, S., Werthimer, D., Cobb, J., and Lampton, M. 1997,
"Twenty years of SERENDIP, the Berkeley SETI effort: Past results and future plans", this volume.
- Cohen, N., and Charlton, D. 1995, "Polychromatic SETI", pp. 313-22 in
Progress in the Search for Extraterrestrial Life, ed. G.S. Shostak
(San Francisco: Astronomical Soc. of the Pacific).
- Cordes, J., and Sullivan, W.T., III 1995, "Astrophysical coding", pp. 325-42 in
Progress in the Search for Extraterrestrial Life, ed. G.S. Shostak
(San Francisco: Astronomical Soc. of the Pacific).
- Sullivan, W.T., III, and Mighell, K.M. 1984,
"A Milky Way search strategy for extraterrestrial intelligence", Icarus 60, 675-84.
Torna alla home
Copyright © 2004 University of California
Versione Italiana Copyright © 2004 Bruno Moretti Turri