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SETI@home ITALIA NEWSletter scientifica # 07 del 04.05.2001
Esaminare i picchi del segnale radio con i grafici cliccabili
di Eric Person, David Anderson, Dan Werthimer, Jeff Cobb, Eric Korpela
Titolo originale: "Examining Radio Signal Spikes Using Clickplots"
Traduzione in italiano di Antonio Gerli & Bruno Moretti Turri IK2WQA
Pubblicazione a cura di SETI ITALIA G. Cocconi
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Gli scienziati di SETI@home affrontano la sfida di identificare una possibile comunicazione
extraterrestre fra un gigantesco numero di segnali (o "spikes") catturati dai dati del nostro
radiotelescopio. Gli utenti di SETI@home rilevano circa un milione di segnali forti per ogni dato
periodo di 15 ore di dati del radiotelescopio. Come riportato nella Newsletter #6,
la maggior parte (se non addirittura tutti) i segnali che rileviamo sono attribuibili a rumore o
a RFI (Interferenza da RadioFrequenza - segnali originati sulla Terra).
Cercare di identificare segnali ET è la quintessenza del problema dell'ago nel pagliaio.
Un approccio interessante all'interpretazione dei segnali è dato dal mostrare i dati in modo che
gli scienziati possano visivamente distinguere segnali inusuali nell'insieme totale.
Segnali inusuali possono avere una intensità ("power") estremamente forte, mostrare costanza
nella frequenza, nel tempo e/o nella posizione, od avvenire con schemi inusuali che saltano
all'occhio. I grafici a cascata (grafici che mostrano i segnali in funzione della frequenza e del tempo)
sono strumenti eccellenti da usare allo scopo di questa identificazione.
(Vedi la Newsletter #6 per maggiori dettagli sui grafici a cascata).
La Figura 1 qui sotto è un grafico a cascata delle spikes trovate nei dati del 23 Settembre 2000.
L'asse y (tempo) rappresenta una lunghezza del nastro dei dati di circa 57.000 secondi,
e l'asse x (frequenza) rappresenta la gamma di frequenze coperte dai nostri dati
(da 1.418,5 a 1.421,5 MHz). Credeteci o meno, ma circa 100.000 unità di lavoro (work unit)
sono state elaborate per produrre questi dati, quindi circa 100.000 utenti di SETI@home
hanno contribuito a questa analisi. La Figura 1 effettivamente riporta solo circa 1/16 di questi punti,
poiché rappresentare più punti avrebbe solo reso ridicolmente affollato il grafico.
Poichè l'area di Figura 1 è di circa 220 pixel di altezza per 510 pixel di larghezza,
il grafico può mostrare un totale di 112.200 pixel (220 x 510=112.200).
Quindi, a scopo di rendere il tutto più leggibile, vogliamo che la massima densità sia circa
il 50%, cioè circa 61.100 punti rappresentati.
Il codice a colori per l'intensità del segnale è il seguente:
Come si può vedere in Figura 1, la maggior parte dei segnali hanno intensità fra 20 e 25,
con una parte significativa fra 25 e 50.
Figura 1.
Caratteristiche tipiche della distribuzione dei picchi (spikes) di segnale
Osserviamo le caratteristiche visibili nella Figura 1. Le due linee verticali gialle alle frequenze
di 1.419 e 1.421 MHz sono "uccellini" (birdies) segnali di controllo iniettati nel ricevitore
del radiotelescopio da SETI@home per essere sicuri che la strumentazione ed il software
lavorino correttamente. Se non vedessimo questi "uccellini", sapremmo che qualcosa
non funziona nel nostro equipaggiamento o nel nostro codice.
La linea stratificata verticale giallo/rossa alla frequenza di 1.420 MHz è un artificio della
nostra tecnologia di spezzettamento (splitting). Senza entrare nei dettagli più minuti,
cerchiamo di dare una breve spiegazione. Quando spezziamo i dati di frequenza in unità
di lavoro piccole abbastanza per essere elaborate dai client SETI@home,
effettuiamo un calcolo chiamato FFT - Trasformata di Fourier veloce.
Un effetto collaterale di questo calcolo è che le intensità di segnale esattamente al centro
della banda di frequenza vengono artificialmente amplificate; l'esatto centro della banda
di frequenza è proprio 1.420 MHz. In seguito rimuoviamo questi dati spuri, ma nel farlo
riduciamo l'intensità della linea di base del segnale adiacente ai 1.420 MHz,
cosa che di conseguenza fa apparire i segnali "normali" in quelle frequenze più forti
di quanto in realtà siano (ovverosia, più forti della "media" rappresentata dall'intensità
della linea di base del segnale). Quindi, la banda a 1.420 MHz appare più a strati ed
irregolare perché è formata di segnali subito prima e subito dopo i 1.420 MHz.
Se si guarda con attenzione, si possono vedere alcune sottili fasce nere nel grafico.
Queste fasce rappresentano brevi periodi di tempo in cui SETI@home era inutilizzabile
nella raccolta dei dati dal radiotelescopio. Dal momento che condividiamo il tempo del
telescopio con altri progetti, capitano dei momenti in cui questi progetti devono rapidamente
rifocalizzare il radiotelescopio in una differente locazione celeste.
Quando questo movimento è particolarmente veloce, non siamo in grado di raccogliere
dati accurati, di conseguenza si formano le fasce nere che si vedono nella Figura 1.
Esaminiamo inoltre la linea verticale a circa 1.420,8 MHz. Questo è un esempio di un
segnale forte ad una specifica frequenza che si mantiene costante nel tempo.
Si tratta probabilmente di una qualche trasmissione terrestre o da un satellite;
ulteriori indagini sono richieste per determinarne l'esatta fonte.
Uno sguardo ravvicinato
Ora che abbiamo un'idea generale di come le spike si distribuiscano in funzione del tempo
e della frequenza, diamo uno sguardo più da vicino ad alcune delle caratteristiche più interessanti.
La Figura 2 qui sotto rappresenta le spikes in funzione di un intervallo di tempo e di frequenze
ridotto (fra 15.000 e 30.000 secondi e fra 1.420,6 e 1.421,2 MHz, rispettivamente).
Questo grafico ci fornisce un ingrandimento sia degli "uccellini" a 1.421 MHz,
sia della linea verticale a 1.420,8 MHz. Anche le fasce nere orizzontali sono evidenti.
Notiamo inoltre un gruppo di segnali bianchi a 21.000 secondi e 1.421,1 MHz.
Diamo un'occhiata ancora più da vicino a questo ammasso.
Figura 2.
La Figura 3 qui sotto è un grafico a cascata per l'intervallo da 18.750 a 22.500 secondi
e da 1.421,09 a 1.421,25 MHz. L'ammasso bianco ha la forma di un piccolo rettangolo
di circa 0,01 MHz per 110 secondi. Questa dimensione corrisponde esattamente ad una
unità di lavoro. (Gli utenti SETI@home analizzano i dati una unità di lavoro alla volta.)
Chiaramente ci sono stati dei problemi con i risultati restituiti da questa particolare workunit.
Figura 3.
Grafici cliccabili - mettiamo insieme il tutto
Come mostrato dai 3 grafici di esempio qui sopra, vogliamo avere la capacità di ingrandire
una caratteristica particolare di un grafico così come di poter vedere l'intera figura.
Questo scenario ci consente una grande efficienza nell'identificazione e suddivisione delle
caratteristiche del segnale. Otteniamo questo risultato in modo diretto - generiamo i clickplot.
I grafici cliccabili (clickplot) sono dei semplici file GIF mappati in modo che un click del mouse
su di una particolare sezione del grafico faccia apparire un grafico a più alta risoluzione
di quella sezione. Questi clickplot sono veloci, e la loro generazione è facilmente automatizzabile,
attuabile, e mantenibile anche per grosse quantità di set di dati.
Nel prossimo futuro prevediamo di sviluppare un archivio di clickplot visibili da chiunque sul web,
compresi i grafici delle gaussiane, delle pulsazioni (pulse) e delle triplette.
Prevediamo inoltre di collegare questi clickplot ad una mappa stellare, in modo che per ogni
locazione celeste si possa vedere un clickplot dei segnali raccolti da SETI@home per quella
particolare locazione.
Rimanete sintonizzati per ulteriori aggiunte e funzionalità.
I seguenti collegamenti (links) mostrano i clickplots per categorie diverse di dati
ottenuti il 23 settembre 2000 (incluso le specifiche chirp rates e le lunghezze di FFT).
* Set completo dei dati
* Rateo chirp = 0
* 0 <= Rateo chirp <= 1
* Lunghezza di FFT = 128K
Semplici istruzioni su come usare un Clickplot
Prova a giocare con i clickplots sopra collegati. Cliccando su una particolare porzione della trama
si caricherà un'immagine espansa della trama di quella porzione.
Le nostre trame correnti sono cliccabili a 2 livelli di profondità; dopo due clic, giungerai al livello
più basso del clickplot. Per riespandere, semplicemente clicca il bottone di "indietro" (back)
del tuo browser.
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