Die Suche nach Signalen - wissenschaft.de
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Die Suche nach Signalen

Mit den größten Teleskopen, hoch empfindlichen Empfängern und raffinierten Computerprogrammen durchmustern Astronomen die Milchstraße nach Botschaften von außerirdischen Zivilisationen – und jeder kann sich daran beteiligen.

Der Blinde als Visionär– ein klassisches Thema schon im antiken Griechenland. Bodenständiger und doch zugleich dem Überirdischen zugewandt ist David Kent Cullers. Seine Augenlinsen und Netzhaut sind durch zu viel Sauerstoff bei der Beatmung im Brutkasten nach seiner Frühgeburt 1949 zerstört worden. Das zwang ihn, sich auf andere Sinneskanäle zu konzentrieren. Und dies tut er nun auch beruflich – der Radioastronom lauscht nach Signalen außerirdischer Zivilisationen. Cullers ist Direktor der SETI-Forschungs- und Entwicklungsabteilung am 1984 gegründeten SETI-Institut in Mountain View, Kalifornien. SETI steht für „ Search for Extraterrestrial Intelligence“. Das klingt nach Science-Fiction, Esoterik oder naiver Spinnerei, ist aber ein durchaus seriöser Zweig der Wissenschaft und würde, wenn er erfolgreich wäre, unser Weltbild und Selbstverständnis revolutionieren wie kaum eine andere Entdeckung. Doch die Forscher schwelgen viel seltener in fantastischen Träumereien, als mancher Laie glaubt. Und sie empfangen zu viele artifizielle Signale, nicht zu wenig. Denn immer wieder verirren sich kommerzielle und militärische Sender, Satelliten-Funkimpulse oder auch Artefakte beim Radioempfang selbst in die Datenverarbeitungsprozeduren. Es gibt vielversprechende Signale, die beim zweiten Hinhören verschwunden waren, also nicht bestätigt und weiter analysiert werden können. „Die Elimination unerwünschter Signale ist ein genauso wichtiger Teil von SETI wie die Entdeckung von erwünschten“, kommentiert Cullers lakonisch. „ Ich arbeite in einem der wenigen Bereiche, wo Blindheit hilfreich ist. Sie lässt mich darauf konzentrieren, was ich höre.“ In seiner Doktorarbeit hat er 1980 die Plasmaschichten – ionisierte Gase – in der irdischen Hochatmosphäre mittels Veränderungen der Stärke und Frequenzverteilung von Radarwellen analysiert. Er entwickelte ein Rechenverfahren für Computer, um die schwachen, zurückgestreuten Signale vom kosmischen Rauschen zu unterscheiden. Dieser Algorithmus erwies sich als geradezu ideal für SETI, denn auch dabei geht es um das Aufspüren von schwachen Signalen im Hintergrundrauschen. Und so wechselte Cullers zwar sein Themengebiet, aber nicht die Forschungsmethode. Heute bilden Cullers Algorithmen das rechnerische Rückgrat der Datenanalyse am SETI-Institut. Die Forscher dort fahnden im Rahmen von Project Phoenix nach artifiziellen Signalen bei rund tausend Nachbarsternen. Der Name ist Programm, denn das ging 1995 wie Phönix aus der Asche eines größeren NASA-Projekts hervor, das kurz vor seiner Realisierung vom amerikanischen Kongress 1993 gekippt wurde. Project Phoenix wird nun mit privaten Spenden bezahlt. Die Daten stammen vom weltgrößten Radioteleskop, der 305-Meter-Antenne des Arecibo Observatory in Puerto Rico. Computerprogramme analysieren simultan 28 Millionen von insgesamt 2 Milliarden Radiokanälen im „Mikrowellenfenster“ jedes Sterns. In diesem Frequenzbereich zwischen ein und drei Gigahertz lassen sich mögliche Signale relativ leicht aufspüren – beispielsweise eine Funksendung mit den ersten 20 Primzahlen, die von keinem natürlichen Mechanismus stammen könnte. Um ein technisch erzeugtes Signal eindeutig vor dem Hintergrundrauschen abzuheben, müssen die Sender entweder eine gewisse Zeit lang in engen Frequenzbändern funken oder kurze, energiereiche Pulse senden. Für die erste Strategie sind Radiowellen am besten geeignet, für die zweite Laserstrahlen im infraroten und sichtbaren Licht. Die SETI-Projekte suchen vor allem im „Kosmischen Wasserloch“ nach Radiosignalen. Denn dieser Frequenzbereich zwischen den Emissionslinien von atomarem Wasserstoff H und dem Hydroxyl-Radikal OH – 1,42 bis 1,64 Gigahertz – wird von den Forschern als besonders aussichtsreich beurteilt. Hintergrund ist die anthropomorphe Logik, dass Wasser (H2O) als „Lebenselixier“ auch erdähnlichen Kollegen im All als geeignete Markierung unter der Riesenauswahl möglicher Frequenzbänder erscheint. Das ist selbstverständlich nicht zwingend, und SETI sucht auch in anderen Frequenzbereichen – aber irgendwo muss man ja anfangen. Es gibt zwei gegenläufige Strategien: Entweder eine gezielte Suche mit hoher Empfindlichkeit bei relativ nahen Sternen – so geht beispielsweise Project Phoenix vor. Oder eine weniger empfindliche Durchmusterung von großen Himmelsarealen mit vielen Sternen – das Ziel von Projekten wie BETA und SERENDIP. Nathan Cohen und Robert Hohlfeld haben kürzlich die zweite Strategie favorisiert. Zwar sind schwache Sender wohl viel häufiger, aber die wenigen starken Sender sollten sich den Hochrechnungen der beiden Wissenschaftler von der Boston University zufolge rascher und deutlicher bemerkbar machen. „Es ist sehr unwahrscheinlich, dass es ETs wie Fliegen bei den Sternen gibt. Deshalb werden die ersten Signale, die wir entdecken, wohl von sehr seltenen und sehr starken Sendern aus großen Entfernungen kommen. Praktisch heißt dies, dass SETI-Forscher auf eine große Zahl abgehörter Sterne mehr Priorität setzen sollten als auf Empfindlichkeit.“ Cohen und Hohlfeld raten daher zu einer dritten Strategie: Die Suche in dichten Sternfeldern, also in der der galaktischen Ebene, bei Sternhaufen und benachbarten Galaxien. Mit 100 sorgfältig ausgewählten Zielregionen sollten sich Millionen Sterne in der Milchstraße und Milliarden in anderen Galaxien sehr effektiv durchmustern lassen. Doch um die interstellaren Botschaften zu empfangen, müssten die Außerirdischen Signale zu einem solchen Zeitpunkt funken, dass wir sie jetzt oder in naher Zukunft empfangen können, und sie auf eine Art aussenden, die wir empfangen können und zu empfangen versuchen, und sie schließlich ausreichend stark in unsere Richtung ausstrahlen. Wenn die ETs einen Rundumstrahler haben, müssten sie mit fast 1016 Watt funken, um von den gegenwärtigen SETI-Projekten noch über eine Distanz von 100 Lichtjahren hinweg aufgespürt werden zu können. Das entspricht dem 7000fachen der gesamten Kraftwerksleistung der USA. Ein Richtstrahler würde gerade 5700 Watt benötigen, doch dann müssten der ET-Sender und unsere Empfangsantenne genau aufeinander ausgerichtet sein. Erschwerend kommt hinzu, dass interstellare Gas- und Staubwolken sowie Magnetfelder die Radiostrahlen reflektieren, beugen, verschlucken und in ihrer Frequenz leicht verändern. „Alle diese Überlegungen lassen Radiowellen nicht gerade als geeignetes Medium für interstellare Kontakte erscheinen“, zieht George W. Swenson von der University of Illinois Bilanz. „Wegen der riesigen Entfernungen in der Milchstraße wären die Sendeleistungen enorm hoch oder die Antennen gewaltig groß und die Empfangswinkel unpraktisch eng.“ Extraterrestrische Zivilisationen könnten sich aber auch unfreiwillig verraten. So sollte man nach außerirdischen Kraftwerken Ausschau halten. Die Erzeugung der enormen Energien müsste sich zumindest indirekt bemerkbar machen. Der amerikanische Physiker Freeman Dyson vom Institute for Advanced Studies in Princeton hat schon 1960 spekuliert, dass fortgeschrittene Zivilisationen die Strahlung eines Sterns nutzen könnten, indem sie diesen mit einem Gürtel oder einer Schale aus den Trümmern eines gesprengten Planeten umgeben, um die Energie aufzufangen. Solche Dyson-Sphären wären zwar im sichtbaren Licht nicht beobachtbar, aber im Infraroten sehr hell. Eine Studie japanischer Astronomen fand keinen Hinweis auf Dyson-Sphären im Umkreis von 80 Lichtjahren. Aber vielleicht verbergen sich unter den weit über 100000 Infrarotquellen, die Satelliten IRAS und ISO verzeichnet haben, einige solcher stellaren Hüllen. Andererseits lässt sich nicht ausschließen, dass außerirdische Supertechnologien solche Kraftwerke als primitiv belächeln würden, da sie über ganz andere Mittel verfügen. Im 18. Jahrhundert hätte sich auf der Erde auch niemand vorstellen können, dass es möglich ist, mit Radiowellen global und lichtschnell zu kommunizieren. So haben John G. Learned, Sandip Pakvasa, Walter A. Simmons und Xerxes Tata von der University of Hawaii, Honolulu, vorgeschlagen, nach Neutrino-Signalen zu suchen. Die Außerirdischen könnten die geisterhaften Elementarteilchen zur Synchronisation der Uhren ihrer Raumschiffe und Kolonien verwenden. Die nächste Generation irdischer Neutrino-Detektoren ist wohl schon empfindlich genug, um einen solchen kosmischen Zeitstandard zu empfangen. Aber auch Radio-SETI ist längst nicht ausgereizt. Im Gegenteil: Mit dem Allen Telescope Array (ATA) geht es jetzt erst richtig los. Microsoft-Gründer Paul G. Allen hat 11,5 Millionen Dollar für eine Anlage von rund 350 Sechs-Meter-Antennen gespendet, deren Bau und Test Ende dieses Jahres beginnt und 2005 abgeschlossen sein soll. „ATA ist nicht nur für SETI gut“, freut sich Ken Cullers, der bereits Analyse-Algorithmen ausarbeitet, „sondern für die Radioastronomie insgesamt.“ Denn ATA kann zugleich Neutronensterne, interstellare Gaswolken und andere Radioquellen erforschen. Auch das Omnidirectional Search System – oder Argus-Teleskop, nach dem hundertäugigen Riesen der griechischen Mythologie – wird neue Maßstäbe setzen: Es soll den ganzen Himmel mit Spezialantennen simultan abhorchen. Ein Zusammenschluß von Amateur-Radioastronomen verfolgt mit Projekten wie BAMBI (Bob And Mike’s Big Investment) und Project Argus der SETI League mit Hilfe vieler Kleinantennen ebenfalls das Ziel, außerirdische Funksignale zu erhaschen. Mehr Kopfzerbrechen als der Datenempfang bereitet den Forschern daher die Datenanalyse. Doch Ken Cullers ist optimistisch: „Die Leistungsfähigkeit von Computern wächst exponentiell. Sie verzehnfacht sich alle fünf Jahre. In 60 Jahren werden Computer eine Billion Mal leistungsfähiger sein. Das ist auch nötig, um die enormen Datenmengen künftiger Suchen zu durchforsten.“ Die SETI-Pioniere scheuen auch vor unkonventionellen Methoden nicht zurück. Eine „ Auslagerung“ der Analyse auf Hunderttausende von Heimcomputern via Internet avancierte zum leistungsfähigsten globalen Projekt verteilter Berechnungen aller Zeiten. Da sich die Nichtexistenz außerirdischer Zivilisationen prinzipiell nicht beweisen lässt, muss die Frage, ob es diese Existenzen gibt, so lange offen bleiben, bis wir auf ein Indiz stoßen. Die Drake-Gleichung hilft nicht weiter, da wir gegenwärtig nicht die Informationen haben, um die letzten Faktoren statistisch abzuschätzen. Nach dem Prinzip der Mittelmäßigkeit gibt es keinen Grund zur Annahme, dass wir etwas Besonderes sind. Dies stützt sich auf die lange Erfahrung der „Vertreibung“ des Menschen: Weder steht er mit der Erde noch der Sonne noch der Milchstraße im Mittelpunkt des Weltalls – das nicht einmal ein Zentrum hat –, und unser Universum ist sogar vielleicht nur eines unter unzähligen. Auch ist der Mensch nicht die Krone der Schöpfung oder der Herrscher über sein Leben und das seiner Gattung. Aber aus all dem folgt logisch nicht, dass auch anderswo Leben existiert. Somit ist die Beweislast klar verteilt: Nicht der Skeptiker, sondern der Befürworter muss zeigen, dass außerirdische Zivilisationen existieren. Dies kann nur durch empirische Forschung, nicht durch reines Nachdenken geschehen. Und das ist das stärkste Argument für SETI. „Dieses Unternehmen gehört zu den wenigen menschlichen Aktivitäten, bei denen selbst der Misserfolg noch Erfolg bedeutet“ , schrieb denn auch der 1996 verstorbene Astronom Carl Sagan, einer der einflussreichsten Pioniere von SETI. „Falls irgendwann extraterrestrische Intelligenz gefunden werden sollte, dann wird sich unsere Ansicht über das Universum und über uns selbst für immer ändern. Und wenn wir nach einer langen und systematischen Suche nichts finden sollten, dann haben wir vielleicht die Seltenheit und Kostbarkeit des Lebens auf der Erde wissenschaftlich bestätigt. So oder so lohnt sich also die Suche.“ SETI ist also mehr als nur ein astrobiologisches Projekt – es ist auch eine gleichsam nach außen gewandte Anthropologie. „ Offenbar spielen – abgesehen von der Neugier, die solche Fragen naturgemäß auf sich zieht – dabei zwei entgegengesetzte Motive eine Rolle“, vermutet Richard Schröder, Professor für Philosophie an der Theologischen Fakultät der Berliner Humboldt-Universität. „ Zum einen gibt es als Kompensation des Gottesverlusts die Vorstellung ‚Wir sind nicht allein in dieser Welt‘ – die Hoffnung auf Erlösung von einer metaphysischen Verlorenheitserfahrung in den sinnlosen Weiten des Weltalls. Und zum anderen ist da die diffuse Angst ‚Wir sind in Gefahr!‘ – Außerirdische können uns überfallen, knechten, besiegen.“ Für Schröder sind diese Haltungen allzumenschlich. „Sie zeigen dieselbe Ambivalenz wie zu Zeiten der Entdeckungsreisen die so genannten Wilden: der barbarische Wilde und der edle Wilde – die menschliche Urangst und die menschliche Urhoffnung.“ Was nun, wenn SETI artifiziell erscheinende Signale empfängt? Ken Cullers gibt als Erstes eine pragmatische Antwort: „Wir legen ständig eine Flasche Champagner auf Eis, die wir nach einer Weile austauschen. Wir wollen nicht, dass der Champagner verdorben ist, wenn wir Erfolg haben.“ Das weitere Vorgehen ist nicht ganz so einfach: Zunächst müssen andere Astronomen mit anderen Teleskopen die Entdeckung bestätigen. Dann wird die Internationale Astronomische Union und das UNO-Generalsekretariat informiert. Wenn beispielsweise die ersten 20 Primzahlen einträfen, dann wüssten wir, dass wir nicht allein im All sind. Wir hätten unsere Jahrmilliarden währende kosmische Isolation durchbrochen und die faszinierende Gelegenheit, von völlig fremdartigen Kulturen und vielleicht umwälzenden wissenschaftlichen Erkenntnissen zu lernen. Denn das Signal muss von einer technisch höher entwickelten Zivilisation stammen, sonst hätten wir es schwerlich entdeckt. Wir würden die Merkmale des Lebens und der Intelligenz und letztlich uns selbst besser verstehen, aber auch unser Weltbild überdenken und unseren eigenen Standpunkt enorm relativieren müssen. Aus dem extraterrestrischen Signal ließen sich Orbit und Rotation des Planeten errechnen – aber alles andere wird eine Überraschung sein. Obwohl ein Austausch interstellarer Botschaften, falls er überhaupt zu Stande käme, auf Grund der riesigen Entfernungen mindestens Jahrzehnte dauern würde, wäre die Welt, in der wir leben, nicht mehr dieselbe. Dass wir unsere kosmischen Nachbarn persönlich treffen, ist wegen der riesigen Entfernungen freilich unwahrscheinlich. „Im Gegensatz zur direkten, hautnahen Begegnung zweier Kulturen, die in der Menschheitsgeschichte in aller Regel wenig freundlich zu verlaufen pflegte, gleicht der Empfang eines Radiosignals einem gehauchten Kuss“, meinte Sagan. Und der britische Kosmologe Stephen Hawking ist gar nicht wild auf ein Treffen: „Die außerirdischen Lebensformen, auf die wir stoßen könnten, werden entweder sehr viel primitiver oder sehr viel fortgeschrittener sein. Wären Außerirdische hier gewesen, hätten wir es bemerkt: Der Besuch hätte mehr Ähnlichkeit mit dem Film Independence Day gehabt als mit ET.“ Kompakt Nie wurde nach extraterrestrischen Botschaften effektiver und aufwändiger gesucht als heute – nicht nur nach Radiowellen, sondern nun auch nach Lasersignalen. Sogar private Heimcomputer und das Internet helfen dabei. SETI zu Hause Der Grösste Supercomputer der Erde ist über den ganzen Globus verteilt. Rund um die Uhr durchforsten Hunderttausende von PCs Radiosignale aus dem All nach Grußbotschaften von außerirdischen Zivilisationen – und zwar immer dann, wenn der Bildschirmschoner anspringt. Auch Nichtstun kann also produktiv sein! Die Idee, mit ungenutzten Computerressourcen anderswo dringend benötigte Rechenzeit bereitzustellen, hatte 1994 der Informatiker David Gedye aus Seattle. Denn für die Analyse der Radiodaten des SETI-Projekts SERENDIP besaßen David P. Anderson und Dan Werthimer von der University of California in Berkeley einfach nicht genug Rechenpower. Das Prozedere ist denkbar einfach: Man lasse sich auf der Homepage setiathome.ssl.berkeley.edu registrieren und lade ein 790 Kilobyte großes Programm herunter, das sich problemlos automatisch installiert – benötigt werden 32 Megabyte RAM. Ebenfalls übers Internet erhält man dann eine 350 Kilobyte große Arbeitseinheit, die der Computer nach artifiziellen Signalen durchsucht – dabei kann man sogar zuschauen. Diese Analyse dauert je nach Rechnerleistung insgesamt 15 bis 100 Stunden. Dabei entspricht jede Arbeitseinheit nur 107 Seku

Ist da draussen jemand?

Vorläufige Bilanz von SETI: Der Radiohimmel wurde inzwischen so genau durchmustert, dass wir sehr weit entwickelte Zivilisationen in der Milchstraße entdeckt haben müssten, wenn sie uns anfunken würden. Nicht so hoch technisierte oder weiter entfernte Sender, wenn es sie denn gäbe, haben wir bislang aber höchstwahrscheinlich übersehen. Von den SETI-Pionieren Nikolai S. Kardaschow und Carl Sagan stammt der Vorschlag, drei Typen extraterrestrischer Technologien anhand ihrer Strahlungsleistung für einen mutmaßlichen Rundumsender zu unterscheiden: Typ I bringt es auf 1016 Watt, was der Strahlungsleistung des gesamten Sonnenlichts entspricht, das auf die Erde trifft. Typ II ist zu 1027 Watt fähig, so viel wie die Sonne. Und Typ III kann sogar 1038 Watt leisten, so viel wie die Milchstraße – und liegt damit außerhalb des Diagramms. Mit dem Sender des Arecibo-Teleskops (knapp 1014 Watt) entspricht die Menschheit gerade einer Zivilisation vom Typ „0,7″.

Lasersignale… ? Vielleicht sind wir blind für Nachrichten aus dem All? US-amerikanische Forscher haben jetzt immerhin begonnen, die Augen aufzumachen. Seit den sechziger Jahren hat der Physik-Nobelpreisträger Charles Townes von der University of California, Berkeley, immer wieder vorgeschlagen, nach artifiziellen Lasersignalen Ausschau zu halten. Sie können Informationen viel effizienter übertragen als Radiowellen und werden in ihrer Frequenz vom interstellaren Gas und Staub auch nicht so stark aufgefächert. Ein gepulster, engbandiger Laserstrahl könnte das Licht des Heimatsterns seines Absenders in der verwendeten Wellenlänge um das Millionenfache übertreffen und binnen einer Minute viele hundert Nachbarsterne anleuchten. Selbst die Menschheit wäre technisch dazu bereits in der Lage. Die neuen Projekte laufen bei normalen Astro-Forschungen mit. Gestartet hat die Suche Paul Horowitz von der Harvard University mit einer Spezialkamera am 1,6-Meter-Teleskop des Oak Ridge Observatory, das bei 2500 Sternen nach möglichen Planeten fahndet. Dan Werthimer von der University of California in Berkeley beginnt demnächst ein ähnliches Projekt am Leuschner Observatory. Dort hat ein automatisches 76-Zentimeter-Teleskop ebenfalls 2500 Nachbarsterne im Visier. Werthimers Kollege Geoff Marcy, der zahlreiche Planeten bei anderen Sonnen entdeckt hat, durchsuchte seine Messungen bereits nach Laser-Signalen – ohne Erfolg. Horowitz will in wenigen Wochen ein neues 1,8-Meter-Teleskop am Oak Ridge Observatory ganz dem optischen SETI-Projekt widmen und mehr als die Hälfte des Himmels nach Lasersignalen absuchen.

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