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SETI@HOME Búsqueda de vida inteligente
SETI@HOME Búsqueda de vida inteligente

¿ Cómo funciona SETI@home ?
Escrito por Ron Hipschman



El Problema — Montañas de Datos

 

Muchos de los proyectos SETI que existen hoy, incluido esos en grandes computadoras de la UC Berkeley, analizan datos de telescopios en tiempo real. Ninguno de esos computadores busca demasiado profundo en los datos de señales débiles y tampoco buscan en un gran número de tipos de señales (de las que hablaremos luego...). La razón para que así sea es que están limitados por la cantidad de "potencia de proceso" disponible para análisis de datos. Para investigar todas las señales débiles se necesita una gran cantidad de proceso por computador. Se necesitaría un monstruoso supercomputador para realizar este trabajo. Los programas SETI nunca se podrían permitir construir, o comprar, esa potencia de proceso. Pero hay algo que pueden hacer. En vez de un computador enorme haciendo el trabajo, podrían usar un computador pequeño aunque necesitara más tiempo conseguirlo. Pero entonces los datos se irían amontonando. Y que pasaría si usaran MUCHOS computadores pequeños, trabajando simultáneamente en diferentes partes del análisis? Donde puede el equipo SETI probablemente encontrar los miles de computadores que necesitarían para analizar los datos que llegan continuamente desde Arecibo?

El equipo SETI de la UC Berkeley ha descubierto que ya hay miles de computadores que podrían estar disponibles. Muchos de estos computadores pasan la mayor parte del tiempo viendo cruzar tostadoras a través de sus pantallas sin realizar absolutamente nada y consumiendo electricidad. Aquí es donde SETI@home (y usted!) aparecen. El proyecto SETI@home espera convencerle de que nos permita tomar prestado su computador mientras usted no lo use y nos ayude en la "…búsqueda de nuevas formas de vida y civilizaciones." Conseguimos esto con un protector de pantalla que coge un "trozo" de datos de nuestro servidor a través de internet, analiza los datos, y entonces nos devuelve los resultados. Cuando usted necesite de nuevo su computador nuestro protector de pantalla desaparece de inmediato y sólo continua con el análisis cuando usted acabe su trabajo.

Es un trabajo interesante y difícil. hay tantos datos que analizar que parece imposible! Afortunadamente, el trabajo de análisis de datos se puede romper fácilmente en pequeños trozos que pueden trabajar separadamente y en paralelo. Ninguno de estos trozos depende de los demás. También, hay solo una parte del cielo que se puede observar desde Arecibo. En los próximos dos años todo el cielo que puede observar el telescopio será "escaneado" tres veces. Creemos que será suficiente para este proyecto. Cuando hayamos examinado el cielo 3 veces, habrá nuevos telescopios, nuevos experimentos, y nuevos enfoques de SETI. ¡¡Esperamos que puedas participar en ellos también!!

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Segmentando los datos

Los datos son grabados en cintas de alta densidad en el telescopio de Arecibo en Puerto Rico, ocupando unos 35 Gbytes de cinta DLT por día. Como Arecibo no tiene conexión a Internet de banda ancha, la cinta tiene que ir por mensajero a Berkeley. Allí los datos se dividen en segmentos de 0.25 Mbytes (A los que llamamos unidades de trabajo o "Work-Units") Estas se envían desde el servidor de SETI@home a través de internet a la gente de todo el mundo para que las analicen.

Sección extra: Como se segmentan los datos>

SETI@home busca en 2.5 Mhz de datos, centrados a 1420Mhz. Esto es aún demasiado para enviárselo a usted para analizar, así que rompemos el espacio del espectro en 256 partes, cada una de 10 Khz ( bueno, 9766 Hz, pero simplificamos para realizar cálculos de manera más fácil). Esto se hace con un programa llamado splitter. Estas parte de 10 kHz son más manejables por su tamaño. Para grabar señales hasta 10 kHz se tienen que grabar los bits a 20,000 bits por segundo (kbps). (Esto se llama frecuencia Nyquist). Enviamos unos 107 segundos de estos datos de 10 kHz (20kbps). 100 segundos a 20,000 bits equivale a 2,000,000 bits, aproximadamente 0,25 megabytes dado que hay 8 bits por byte. De nuevo, llamamos a este trozo de 0.25 megabytes Unidad de trabajo ("Work-Unit"). También enviamos mucha información adicional sobre las unidades de trabajo, así que en total salen unos 340k de datos.

Enviándole los datos

SETI@home sólo se conecta cuando transfiere datos. Estos sólo sucede cuando el salvapantallas ha terminado de analizar la unidad de trabajo (WU) y quiere enviar los resultados (y tomar otra unidad). Sólo hacemos esto con su permiso y le permitimos controlar cuando se conecta su computador a nosotros, o le damos la opción de configurarlo para que el salvapantallas se conecte automáticamente cuando termine de analizar la unidad. La transmisión de datos es inferior a 5 minutos con la mayoría de los módems actuales y desconectamos una vez los datos se han transferido.

Hacemos un seguimiento de las unidades aquí, en Berkeley, en una gran base de datos. Cuando nos devuelven las unidades, se vuelven a introducir en la base de datos y se marcan como "realizadas". Nuestros computadores buscan una nueva unidad para que usted las procese y se la envían, marcándola como "en proceso" en la base de datos. Enviamos cada unidad varias veces para asegurarnos de que la unidad ha sido procesada correctamente. Incluso los computadores pueden tener errores de vez en cuando. Si no es capaz de completar una unidad, o su computador se estropea y pierde el resultado, no se preocupe : Los datos no se pierden

¿Que busca SETI@home?

Así que .. ¿Que es lo que usted va a hacer por nosotros? ¿Que estará buscando exactamente en los datos? La manera más fácil de contestar esta pregunta es preguntarse que es lo que esperamos que envíen los extraterrestres. Esperamos que ellos quieran enviarnos una señal de la manera mas eficiente posible para ELLOS y que nos permita fácilmente a NOSOTROS detectar el mensaje. Ahora, vemos que enviar ese mensaje en muchas frecuencias no es eficiente. Se necesita mucha energía. Si se concentra la energía del mensaje en un rango muy estrecho de frecuencias (banda estrecha) la señal es más fácil de diferencial del fondo ruidoso. Esto es especialmente importante si asumimos que están bastante lejos y que su señal será muy débil cuando nos llegue a nosotros. Así que no vamos a buscar una señal de banda ancha (esparcida en muchas frecuencias), buscamos un mensaje en una frecuencia muy especifica, El protector de pantallas de SETI@home actúa como si sintonizara su radio en varios canales y mirara a la señal de potencia. Si el indicador sube, eso llama nuestra atención.

Otro factor que ayuda a descartar señales locales (provenientes de la tierra o de satélites) es que las fuentes locales son mas o menos constantes. Mantienen su intensidad a través del tiempo. Por otra parte, el telescopio de Arecibo está en una posición fija. Cuando SETI@home está en funcionamiento, el telescopio no sigue las estrellas. Debido a esto, el cielo "pasa" a través del foco del telescopio. Normalmente un objetivo tarda 12 segundos en atravesar el foco del disco. Por eso esperamos que la señal se vuelva más fuerte y luego más débil durante ese periodo de 12 segundos. Como buscamos una señal "gaussiana" de 12 segundos, le enviamos unos 100 segundos de datos. También permitimos que las unidades se solapen un poco y así no nos perdemos una señal importante por haberla cortado antes en el análisis.

Vea la sección de RFI( Interferencia de Frecuencia de Radio) para mas detalles.

 

Veamos algunos ejemplos. Si tiene RealAudio, puede escuchar simulaciones de como debería sonar (Aunque recuerde que son señales de radio, no de ondas…)

 


 

Pulse en el gráfico para sonido RealAudio

Este gráfico muestra el tiempo progresando a través del eje X horizontal. El eje vertical Y representa la frecuencia, o pico, de la señal. Aquí puede ver una señal de banda ancha. Muchas frecuencias y todas mezcladas. Observe que la señal comienza débil a la izquierda y se vuelve mas fuerte (brillante), alcanzando el máximo en el centro del gráfico 6 segundos después, desvaneciéndose en los siguientes 6 segundos. Esto es lo que esperaríamos de una señal extraterrestre cuando pasa delante del telescopio. Desgraciadamente, no buscamos señales de banda ancha. Es probablemente el aspecto de una señal proveniente de una estrella u otra fuente astronómica natural. Rechazamos las señales de banda ancha.

Esta se parece más a lo que andamos buscando. Aquí puede ver que la señal es mucho mas estrecha en el rango de frecuencias. También se vuelve más fuerte y más débil durante los 12 segundos. No sabemos como será de estrecha la banda, así que comprobaremos diferentes anchos de banda.


 

Pulse para sonido RealAudio


 

Pulse para sonido RealAudio

Si nuestros amigos estelares intentan poner información en su señal (probablemente), entonces la señal seguramente mostrará pulsos. también tenemos que comprobarlos.

Debido a la rotación de los planetas, el transmisor extraterrestre y nuestro telescopio se mueven en caminos circulares alrededor del eje de sus planetas. Este movimiento muestra un pequeño cambio en la velocidad relativa durante la observación. Debido a esto, hay una especie de "efecto doppler" o cambio de frecuencia, de la señal debido a los movimientos relativos. Esto puede causar que la señal suba o baje ligeramente durante los 12 segundos. Les llamamos señales "chirriantes". También las comprobamos.


 

Pulse para sonido RealAudio


 

Pulse para sonido RealAudio

Por supuesto también comprobamos las señales con efecto doppler (chirriantes) que contienen pulsos !!!



Sección Extra : Mas detalles del análisis

El software de SETI@home busca señales 10 veces más débiles que la busqueda de SERENDIP IV en Arecibo, porque utiliza un algoritmo intensivo llamado "integración coherente". Nadie más (incluido el proyecto SERENDIP) tiene el poder de computación para utilizar este método. Su computador realiza transformaciones integrales de los datos, buscando señales fuertes en varias combinaciones de frecuencias, anchos de banda, y grados de desplazamiento. los siguientes pasos se realizan en cada una de las unidades que usted analiza.

 

Observemos primero la parte de cálculo más intensivo. El primer trabajo es eliminar todos los efectos de la aceleración doppler. A la máxima resolución, tenemos realizar esto un total de 20.000 veces, de -10 Hz/seg a +10hz/seg en pasos de 0.002 Hz seg. En cada escala los 107 segundos ajustados, y divididos en 8 bloques de 13.375 segundos cada uno. Cada bloque de 13.375 es examinado con una banda de 0.07 hz en busca de picos (Son 131,072 tests (frecuencias) por cada bloque en cada escala) Esto es MUCHO cálculo! En este primer paso, su computador realiza 200 billones de cálculos! Hacemos algunos tests entre 10Hz/seg y 50 Hz/seg

No hemos acabado, tenemos que realizar test de bando de ancha también. El siguiente paso dobla el ancho de banda a 0.15 hz. Sólo tenemos que examinar la cuarta parte ahora debido al incremento del ancho de banda. Terminamos de realizar la cuarta parte del trabajo que habíamos realizado a la máxima resolución , unos 50 billones de cálculos. Casi nada ...

El siguiente paso dobla el ancho de banda de nuevo (de 0.15 a 0.3 Hz) y de nuevo reduce una cuarta parte. Este paso (y los sucesivos) supone siempre la cuarta parte del paso anterior. En este caso sólo 12.5 billones de cálculos. Esto continua durante un total de 14 doblamientos de ancho de banda(0.07, 0.15, 0.3, 0.6, 1.2, 2.5, 5, 10, 20, 40, 75, 150, 300, 600, y 1200 Hz) hasta llevarnos al gran total de más de 275 billones de operaciones en los 107 segundos de datos. Como puede ver la mayor parte del trabajo se realiza en la banda más estrella (sobre el 70% del trabajo)

Finalmente, señales que muestran una fuerte potencia en algunas combinaciones particulares de frecuencia. ancho de banda y doppler son sometidas a un test de interferencia terrestre. Sólo si la potencia sube y después baja en un periodo de 12 segundos (El tiempo que tarda el telescopio en pasar por un punto del cielo) la señal se puede ser probablemente considerada como de origen extraterrestre. Los Spikes (Señales de ardio muy cortas) que sobrepasan el umbral de lo normal también son grabadas.

Encontrando señales con pulsos

Todo el trabajo mencionado se realiza paar encontrar una señal extraterrestre continua - una que este siempre "encendida", o pulsos intensos. ¿Que pasa si nuestros amigos alienígenas intentan enviar la señal con una serie de pulsos regularmente espaciados? Esto significa que debemos también buscar una señal que varia regularmente su potencia a través del tiempo. SETI@home realiza dos tests. Una de estas pruebas busca pulsos "trillizos", o tripletes, que son relativamente fuertes. La otra busca para muchos pulsos regularmente espaciados, aunque débiles.

La prueba de los tripletes es muy sencilla. Para cada franja de frecuencia en el espectro, el computador busca pulsos que estén por encima de un valor. Este valor es lo suficientemente razonable como para revelar cierto número de pulsos, sin saturarnos con demasiado ruido que haría inútiles nuestros cálculos. Para cada par de pulsos por encima de ese valor, el salvapantallas busca otro exactamente en medio. Si encuentra uno, el salvapantallas lo registra y envía los datos a Berkeley. El salvapantallas realiza esto de una manera inteligente, así que no necesita repetirse en TODOS los pares. Recuerde que debe de realizar la operación en TODAS las franjas de frecuencia de su muestra de 10 Khz.!

El segundo método de detección de pulsos es un poco mas complicado. El equipo SETI@home lo desarrollo exclusivamente para este propósito. Se llama "algoritmo de plegado rápido". De nuevo realizamos este análisis en cada franja de frecuencias de su unidad de 10Khz. Este método se diseño para detectar muchos pequeños pulsos repetitivos en los datos. Estos pequeños pulsos pueden ser tan débiles que se pierdan entre el ruido y ser indetectables. Empezamos seleccionando una frecuencia de los datos a examinar. Ahora buscamos la potencia en el tiempo de los pulsos. El salvapantallas divide los datos en trozos de igual tamaño y los añade todos juntos. Si el tamaño del trozo de tiempo es igual (o múltiplo de) al periodo de los pulsos, todos los pulsos añaden uno encima del otro y veremos los pulsos crecer en el ruido. la parte difícil es adivinar el tamaño correcto de tiempo. Como no tenemos idea de la frecuencia en la que deberían estar los pulsos, debemos intentar TODOS los periodos de tiempo. De nuevo el algoritmo realiza esto de manera que no repite el trabajo ya realizado. Si se encuentran pulsos repetitivos, se almacenan y se envían a Berkeley.

¿Cuanto tiempo llevan estas operaciones? Como media, un computador casero actual debe utilizar entre 10 y 50 horas para completar una unidad. Suponiendo que el computador SOLO funcione con SETI@home

Dependiendo del como se mueva el telescopio cuando se grabe la unidad, su computador realizará entre 2.4 trillones y 3.8 trillones de operaciones matemáticas (flops o operaciones de coma flotante en términos técnicos) hasta completar su trabajo.

Ahora ya sabe porque necesitamos su ayuda!

¿Que pasa si mi computador descubre Extraterrestres? ¿Que sucede?

Antes de llegar a la parte de "que sucede", le tenemos que explica más sobre "que pasa si". Una de las cosas más importantes que deben saberse sobre estos datos y los resultados de su análisis es que hay MUCHAS fuentes de señales de radio. Muchas se producen aquí en la tierra. Emisoras de TV, radar, y otros transmisores de microondas. Los satélites y otros objetos astronómicos también son fuentes. hay también "señales de prueba" que son insertadas intencionadamente en el sistema para que el equipo de SETI@home confirme que el hardware y el software funcionan perfectamente en todos los puntos del sistema. El radiotelescopio de Arecibo recoge las señales y las envía felizmente a su salvapantallas. Al radiotelescopio no le importan estas señales de la misma manera que a su oído no le importa que sonidos recoge. Su salvapantallas va a filtrar las señales en busca de cualquier fuente que sea mas "alta" que el fondo y que suba y baje durante 12 segundos - el tiempo que el telescopio pasa por un punto del cielo.

Cualquier señal cualificada se envía al equipo SETI@home de Berkeley para un análisis completo. El equipo de SETI@home mantiene una gran base de datos de fuentes conocidas de Interferencias de Frecuencias de Radio (RFI). La base de datos se actualiza constantemente. En este punto el 99.9999% de todas las señales que su salvapantallas detecta son desechadas por las RFI. Las señales de prueba también se eliminan en este punto.

Las señales que todavía permanecen son comprobadas con otra observación de la misma parte del cielo. Esto puede llevar unos 6 meses ya que SETI@home no tiene el control del telescopio. Si la señal se confirma, entonces el equipo SETI@home solicitara que se le dedique un tiempo en exclusiva del telescopio para reobservar los candidatos interesantes.

Si la señal se observa 2 o más veces, y no es RFI o una señal de prueba, el equipo de SETI@home solicita a otro grupo que realice la observación. El otro grupo usará distintos telescopios, receptores, computadores, etc. Con esto esperamos eliminar un posible fallo de nuestro equipo de del código del programa (o un estudiante inteligente gastando una broma...) Junto con el otro equipo SETI@home realizara medidas de interferomitría (se necesitan dos observaciones separadas a gran distancia). Con esto confirmamos que el origen de la señal está a distancias interestelares.

Si se confirma, SETI@home hará un anuncio mediante un telegrama a la IAU (Unión Astronómica Internacional). Es el método estándar de informar a la comunidad astronómica descubrimientos importantes. El telegrama contiene toda la información importante (frecuencia, ancho de banda, localización en el cielo, etc.) que sea necesaria para que otros grupos confirmen la observación. La(s) persona(s) que encuentran la señal con su salvapantallas serán nombradas co-descubridoras junto con los miembros del equipo SETI@home. En este punto todavía no estaremos seguros de si la señal fue originada por una civilización inteligente o quizás por un nuevo fenómeno astronómico.

Toda la información sobre el descubrimiento se hace publica, probablemente a través de la web. ningún país o persona tendrá permitido usar la frecuencia en la que se observe la señal. Como el objeto ascenderá y se ocultará desde cualquier localización, se necesitarán observaciones de radiotelescopios alrededor de todo el mundo. Este será, necesariamente, un esfuerzo multinacional. toda la información se hará publica.

La Declaración de Principios Referente a Actividades de Detección de Inteligencia Extraterrestre oficial se puede leer en este enlace.

Debido a este protocolo, es importante que los participantes en el proyecto SETI@home no se exciten cuando vean señales en su pantalla y hagan sus propios llamamientos a la prensa. Esto podría dañar la imagen del proyecto. Es importante mantener la calma mientras el computador analiza los datos. Todos esperamos ser los que ayudemos a recibir la señal de alguna civilización extraterrestre "llamando a casa".

 

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