SETI

SETI ist die Abkürzung für Search for Extraterrestrial Intelligence, deutsch Suche nach außerirdischer Intelligenz. Interstellare Reisen sind ein häufiges Thema in Science-Fiction-Romanen, die Hindernisse in der Realität sind allerdings zu groß. Eine alternative Methode den Weltraum zu erforschen ist die Himmelsbeobachtung durch Radioteleskope. Man erhofft sich dadurch Übertragungen einer Zivilisation eines fernen Planeten zu empfangen, allerdings gibt es auch hier zahlreiche Hindernisse.

Übersicht

Eine andere Zivilisation auf einem fremden Planeten zu besuchen wäre faszinierend, liegt momentan aber nicht im Bereich unserer Möglichkeiten. Wir können aber ein Kommunikationssystem mit starken Sendern und empfindlichen Empfängern aufbauen und damit den Himmel nach Signalen außerirdischer Kulturen absuchen, die ein ähnliches System verwenden.

Trotzdem ist SETI keine einfache Aufgabe. Unsere Galaxis (Milchstraße) hat einen Durchmesser von ungefähr 100.000 Lichtjahren und beinhaltet etwa 100 Milliarden Sterne. Den ganzen Himmel nach einem weit entfernten und schwachen Signal abzusuchen ist eine aufwendige Aufgabe.

Einige vereinfachende Einschränkungen sind sinnvoll, um die Aufgabe zu erleichtern. Erstens wird unterstellt, dass außerirdische Lebensformen in unserem Universum in der Mehrzahl auf Kohlenstoff-Chemie basieren würden, wie alle Lebensformen auf der Erde. Obwohl lebende Organismen sich auch aus anderen Atomen bilden könnten, bietet Kohlenstoff eine ungewöhnlich große Vielfalt zur Bildung von Molekülen.

Eine weitere Annahme ist, dass Leben flüssiges Wasser benötigt. Es ist ein einfaches Molekül und eine hervorragende Umgebung für die Entwicklung komplexer kohlenstoffbasierter Moleküle, die zur Entwicklung von Leben führen könnten.

Eine dritte Einschränkung ist, sich auf sonnenähnliche Sterne zu konzentrieren. Sehr große Sterne haben relativ kurze Lebenszeiten von nur einigen Millionen Jahren bis zu wenigen zehntausend Jahren(!), so dass intelligentes Leben auf den umliegenden Planeten sehr wenig Zeit für die Entwicklung hätte.

Andererseits ist die freigesetzte Energie sehr kleiner Sterne so gering, dass nur Planeten auf einer nahen Umlaufbahn als Kandidaten für Leben in Frage kämen. Die Lebenszeit eines solchen Sterns beträgt allerdings bis zu 200 Millarden Jahre(!). Durch die enge Umlaufbahn und die Wirkung der damit verbundenen starken Gezeitenkräfte ist die Eigenrotation solcher Planeten in der Regel sehr langsam oder in gebundene Rotation übergegangen. Die Folge ist ein ungünstiges, sehr starkes Temperaturgefälle (Beispiel: s. Merkur, Ausnahme: s. Venus).

Etwa 10% der Sterne unserer Galaxis sind sonnenähnlich und es gibt etwa 1.000 solcher Sterne in einer Entfernung von bis zu 100 Lichtjahren. Diese Sterne wären erste Ziele für interstellare "Lauschaktionen". Trotzdem kennen wir bisher nur einen Planeten auf dem sich Leben entwickelt hat: unseren eigenen.

Es gibt keine Möglichkeit zu überprüfen, ob die oben genannten Einschränkungen tatsächlich sinnvoll sind. Deshalb muss der gesamte Himmel nach Signalen abgesucht werden.

Den gesamten Himmel abzusuchen ist schon schwierig genug. Um eine Radioübertragung von einer außerirdischen Zivilisation zu empfangen, muss man die gängigsten elektromagnetischen Frequenzen absuchen, da man nicht weiß welche Frequenz die Außerirdischen nutzen könnten.

Da das Signal zur leichteren Detektion stärker als die Strahlung des Heimatsterns sein sollte, ist es nicht sinnvoll, ein starkes Signal über eine große Bandbreite von Wellenlängen zu übertragen, deshalb ist es wahrscheinlich, dass ein solches Signal auf einem relativ schmalen Frequenzband gesendet wird.

Das bedeutet, dass ein großer Frequenzbereich an jeder räumlichen Koordinate des Himmels abgesucht werden muss.

Ein weiteres Problem ist, dass man nicht weiß wonach man suchen muss. Die Modulation und Kodierung eines Signals von Außerirdischen ist schließlich nicht bekannt. Interessant sind sicherlich schmalbandige Signale, die stärker sind als das Hintergrundrauschen und konstant in ihrer Stärke. Ein regelmäßiges und komplexes Pulsmuster wäre ein Hinweis darauf, dass sie künstlich sind.

Es wurden Studien durchgeführt, wie man ein Signal sendet, das einfach entschlüsselt werden kann. Dennoch weiß man nicht, ob die Annahmen aus diesen Studien tatsächlich gültig sind. Das Entschlüsseln der Information eines außerirdischen Signals könnte sehr schwierig sein.

Die Identifizierung interstellarer Radiosignale ist aus einem weiteren Grund schwierig. Kosmische Strahlung und auch terrestrische Strahlungsquellen bilden einen gewissen Schwellwert für Signale, die wir noch als solche erkennen können. Um eine außerirdische Zivilisation orten zu können, die 100 Millionen Lichtjahre entfernt lebt und ihre Signale in alle Richtungen ausstrahlt, müsste diese einen sehr starken Sender benutzen. Seine Leistung müsste über 10¹² mal so stark sein wie die gesamte elektrische Leistung, die wir heute auf der Erde erzeugen.

Zu Zwecken der Kommunikation wäre es wesentlich effizienter, einen stark fokussierten Sender zu benutzen, dessen effektive Strahlungsleistung entlang des engen Sendestrahls sehr stark, außerhalb dieses Strahls aber praktisch nicht messbar wäre. Das Problem der Sendeleistung wäre damit zwar gelöst, doch ein neues käme hinzu: Man bräuchte viel Glück, um genau im Fokus des Senders zu sitzen. Es besteht auch die Hoffnung, dass außerirdische Zivilisationen die Erde bereits als bewohnten Planeten entdeckt haben und absichtlich Signale in Richtung Erde senden.

Nicht nur deshalb dürfte es schwer sein, einen solchen Strahl zu orten: Er könnte außerdem durch interstellaren Nebel blockiert werden, oder auch von Interferenzen überlagert und damit unlesbar werden. Ein ganz ähnlicher Effekt tritt mitunter auch beim Fernsehgerät mit terrestrischem Antennenempfang auf: Wenn die Fernsehsignale von einem Berg oder einem großen Objekt reflektiert werden und damit die Antenne auf zwei verschieden langen Wegen erreichen, so kommt es zu einer zeitversetzten Überlagerung.

Auf die gleiche Art könnte der gebündelte Kommunikationsstrahl einer weit entfernten Zivilisation von interstellaren Wolken abgelenkt oder "gebrochen" werden und damit unter den Einfluss von Interferenzen geraten, die das Signal schwächen oder gar unlesbar machen könnten.

Wenn interstellare Nachrichten über gebündelte Sendestrahlen ausgetrahlt werden, gibt es nichts, was wir von unserer Seite aus tun könnten, um mit diesen Problemen umzugehen - außer, uns der Problematik bewusst zu sein und mit eventuellen Störungen zu rechnen.

Die moderne SETI-Forschung begann mit einer Publikation der beiden Physiker Giuseppe Cocconi und Philip Morrison, welche 1959 in der wissenschaftlichen Presse veröffentlicht wurde. Cocconi und Morrison kamen darin zu dem Schluss, dass Mikrowellen-Frequenzen zwischen 1 und 10 Gigahertz am besten für die interstellare Kommunikation geeignet wären.

Unter 1 GHz beginnt die so genannte Synchrotronstrahlung (verursacht durch Elektronen, die durch galaktische Magnetfelder wandern) andere Strahlungsquellen zu übertönen. Über 10 GHz wirkt die Strahlung von Wasserstoff- und Sauerstoff-Atomen in unserer Atmosphäre störend auf eventuelle Signale ein. Selbst wenn außerirdische Welten völlig andere Atmosphären-Verhältnisse haben, machen Quanten-Effekte den Bau von konventionellen (elektrotechnischen) Empfängern für Signale über 100 GHz schwierig.

Besonders die untere Grenze dieses "Mikrowellen-Fensters" eignet sich gut zur Kommunikation: Es ist prinzipiell einfacher, Signale mit niedrigen Frequenzen zu senden und zu empfangen, als solche mit hohen. Die niedrigen Frequenzen sind auch wegen des Doppler-Effekts besser geeignet, welcher durch planetare Bewegungen verursacht wird. Dieser Effekt führt zu einer Änderung der Signalfrequenz im Laufe einer Übertragung, und zwar umso gravierender, je höher die Frequenz des ausgestrahlten Signals ist. Ein Grund mehr, eine möglichst niedrige Frequenz zu wählen.

Cocconi und Morrison kamen zu dem Schluss, dass die Frequenz von 1,42 GHz besonders interessant für eine interstellare Übertragung wäre: Diese Frequenz wird von neutralem Wasserstoff ausgestrahlt. Radioastronomen durchsuchen oft das All nach dieser Frequenz, um große Wasserstoff-Wolken zu lokalisieren. Würde man also eine Nachricht nah an dieser "Markierungs"-Frequenz senden, so würde dies die Chance einer zufälligen Entdeckung erhöhen. Da man nach spektral schmalbandigen Signalen sucht, kann man eine Verwechslung mit neutralem Wasserstoff ausschließen, weil dessen Strahlung durch die Temperaturbewegung eine hohe Dopplerverbreiterung (siehe dazu auch Spektrallinie) aufweist.

Neben der Suche nach Radiosignalen betreibt man in letzter Zeit verstärkt auch die Suche nach Signalen im sichtbaren Bereich und im nahen Infrarotbereich (Optical SETI). Man vermutet, dass Außerirdische sehr starke Laser für die Kommunikation über interstellare Distanzen verwenden könnten. Bei Licht im sichtbaren Bereich ist die benötigte Spiegel- bzw. Linsengröße, die man braucht, damit die emittierte Strahlung einem bestimmten Divergenzwinkel (halber Öffnungswinkel eines gedachten Strahlungskegels, innerhalb dessen sich der Großteil der Strahlung befindet) aufweist, kleiner als bei den langwelligeren Radiowellen. Dadurch sinkt zwar die Wahrscheinlichkeit, einen nicht absichtlich auf die Erde gerichteten Strahl zu detektieren, jedoch steigt die Stärke nahe des Strahlzentrums für eine bestimmte Ausgangsleistung. Die Suche nach diesen optischen Signalen erfolgt mit hochauflösenden Spektrographen, man versucht, sehr schmale Spektrallinien zu finden.

Radio-SETI Experimente

1960 begann Frank Drake von der Cornell Universität das erste moderne SETI-Experiment, das so genannte Projekt Ozma (benannt nach der Königin von Oz aus den Fantasy-Büchern von Frank L. Baum). Drake nutzte ein Radioteleskop mit einem Durchmesser von 25 Metern, um die beiden Sterne Tau Ceti und Epsilon Eridani nahe des 1,42-GHz-Bandes zu untersuchen. Er untersuchte ein 400-KHz-Band rund um die Marker-Frequenz und speicherte die Aufnahme auf Band, um sie später nach auffälligen Signalen zu durchsuchen. Die Untersuchung ergab jedoch keine besonderen Auffälligkeiten.

Siehe auch: SETI@home - SETI-Institut - Wow-Signal

Weblinks

• SETI Institut
• SETI@home
• Columbus Optical SETI