Por Marcelino Alvarez Villarolla   marcel@arrakis.es

 

Resumen:  Programa para participar en el proyecto SETI (Búsqueda de inteligencia extraterrestre)

 

Ficha:

Nombre ..... : Seti@home

Archivo .... : Freeware

Idioma ..... : Inglés

Licencia ... : no se necesita

Plataforma . : Win95/ 98/ NT/ Mac/ Unix/ OS/2

Valoración . : *****

Descarga ... : http:// www.setihome.com

Título       : BÚSQUEDA DE INTELIGENCIA EXTRATERRESTRE

 

  DESCRIPCIÓN:

 

“SETI@home es un experimento científico que aprovecha el potencial de cientos de miles de computadoras conectadas a Internet para la búsqueda de inteligencia extraterrestre (SETI). Puede participar ejecutando un programa que descarga y analiza datos de un radiotelescopio. Existe una pequeña pero fascinante posibilidad de que su computadora detecte un tenue murmullo de una lejana civilización...”

 

 

Así  anuncia la propia página Web de SETI@home, el objetivo para el que ha sido creada, y el premio que le puede tocar a cualquiera de los cientos de miles de participantes, uno de los cuales soy yo mismo desde hace más de seis meses... aunque todavía no he descubierto nada.

 EL PROYECTO

Como continuación a un programa previo de estudio de las señales de radio procedentes del espacio exterior (el proyecto Serendip), se pensó que si en lugar de utilizar grandes ordenadores para estudiar una señal de radio, se utilizaran al menos 100.000 pequeños PC,s para realizar la misma tarea, el tiempo utilizado se reduciría en la misma proporción. Como una sola Universidad no disponía de tal cantidad de aparatos, la única solución posible, era dividir las señales en pequeños lapsos de tiempo, y enviar cada uno de ellos a voluntarios que quisieran utilizar sus ordenadores caseros en estudiar y analizar cada uno de los “trozos”, y enviar el resultado. De esta forma, nació el proyecto. En 1996,  David Gedye, junto con Craig Kasnoff, concibió la idea de SETI@home y formó el equipo inicial del proyecto. Se desarrolló un plan que recibió un amplio soporte académico en la Quinta conferencia internacional de bioastronomía de julio de 1996. En 1997 se desarrolló el código de análisis de la señal y los prototipos del software del cliente y del servidor. 1998 estuvo dedicado a recaudar fondos hasta que en septiembre se empezó a trabajar en el sistema de grabación de datos y en la versión final de software de cliente. En noviembre se grabaron los primeros datos, y se realizaron  pruebas del software.  De enero  a marzo de 1999 se realizaron nuevas  pruebas del software de cliente, se depuraron diversos errores y se desarrolló también  la versión final del software del servidor. A partir del mes de abril, se lanzó el sitio Web, y se comenzaron a recibir suscripciones para analizar los datos que se habían recogido en el radiotelescopio de Arecibo.  Durante el 2000 y el 2001 actual, el experimento está en pleno apogeo, habiendo conseguido unas cifras de horas de trabajo, que asustan, puesto que la participación ha sido masiva, tanto por parte de particulares, como de asociaciones astronómicas, como de empresas colaboradoras.

Algunas de las estadísticas son las siguientes:

Usuarios...... 2.739.477

Resultados recibidos...... 280.989.140

Tiempo total de Procesador ..... 550.997 años

Operaciones en Coma flotante..... 6.803810e+20 (más de 680 trillones de cálculos).

 Algunos de los usuarios han analizado más de 30.000 envíos de información. Yo sólo he podido colaborar con  4 modestas unidades y cerca de 300 horas de trabajo.

 

  EL PROGRAMA

El software de cliente, se ha planteado como un programa que pueda trabajar en los tiempos muertos que tienen todos los ordenadores, de forma que cuando no moleste ni interfiera en la actividad normal del usuario, se ponga a trabajar “en la sombra”. Es decir, que si en lugar de utilizar un salvapantallas normal se utiliza SETI@home,  podremos colaborar con el proyecto casi sin darnos cuenta.  El protector de pantalla SETI@home es un programa científico complejo. Ejecuta una gran cantidad de operaciones matemáticas con los datos que se han obtenido del proyecto SETI de Berkeley. Lo que aparece en la pantalla es solamente un breve resumen de lo que está pasando dentro del ordenador.

 

 

Puede dividirse en cuatro áreas principales:

INFORMACIÓN DEL USUARIO

INFORMACIÓN DE LOS DATOS

ANÁLISIS DE LOS DATOS

GRAFICO FRECUENCIA-TIEMPO-POTENCIA

Pasando a continuación a detallar cada uno de los apartados.

 

  INFORMACIÓN DEL USUARIO

Esta sección muestra información sobre la persona que procesa el bloque de datos. Se muestra el nombre de la persona,  el número total de unidades procesadas, y el tiempo de computación que su ordenador utilizó para el análisis. Este tiempo es solamente el tiempo que estuvo activo el protector de pantalla, no el total que la máquina estuvo enchufada.

 

 

  INFORMACIÓN DE LOS DATOS

 Esta sección contiene información sobre la unidad de trabajo con la cual se está trabajando. Es muy importante para obtener resultados fiables, conocer detalles exactos de estos datos para poder administrarlos en la base de datos. Si se encuentra una señal, nos permitirá volver a este lugar en el cielo y  reexaminar la parte correcta del espectro para controlar los resultados.

 

¿Donde estoy mirando?.

La primera línea de esta sección de la pantalla indica la ubicación en el cielo donde se capturó la señal. Este es la dirección hacia la cual estaba apuntando el telescopio. En la Tierra, se necesitan dos datos, longitud y latitud, para localizar un sitio en la superficie. De la misma forma, en el cielo, se necesitan dos coordenadas para encontrar un objeto en la 'esfera celeste'. En el cielo, estas coordenadas son llamadas ascensión recta  y declinación.  La Declinación arranca de 0 grados en el ecuador  celeste,  y  va aumentando hasta  90º  hacia el norte y –90º hacia el sur. La ascensión recta se mide en un sólo sentido, siempre hacia el Este, y se mide en horas, minutos, y segundos en lugar de grados. En total hay 24 horas, subdivididos en 60 minutos, y cada minuto en 60 segundos. Esta decisión coordina el 'movimiento del cielo' con la rotación de la Tierra. Se puede encontrar la región del cielo de la que fueron tomados los datos, observando su Ascensión Recta, y su Declinación en la primera línea, y buscando estas coordenadas en un mapa estelar. Como el Radiotelescopio de Arecibo puede ver solamente 1/3 del cielo ya que es fijo, y puede cambiar la dirección de recepción en un rango limitado, la búsqueda SETI@home está limitada a declinaciones de  0 a 35 grados norte.

El ancho del haz de recepción del telescopio es alrededor de 1/10 de grado, y en el lapso de 107 segundos de recolección de datos de su unidad de trabajo, el telescopio cubre unos 0.6 grados del cielo. Sus datos cubren entonces un área rectangular del cielo de 1/10 grados de alto por 6/10 grados de ancho.

 

¿Cuando estaba mirando?.

La segunda línea de la sección 'Data Info'  indica cuando se registró la unidad de trabajo. La hora está dada en GMT (Greenwich Mean Time). Este es la hora oficial en el reloj del Observatorio Real de Greenwich en Inglaterra con una longitud de 0 grados. Los astrónomos utilizan todos este patrón para evitar confusión con las zonas horarias en todo el mundo. Los datos corresponden a 107 segundos centrados en este hora.

 

¿Qué telescopio estaba usando?.

La siguiente línea  indica la fuente de los datos, en este caso el Observatorio de Radio de Arecibo. Exceptuando algún desastre natural que podría destruirlo, no es probable que se modifique esta línea.

 

¿Qué frecuencia estoy analizando?.

La última línea  indica la frecuencia base de los datos que está analizando. SETI@home mira a una banda en el espectro de radio con un ancho de 2,5 MHz. El proyecto SETI@home divide esta banda ancha en bloques más manejables, con un ancho de unos 10 kHz cada uno (actualmente 9765 Hz). Ésto significa que cada 107 segundos de datos registrados para SETI@home realmente producen 256 bloques de datos!. El número de la frecuencia base indica dónde (en los 2,5 MHz de la banda observada) está ubicada su banda de 10 kHz.

Combinando todas las líneas, se puede saber desde dónde en el cielo, cuándo, en qué frecuencia, y cuál es la fuente de los datos. En resumen, todo lo que se necesita saber para identificar en forma única  la unidad de trabajo que  fue enviada.

 

 ANÁLISIS DE LOS DATOS

Éste es el lugar donde está la acción. Mientras que las otras dos áreas de textos permanecen invariables por el período del procesamiento de datos, esta sección se actualiza dinámicamente durante el trabajo del ordenador. Esta sección contiene una gran cantidad de información sobre qué es lo que está pasando en la máquina en este momento, cuando está procesando los datos de la unidad de trabajo

.

 

¿Qué es lo que hace el protector de pantalla EN ESTE MOMENTO?.

La línea superior indica qué está haciendo el programa actualmente. Puede indicar una de varias actividades: las mencionaremos abajo, con una descripción.

Scanning Result Header File (Búsqueda de la cabecera del fichero de resultados)

Cuando se inicia SETI@home automáticamente (o manualmente), el protector de pantalla tiene que reconstruir de alguna forma el punto donde dejó en los cálculos. Para encontrar esta información tiene que leer un archivo que almacena en el disco duro. El protector de pantalla  reinicia su trabajo en el punto exacto donde había terminado anteriormente, mostrando todos los datos en la pantalla.

Connecting To Server  (Conectando con el servidor).

Si ve esta frase, el protector está intentando conectarse con el servidor de datos SETI@home.

Receiving Data  (Recibiendo datos).

El servidor de datos SETI@home le está enviando datos. Se envían unos 350 KBytes de datos reales del telescopio y alrededor de 1Kb de información que describe los datos (fecha/hora de la toma, origen en el cielo, frecuencia base de la unidad de trabajo, etc...). Esta actividad no tomará demasiado tiempo de la conexión de Internet (menos de 4 minutos para un modem de 28.8 KBaud).

 

Doing Baseline Smoothing  (Eliminando asperezas).

Al recibir una nueva unidad de trabajo del servidor en Berkeley, las señales de todo tipo están mezcladas con la información. Estamos únicamente interesados en señales de banda estrecha. Estas señales de banda estrecha son las que creemos que una civilización extraterrestre usaría para comunicarse. Por otro lado, las señales de banda ancha son las que más probablemente se deben a procesos naturales astronómicos. Para rechazar estas señales de banda ancha, el protector de pantalla hace una suerte de 'promedio' de los datos que eliminan este ruido de banda ancha, y que traslada las señales de banda estrecha hacia arriba (o abajo). También, a lo largo del período de 107 segundos, la señal a veces aumenta o disminuye. El filtrado de la línea de base trata de regularizar los niveles. Esta es la primera cosa que se hace con la unidad de trabajo y normalmente se hace una sola vez. Una barra de progreso aparece a la derecha para indicar el avance del filtrado.

 

Computing Fast Fourier Transform (Calculando las transformadas rápidas de Fourier).

Éste es la parte donde se realiza todo el trabajo. Los datos que  fueron enviados desde el telescopio representan una señal que varía con el tiempo - como una línea en el osciloscopio que varía en respuesta a la voz recibida por un micrófono. En este caso (el del osciloscopio) el tiempo está indicado a lo largo del eje horizontal de la pantalla y las vibraciones del aire en sentido vertical. La señal 'cruda' del telescopio no nos es muy útil. Lo que nos interesaría es ver si existe algún 'tono' constante (y fuerte). Nos interesaría más ver un gráfico que indique la frecuencia a lo ancho de la pantalla y la potencia en sentido vertical. Cualquier pico en el gráfico representaría una señal fuerte en una frecuencia determinada.

Para convertir una tabla de datos medidos en tiempo, en un conjunto de datos de frecuencias, aplicaremos una operación matemática relativamente compleja llamada 'Transformada de Fourier Rápida' (FFT).

El resultado de este procesamiento es el gráfico producido en la parte inferior del protector de pantalla. Hay que hacer notar un par de cosas interesantes sobre la FFT. En el principio de la unidad de trabajo, se hacen 15 FFTs, cada una mirando a los datos con una precisión diferente. Se empieza por mirar a detalles tan pequeños como anchos de banda de 0,07 Hz. Siempre hay compromisos cuando se hace este tipo de análisis: si se quieren obtener datos muy precisos en frecuencia, se  necesita observar las señales por más tiempo. Con una resolución de 0,075Hz, tenemos que usar bloques de datos de 13,42 segundos de largo. Para analizar completamente la muestra de 107 segundos, haremos 8 de estas operaciones FFT. Al reducir la resolución a 0,14 Hz, necesitamos solamente una muestra de 6,7 segundos. Ahora tenemos menos resolución en frecuencia, pero más resolución en tiempo. Tenemos que hacer dos veces más operaciones FFT para cubrir los 107 segundos de datos!. En total operamos con 15 resoluciones de frecuencia diferentes (0,075  0,15  0,3  0,6  1,2  2,5  5  10  20  40  75  150  300  600  y 1200 Hz). Cada vez que se divide la resolución por 2, se duplica la cantidad de operaciones FFT para cubrir los 107 segundos. La cantidad de cálculos es impresionante!. De nuevo, la barra de progreso aparece a la derecha para indicar el avance del ordenador en cada conjunto de FFT.

Chirping Data (Rebuscando entre los datos)

Es muy improbable que el planeta origen de la señal esté fijo con respecto a la Tierra. La humanidad está ubicada sobre un planeta giratorio, que a su vez circula alrededor del sol, que también a su vez está orbitando alrededor del centro de la Vía Láctea. Podemos asumir que nuestros amigos extraterrestres están en una posición similar.

Todos estos movimientos producen un efecto interesante sobre cualquier señal emitida o recibida en un planeta en movimiento. Este efecto es el efecto Doppler. Eso es lo que ocurre, cuando se escucha la bocina de un automóvil al pasar. La frecuencia (o tono) del sonido cambia instantáneamente al pasar.

Nuestros amigos remotos no estarán utilizando la bocina, pero envían ondas (electromagnéticas). Sus señales son distorsionadas por los movimientos mutuos de nuestros sistemas, en una forma muy similar al sonido de las bocinas. Para eliminar este efecto, el protector de pantalla SETI@home analiza los datos muchas veces intentando diferentes aceleraciones Doppler. En la realidad, el protector primero toma los datos crudos y 'deshace' una determinada aceleración Doppler. Luego alimenta los datos 'desacelerados' a las rutinas FFT. SETI@home intenta de hacer este proceso en muchos puntos entre -10Hz/segundo y +10Hz/segundo. En la resolución más alta en frecuencia (0,075Hz), se controlan 5409 diferentes aceleraciones en el rango entre -5Hz/seg y +5Hz/seg!.

 

Doing Curve Fitting (adecuando las curvas).

Como explicamos brevemente en la sección sobre FFT, cuando la resolución de frecuencia es menor, la resolución de tiempo aumenta. Cuando la resolución  de tiempo es suficiente, podemos mirar a los datos para ver si las señales aumentan o disminuyen en intensidad en los 12 segundos que necesitan para pasar por la apertura del telescopio. Ésto es una herramienta excelente para determinar si las señales vienen de 'Ahí afuera' o son simplemente el resultado de alguna interferencia terrestre. Una señal del último tipo no se modificaría justamente al ritmo de 12 segundos. El proceso de ajuste controla si la señal aumenta y disminuye sobre este período de 12 segundos. La prueba se aplica solamente en resoluciones de frecuencia menores de 0,59 Hz.

Para buscar correctamente estas 'curvas gaussianas' de 12 segundos, los 107 segundos de datos repiten 15 segundos de los intervalos adyacentes. De esta forma nos aseguramos que no perdemos una señal importante al separar los datos en bloques. El motivo de la forma 'gaussiana' es que éste es la  que corresponde con la apertura de la antena del radiotelescopio.

Ésto termina la primera línea en el panel de análisis de datos. Qué tal?

Doppler Drift Rate (Relación de desplazamiento Dossier)

La segunda línea en el panel de análisis de datos contiene la velocidad de 'desplazamiento Doppler'. Las primeras pruebas se realizan asumiendo una velocidad de 0Hz/segundo. Estas señales inmóviles son más, probablemente, fuentes de interferencia radioeléctrica (RFI) de emisoras terrestres. En las velocidades de -5Hz/segundo a +5Hz/segundo, calculamos todas las FFT para las 15 resoluciones de frecuencia, para cada paso de 0,002Hz/segundo en la velocidad Doppler. En los rangos de entre +10Hz/s y +5Hz/s y entre 5Hz/s y 10Hz/s analizamos cada 0,007Hz/s para el efecto Doppler y saltamos la resolución más fina de 0,075Hz.

 

Frequency Resolution (Resolución de la frecuencia).

La tercera línea muestra la actual resolución de frecuencia (ancho de banda) que se está utilizando en los cálculos. La mayor parte del tiempo se calculan FFTs con resolución de 0,075Hz. Cada 4 FFTs se hace una con una resolución de 0,14Hz. Cada 16 FFTs, se hace una con resolución de 0,28Hz. Cada 64 FFTs, bueno... Hay que recordar,  que hay 15 resoluciones de frecuencia diferentes (0,075  0,15  0,3  0,6  1,2  2,5  5  10  20  40  75  150  300  600  y 1200 Hz) y saltamos la resolución más fina con velocidades Doppler mayores de 5 Hz/s o menores de -5 Hz/s.

 

Strongest Peak  (señal máxima).

Las dos  siguientes líneas indican la señal más intensa detectada en la unidad de trabajo (hasta este momento). Las unidades son relativas al nivel medio de ruido (Ej. 30 indica una señal 30 veces mayor que el ruido típico. El gráfico a la derecha indica la intensidad de la señal. No hay que emocionarse si el gráfico indica una señal en el rango rojo!. Lo más probable es que se trate de un pico de interferencia de ruido terrestre. No debe llamarse  a la prensa, o anunciar que se descubrió vida extraterrestre. Cualquier señal fuerte debe ser verificada (por varias vías) antes de que se 'oficialice'. La frecuencia, hora, y desplazamiento Doppler asociado con el pico se encuentran en la línea siguiente.

 

Strongest Gaussian (Gaussiana más fuerte)

Si alguna señal se ubica 3,2 veces sobre el nivel medio de ruido y también aumenta y disminuye en forma 'Gaussiana' durante la 'ventana' de 12 segundos cuando pasa el objeto por la apertura del telescopio, entonces aparecerán dos líneas extras, mostrando la potencia (con un gráfico), la frecuencia, hora y desplazamiento Doppler. El número marcado 'fit' es una medida de la desviación  del perfil ideal de Gauss. Un número inferior indica mejor adaptación. Estas señales son más interesantes que los picos en las dos líneas anteriores, pero aún así deben pasar por un proceso riguroso de verificación antes de la confirmación.

 

 GRAFICO FRECUENCIA-TIEMPO-POTENCIA.

Aquí  se puede observar la representación gráfica de las transformadas de Fourier durante los cálculos. La frecuencia está representada a lo largo del eje horizontal (x), la potencia en sentido vertical (y), y el tiempo en la profundidad. Aquí se nota la diferencia entre las diferentes resoluciones en frecuencia de cada FFT. Para una resolución de 0,075 Hz se ven solamente 8 FFTs para cubrir los 107 segundos de datos. Se ve diferente con una resolución de 0,14 Hz, donde se hacen 16 FFTs. Cada vez que se reduce la resolución a la mitad (aumentando el ancho de banda al doble), se obtiene una doble resolución en tiempo (dos veces más FFTs). En la resolución final de 1200 Hz, se consigue una resolución de tiempo de 0,008192 segundos, lo que significa también que hay que hacer 131.072 FFTs solamente para este gráfico!. Este trabajo permite la detección de pulsos relativamente cortos, pero la medición de la frecuencia no puede ser tan precisa, y se reduce la sensibilidad para encontrar señales continuas.  

 

Los colores del gráfico no indican absolutamente nada... Fueron elegidos únicamente por motivos estéticos.

Una señal extraterrestre puede no estar visible en este gráfico ya que puede estar enmascarada por el ruido natural alrededor. Así que, si se detecta algo, no hay que emocionarse demasiado, ya que probablemente se trata de una señal fuerte de alguna fuente local, o un satélite que pasó por delante en el momento de la toma de datos.

En promedio, se mira la misma parte del cielo cada 3 ó 6 meses, momento en el cual se reintentaría recibir la señal

 

  CONCLUSIÓN.

Recomiendo fuertemente que cada uno de los componentes de la Agrupación, colaboráramos en este proyecto, ya que no nos cuesta nada, y si por casualidad descubrimos algo... y lo mismo vale para nuestros patrocinadores, y todos aquellos que reciban nuestra revista, ya que empresas y organizaciones de todo tipo están colaborando activamente, por si acaso.

 

  RECONOCIMIENTOS.

Las reproducciones de las pantallas, han sido obtenidas de la propia página Web del proyecto SETI@home. El programa ha ido refinándose cada vez más, y ahora ya va por la versión 3.03, pero las pantallas y los gráficos corresponden a la 1.05, habiendo sido  ligeramente modificados. Por otra parte, los textos que explican el funcionamiento del programa, de la pantalla y su significado, han sido extraídos de la traducción al español que hizo John Coppens.

La historia del proyecto, se debe a Ron Hipschman .

Y gracias también a todos los que han hecho posible que este proyecto haya salido adelante, a pesar de que todavía no se ha encontrado nada. ¿Quién sabe si en los próximos cinco minutos de salvapantalla aparece un mensaje...?.