การสื่อสารทั่วห้วงอวกาศอันกว้างใหญ่ไพศาลสามารถปรับปรุงได้โดยใช้ประโยชน์จากความสามารถของดาวฤกษ์ในการโฟกัสและขยายสัญญาณการสื่อสาร ทีมนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาที่ Penn State กำลังมองหาเพียงสัญญาณการสื่อสารประเภทนี้ที่อาจใช้ประโยชน์จากดวงอาทิตย์ของเราเอง หากการส่งสัญญาณผ่านระบบสุริยะของเรา
บทความอธิบายเทคนิคนี้ ซึ่งสำรวจโดยเป็นส่วนหนึ่งของหลักสูตรบัณฑิตศึกษาที่ Penn State ซึ่งครอบคลุมการค้นหาข่าวกรองนอกโลก (SETI) ได้รับการยอมรับให้ตีพิมพ์ใน Astronomical Journal และมี อยู่ในเซิร์ฟเวอร์ preprint arXiv
วัตถุขนาดมหึมา เช่น ดวงดาวและหลุมดำทำให้เกิดแสงโค้งงอเมื่อมันผ่านไปเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของวัตถุ ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ พื้นที่ที่บิดเบี้ยวรอบๆ วัตถุนั้นทำหน้าที่คล้ายกับเลนส์ของกล้องโทรทรรศน์ โดยจะทำการโฟกัสและขยายแสง ซึ่งเป็นเอฟเฟกต์ที่เรียกว่าเลนส์โน้มถ่วง
Jason Wright ศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์แห่ง Penn State ผู้สอนหลักสูตรนี้และเป็นผู้อำนวยการของ Penn State กล่าวว่า “นักดาราศาสตร์ได้พิจารณาการใช้ประโยชน์จากเลนส์โน้มถ่วงเพื่อสร้างกล้องโทรทรรศน์ขนาดยักษ์เพื่อดูดาวเคราะห์รอบดาวดวงอื่น ศูนย์ข่าวกรองนอกโลก. “มันยังถูกมองว่าเป็นวิธีที่มนุษย์สามารถสื่อสารกับยานสำรวจของเราเอง ถ้าเราเคยส่งพวกมันไปยังดาวดวงอื่น หากสายพันธุ์เทคโนโลยีนอกโลกใช้ดวงอาทิตย์ของเราเป็นเลนส์สำหรับความพยายามในการสื่อสารระหว่างดวงดาว เราควรจะสามารถตรวจจับการสื่อสารเหล่านั้นได้หากเรามองถูกที่”
เนื่องจากการสื่อสารข้ามระยะทางระหว่างดวงดาวต้องเผชิญกับความท้าทายต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับกำลังส่งและความเที่ยงตรงในพื้นที่กว้างใหญ่ดังกล่าว นักวิจัยเชื่อว่าความพยายามในการสื่อสารใดๆ อาจเกี่ยวข้องกับเครือข่ายของโพรบหรือรีเลย์ เช่น เสาสัญญาณโทรศัพท์เคลื่อนที่ในอวกาศ ในการศึกษานี้ พวกเขามองไปที่ดาวฤกษ์ที่ใกล้ที่สุดดวงหนึ่งของเรา ซึ่งควรเป็นโหนดที่ใกล้ที่สุดในเครือข่ายการสื่อสาร
“มนุษย์ใช้เครือข่ายในการสื่อสารทั่วโลกตลอดเวลา” Nick Tusay นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาในหลักสูตรที่ช่วยเป็นผู้นำโครงการกล่าว “เมื่อคุณใช้โทรศัพท์มือถือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกส่งไปยังหอคอยเซลลูลาร์ที่ใกล้ที่สุด ซึ่งเชื่อมต่อกับหอคอยถัดไปเป็นต้น สัญญาณโทรทัศน์ วิทยุ และอินเทอร์เน็ตยังใช้ประโยชน์จากระบบสื่อสารเครือข่าย ซึ่งมีข้อดีมากกว่าการสื่อสารแบบจุดต่อจุด ในระดับดวงดาว การใช้ดาวเป็นเลนส์เป็นเรื่องที่สมเหตุสมผล และเราสามารถอนุมานได้ว่าหัววัดจะต้องอยู่ที่ใดจึงจะใช้งานได้”
ในการศึกษานี้ นักวิจัยมองมากกว่า 550 เท่าของระยะห่างระหว่างดวงอาทิตย์กับโลกที่อยู่ตรงข้ามกับท้องฟ้าจากอัลฟาเซ็นทอรี ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ระบบของเรามากที่สุดซึ่งอาจเป็นโหนดที่ใกล้ที่สุดในเครือข่ายการสื่อสาร ซึ่งเป็นตำแหน่งที่โพรบจะตั้งอยู่ ระบบสุริยะของเราเพื่อใช้ดวงอาทิตย์เป็นเลนส์ สิ่งนี้ทำให้นักวิจัยสามารถตรวจจับการส่งสัญญาณวิทยุที่อาจส่งสัญญาณไปยังโลกโดยตรงเพื่อสื่อสารกับเรา สัญญาณที่ถูกส่งไปยังยานสำรวจอื่น ๆ ที่สำรวจระบบสุริยะ หรือแม้แต่สัญญาณที่ส่งผ่านเลนส์โน้มถ่วงกลับไปที่ Alpha Centauri
Macy Huston นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาในหลักสูตรผู้ช่วยหัวหน้าโครงการกล่าวว่า “มีการค้นหาก่อนหน้านี้สองสามครั้งโดยใช้ความยาวคลื่นแสง แต่เราเลือกใช้ความยาวคลื่นวิทยุ เนื่องจากวิทยุเป็นวิธีที่ยอดเยี่ยมในการสื่อสารข้อมูลข้ามอวกาศ “เราได้รวมสิ่งที่เรียกว่าความยาวคลื่น ‘แอ่งน้ำ’ ซึ่งมักจะเป็นจุดสนใจของการค้นหา SETI เพราะพวกมันจะเป็นส่วนในอุดมคติของคลื่นความถี่วิทยุในการสื่อสารและสามารถทำตัวเหมือนแอ่งน้ำบนโลกซึ่งมีสัตว์หลายชนิดมารวมตัวกัน ความยาวคลื่นเหล่านี้โดยทั่วไปปราศจากคลื่นวิทยุอื่นๆ ที่มาจากวัตถุในจักรวาล ดังนั้นจึงเป็นส่วนที่สะอาดของสเปกตรัมในการสื่อสาร”
การตรวจสอบความยาวคลื่นเฉพาะเหล่านี้ยังช่วยให้นักวิจัยสามารถเพิ่มปริมาณข้อมูลสูงสุดที่พวกเขารวบรวมได้จากท้องฟ้าในระยะเวลาอันสั้น นักวิจัยของนักเรียนรวบรวมข้อมูลในคืนหนึ่งเมื่อพวกเขาไปเยี่ยมชม Green Bank Telescope ในเวสต์เวอร์จิเนีย การรวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูลของพวกเขาดำเนินการร่วมกับ Breakthrough Listen ซึ่งเป็นโปรแกรมที่อุทิศให้กับการค้นหาหลักฐานของชีวิตที่ชาญฉลาดนอกโลก
นักเรียนตรวจไม่พบสัญญาณใดๆ ในช่วงความยาวคลื่นที่พวกเขาตรวจสอบซึ่งอาจมีต้นกำเนิดจากต่างดาวในบริเวณที่พวกเขาสังเกต ซึ่งบ่งชี้ว่าสัญญาณที่ความยาวคลื่นเหล่านี้ไม่ได้ถูกส่งมายังโลกในช่วงหน้าต่างสั้นๆ เมื่อพวกเขากำลังมอง
“การค้นหาของเราจำกัดแค่คืนเดียว ดังนั้นทุกสิ่งที่ไม่ได้ออกอากาศในขณะที่เรากำลังสังเกตการณ์อยู่จะไม่ถูกหยิบขึ้นมา” Tusay กล่าว “แม้ว่าการค้นหาอย่างจำกัดของเราอาจพลาดการสอบสวนที่มีอยู่หากพวกเขาไม่ได้ออกอากาศที่ความถี่เหล่านี้อย่างต่อเนื่อง แต่นี่เป็นการทดสอบที่ดีเพื่อดูว่าการค้นหาประเภทนี้เป็นไปได้หรือไม่”
นักวิจัยแนะนำว่าการขยายการค้นหาเพื่อรวมการสังเกตเพิ่มเติม หรือการสังเกตที่พุ่งเป้าไปที่ดาวฤกษ์ใกล้เคียงหรือความถี่อื่น ๆ นั้นยังสามารถพิสูจน์ได้ว่าเกิดผล นักเรียนคนหนึ่งในชั้นเรียนกำลังสำรวจข้อมูลที่เก็บถาวรเพื่อดูว่าการสังเกต Breakthrough Listen ครั้งก่อนได้ชี้ไปที่พื้นที่เพิ่มเติมที่อาจเหมาะสมที่สุดสำหรับโพรบที่ใช้เอฟเฟกต์เลนส์โน้มถ่วงหรือไม่
“เอฟเฟกต์เลนส์ไม่ได้แข็งแกร่งที่สุดในความถี่เหล่านี้ แม้ว่าจะยังมีเหตุผลที่ดีที่ความถี่เหล่านี้อาจถูกนำมาใช้” Huston กล่าว “แต่เราเชื่อว่าเทคนิคนี้ใช้ได้จริง และหวังว่านักเรียนในหลักสูตรนี้ในปีต่อๆ ไปจะขยายขอบเขตการค้นหาของเราออกไป”
หลักสูตร SETI ระดับ บัณฑิตศึกษา เป็นหนึ่งในสองหลักสูตรของโลก อีกหลักสูตรหนึ่งอยู่ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ลอสแองเจลิส ซึ่งสนับสนุนให้นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาดำเนินโครงการวิจัย SETI ทางวิทยุและเผยแพร่ผลการเรียนในวารสารทางวิทยาศาสตร์
“หลักสูตรบัณฑิตศึกษานี้เป็นหัวใจสำคัญของ Penn State Center for Extraterrestrial Intelligence” ไรท์กล่าว “นักเรียนมาจากหลากหลายสาขาวิชา รวมถึงโหราศาสตร์ ดาราศาสตร์ เคมี และธรณีฟิสิกส์ ปีนี้เนื่องจากเป็นชั้นเรียนไฮบริด เราจึงมีนักศึกษาจากมหาวิทยาลัยอื่นเข้าร่วมด้วย สิ่งหนึ่งที่เรียบร้อยเกี่ยวกับชั้นเรียนนี้คือ เนื่องจากสาขา SETI ยังเด็กมาก จึงเป็นไปได้ที่นักเรียนจะมีส่วนร่วมอย่างแท้จริงและเผยแพร่งานวิจัย มันน่าทึ่ง”
