הפוסט הקודם בו סקרנו את הקמתו של טלסקופ הרדיו Big Ear, הסתיים בכך שהקונגרס האמריקאי החליט בשנת 1972 להפסיק לממן את פעולת הטלסקופ. הפרק הראשון בסיפורו של Big Ear כטלסקופ מיפוי רדיו אולי הסתיים, אך הקיצוץ התקציבי הביא לתחילתו של פרק חדש עבור הרדיו-טלסקופ בשירות פרויקט SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence), שהוא למעשה שם כולל למאמץ המחקרי בחיפוש חיים תבוניים מחוץ לכדור הארץ ואינו מתייחס לארגון מסויים דווקא (אין לבלבל עם ארגון SETI Institute).
שתי הערות לפני שממשיכים:
- מי שלא קרא את חלק א’, מומלץ מאוד לקרוא אותו עכשיו כיוון שהרקע בו רלוונטי לחלק זה.
- בפוסט שלפניכם יש מעט אריתמטיקה ומושגים בסיסיים בפיזיקה ובהנדסה, אך הם כתובים בשפה קלה ונגישה (עד כמה שיכולתי), וכל מי שסיים בית ספר יסודי יידע להתמודד איתם בכבוד. לכן לא להיבהל ממושג כמו “יחס אות לרעש”. קהל היעד של הבלוג הזה הוא לא (רק) אנשי מדעים מדוייקים, וכשאעשה שימוש במושגים אלו אשתדל להבהיר אותם עד כמה שניתן.
זהו, עכשיו משהבהרנו את שתי הנקודות הנ”ל אפשר להמשיך.
קיצור תולדות SETI
מימן הוא היסוד השכיח ביותר. בערך 75% מהחומר ביקום הוא מימן. את המימן הקיים בכוכבים או בערפיליות ניתן לראות בעין כיוון שהוא מיונן, כלומר האלקטרונים שלו טעונים באנרגיה (בשל החום המצוי בכוכבים למשל) והמימן פולט אפוא אור בתחום הנראה. בניגוד למה שמתרחש בתוך הכוכבים עצמם, בגלקסיה מרבית המימן הוא קר ואינו מיונן. הוא פחות אנרגטי ולכן גם אינו נראה לעין. בשנת 1944, סטודנט הולנדי בשם הנדריק ואן דה הולסט (Hendrik van de Hulst) חזה שניתן לזהות מימן זה באמצעות רדיו-טלסקופ. מבלי להיכנס לעומק התאוריה הקשורה לפיסיקה הקוונטית, ואן דה הולסט העלה השערה לפיה האלקטרונים באטומי המימן הקר בגלקסיה משנים את מצבם הקוונטי ויורדים ברמת האנרגיה שלהם, באופן כזה שהם אמורים לפלוט אנרגיה באורך גל של כ- 21 סנטימטרים או בתדר של כ- 1420.405 מגה-הרץ. תופעה זו נקראת קו המימן או קו 21 הס”מ. תהליך ספונטני כזה של ירידה ברמת האנרגיה של האלקטרון אינו אמור להתרחש באופן תדיר, אך כיוון שיש כמות עצומה של אטומי מימן ביקום, באופן סטטיסטי תפלט מספיק אנרגיה שניתן יהיה לזהותה אם רק ניקח רדיו-טלסקופ ונכוון אותו לתדר של 1420.405 מגה-הרץ. ב- 1951 התאוריה של ואן דה הולסט הוכחה בניסוי, ובעקבות כך התגלתה מהר מאוד צורתה הספירלית של הגלקסיה שלנו, כיוון שטלסקופי הרדיו יכלו לראות את הקרינה מבעד לאבק הגלקטי אותו לא יכלו לחדור הטלסקופים האופטיים.
בשנת 1959, פיליפ מוריסון (Philip Morrison) וג’וזפה קוקוני (Giuseppe Cocconi), שני חוקרים מאוניברסיטת קורנל בניו יורק העלו השערה במאמר בכתב העת Nature לפיה אם קיימת ציוויליזציה תבונית איפשהו ביקום, היא עשויה לנסות לתקשר באותות רדיו סביב תדר 1420 מגה-הרץ. הסיבה לכך היא שכל ציוויליזציה חוצנית שחוקרת את היקום כמונו, אמורה להכיר את היסוד הנפוץ והבסיסי ביותר – המימן (אשר כזכור נמצא בראש הטבלה המחזורית). אם כל פיזיקאי או אסטרונום בכדור הארץ מכיר את קו המימן, סביר שגם חוקרים מציוויליזציה אחרת שעוסקים בביזנס הזה של מחקר יכירו זאת. בנוסף, בתדרים אלו היקום יחסית “שקט”, כלומר אין הרבה עצמים טבעיים אחרים שמשדרים בתדר הזה ולכן ניתן לשדר בו ללא הפרעה. הייתה זו הפעם הראשונה שהוצע להשתמש ברדיו-טלסקופים קיימים לחיפוש חיים בחלל.
חלון תדר המיקרו-גל (Microwave Window) הוא תחום התדרים (בין 1 ל- 10 גיגה-הרץ) המשמש לשידורי SETI (קרדיט: ויקיפדיה)
בתרשים מעלה ניתן לראות כי בתדרים הנמוכים (יחסית כמובן), עד 1 גיגה-הרץ, הגלקסיה פולטת רעש רקע שיפריע לשידורים. בתדרים גבוהים אטמוספרת כדור הארץ (וגם כוכבי לכת דמויי ארץ) פולטת ומפזרת קרינת רדיו ולכן האיזור המתאים ביותר לשידורי SETI הנקרא גם “בור המים” (The Water Hole) נמצא בין 1 ל- 10 גיגה-הרץ.
מוריסון (משמאל) וקוקוני (קרדיט: MIT Museum ו- SETI Institute)
פרויקט אוזמה ופרוייקט סייקלופ
בשנת 1960, אסטרונום צעיר בן 29 בשם פרנק דרייק (Frank Drake) היה לאדם הראשון שהאזין לאותות רדיו באמצעות מקלט ואנטנת צלחת בקוטר של 25 מטרים. דרייק כינה את הפרוייקט אוזמה (Project Ozma) על שם דמות הנסיכה אוזמה מהקוסם מארץ עוץ.
טלסקופ 25 המטר ב- Green Bank, מערב וירג’יניה (קרדיט: SETI Institute)
דרייק כיוון את טלסקופ הרדיו שלו לשני כוכבים (טאו סטי ואפסילון ארידאני) דמויי שמש הנמצאים במרחק של מספר שנות אור אך לא זיהה דבר בעל חשיבות, והפרויקט הופסק ביולי 1960. כעבור שנה, ינסח דרייק את משוואת דרייק (Drake Equation). זוהי נוסחה הסתברותית המנסה להעריך את מספר הציוויליזציות התבוניות בגלקסיית שביל החלב. דרייק ניסח את המשוואה, לא על מנת לקבוע באופן מדוייק את מספר הציוויליזציות אלא על מנת לעורר דיון מדעי בכינוס מתוכנן של SETI.
גם ברית המועצות גילתה בשנות השישים של המאה העשרים עניין גובר והולך בחיפוש אחר חיים תבוניים, וערכה מספר ניסויים באנטנות כלל כיווניות, בגישה שונה מהניסויים בארה”ב. האסטרונום הסובייטי (ממוצא יהודי) יוסף שקלובסקי פרסם בשנת 1962 ספר חלוצי בנושא בשם יקום, חיים ואינטליגנציה. אחריו, בשנת 1966, פרסם האסטרופיזיקאי המפורסם קארל סאגן (Carl Sagan) גם הוא ספר בנושא בשם חיים אינטליגנטיים ביקום (Intelligent Life in the Universe) שהפך עד מהרה לרב-מכר.
בשנת 1971 קיימה נאס”א כנס של פיזיקאים ומהנדסים במרכז המחקר איימס (NASA Ames Research Center) בקליפורניה. קבוצת החוקרים שהשתתפה בכנס דנה באפשרות וביכולת לתקשר עם חיים תבוניים מחוץ לכדור הארץ. בין היתר, פרטו החוקרים כיצד יש לתכנן מקלט רדיו המתאים למשימה (יעברו כ- 25 שנה עד שנאס”א תפתח אחד כזה) וכן הציעו לייצר מערך של כ- 1500 אנטנות קטנות יחסית, שיאפשר סריקה של השמיים באלפי תדרים בו זמנית. פרויקט זה זכה לשם סייקלופס (Project Cyclops), כאשר עלות התוכנית הוערכה בכעשרה מיליארד דולר. פרויקט סייקלופס מעולם לא יצא אל הפועל, אך היווה סוג של מפת דרכים ומתווה עקרוני למיזם SETI בעתיד.
פרנק דרייק על רקע המשוואה שפיתח במטרה להעריך את מספר הציוויליזציות התאורטי בגלקסיית שביל החלב שיוכלו ליצור תקשורת רדיו עם האנושות (קרדיט: SETI Institute)
Big Ear בשירות SETI
אחד המשתתפים בכנס סייקלופס היה רוברט דיקסון, סגנו של קראוס ומראשי צוות המחקר של Big Ear (את שניהם הזכרנו בחלק א’). דיקסון הצליח לשכנע את קראוס להסב את Big Ear לטלסקופ חיפוש אותות רדיו תבוניים. ראשית, היה צריך לבצע שינוי במקלט הרדיו – במקום לחפש אותות של גלקסיות ברוחב סרט רחב, נדרש היה לזהות כעת אותות ברוחב סרט צר (על המושג רוחב סרט נרחיב בהמשך). עצמים טבעיים כמו כוכבים, פולטים קרינה על פני ספקטרום תדרים נרחב. הסברנו זאת בהרחבה בפוסט על צבע השמש, הפולטת קרינה לא רק באור הנראה אלא גם בתחום העל סגול והתת-אדום. לעומת זאת, ציוויליזציה תבונית שתהיה מעוניינת לשדר מסר, תעשה זאת בתדר מאוד ספציפי (גם כדי לחסוך באנרגיה וגם כי לא נדרש תחום תדר נרחב להעביר מסרים פשוטים). לשם כך, הותקן ברדיו-טלסקופ מקלט בעל 50 ערוצים, כאשר כל ערוץ היה ברוחב 10 קילו-הרץ (רוחב סרט צר יחסית לתקופה). במחשב ה- IBM 1130 כתבו דיקסון וג’רי אהמן (שהיה גם הוא חבר בצוות המחקר בהתנדבות) תוכנה שדוגמת את כל 50 הערוצים פעם אחת בכל שנייה (כלומר מבצעת קריאה של ערך האות פעם בשניה). התוכנה מיצעה (חישבה את הממוצע) של כל מספר דגימות והדפיסה אותו על הדף. כל התהליך נוהל באופן אוטומטי על ידי המחשב, וטכנאי נזקק להתערב רק במקרה של אתחול התוכנה או המחשב, דבר שנדרש מידי שלושה או ארבעה ימים. בכל פעם שהטכנאי הגיע למצפה לטפל בתוכנה, הוא לקח לביתו של אהמן את ערמת הדפים שהצטברה בינתיים, לצורך מעבר על הנתונים. מעתה טלסקופ Big Ear פעל עם צוות מצומצם ביותר, דבר שהוזיל את עלות הפעלתו ותחזוקתו השוטפת. כך, החל משנת 1973 החל Big Ear להאזין לאותות מהחלל החיצון בחיפוש אחר אות מציוויליזציה תבונית.
כמה ימים לאחר ה- 15 באוגוסט 1977 בו התגלה !WOW, אהמן התיישב בביתו עם ערמת הדפים והחל לעבור על הנתונים. לפתע צדו עיניו של אהמן את סדרת התווים “6EQUJ5” שהופיעה בערוץ השני (מתוך חמישים הערוצים) בתדפיס. הוא הבין מייד שזהו דפוס האות הצפוי ממקור רדיו צר סרט. אהמן סימן בעט אדום את סדרת התווים וכתב כמעט בטבעיות !Wow בשולי הדף. אהמן סיים לנתח את כל התדפיס, כדי לזהות חזרתיות של האות (שלא הופיעה) ולאחר מכן עדכן את קראוס ודיקסון שנותרו המומים. השלושה מייד החלו לנתח את הנתונים על מנת להבין מה מקור האות.
צילום התדפיס המקורי של “Big Ear” משנת 1977. (קרדיט: אוניברסיטת אוהיו)
מה בעצם אומר התדפיס?
בואו ננסה לנתח בכלים מדעיים ממש על קצה המזלג מהי בעצם המשמעות של אות !WOW. הנה מיקוד בחלק העליון של התדפיס (איכות התמונה טובה ותוכלו לעשות זום בקלות):
כפי שניתן להבחין מיד, הדוח מחולק לעמודות ולשורות. שלושת השורות הראשונות מהוות את הכותרת, ומיד לאחריהן שורות של דגימה. בתמונה מעלה חתכתי והשארתי רק 5 שורות של דגימה.
כל שורה מייצגת ממוצע של 10 דגימות שנמשכו 10 שניות (דגימה אחת בכל שניה של כל 50 הערוצים בטלסקופ בו זמנית). למחשב לקח עוד כ- 2 שניות לבצע את החישוב ולכן התהליך כולו, כלומר מחזור דגימה ועיבוד, לקח כ- 12 שניות: עשר שניות דגימה + 2 שניות חישוב. הפרש הזמן בין כל שורה אם כן הוא כ- 12 שניות.
כעת נסקור את העמודות משמאל לימין.
העמודה הראשונה שכותרתה CHANNEL NUMBER מכילה 50 טורים ממוספרים מ- 01 ועד 50. טורים אלה מייצגים את ערכי יחס האות לרעש המתקבל ב- 50 הערוצים.
מהו יחס אות לרעש (באנגלית מכונה SNR, ראשי תיבות של Signal to Noise Ratio)? כשמו כן הוא, זהו ערך המבטא את היחס בין עוצמת האות הרצוי ובעל המשמעות לבין עוצמת הרעש. כלומר היחס מתאר את המידה שבה הרעש הבלתי רצוי הוא משמעותי או חזק. השאיפה היא תמיד ליחס אות-רעש גבוה ככל האפשר, כלומר אות חזק (במונה) ורעש חלש (במכנה). יחס אות לרעש בערך של 1 משמעותו שהרעש שווה לאות. זהו כמובן מצב לא רצוי בו הרעש עצום ומשתווה לאות הרצוי או שהאות הרצוי הוא בעוצמה כל כך חלשה עד שהוא משתווה לרעש. אפשר לדמות זאת לשיחה בין אנשים. נניח שראובן מדבר עם שמעון ברחוב ולפתע עוברת משאית רועשת ברחוב. אם המשאית מייצרת רעש חזק השווה בעוצמתו לעוצמת קול הדיבור של ראובן (נניח שראובן והמשאית במרחק שווה משמעון), שמעון לא יוכל לשמוע את ראובן (אלא אם הוא יודע לקרוא שפתיים…), כיון שהמוח שלו יתקשה לסנן ולהפריד את המשפטים של ראובן מהרעש של המשאית.
ניתן לראות שמרבית ערכי ה- SNR בכלל הערוצים הם 1 או 2 או ללא ערך (שמשמעותו היא 0). אלו נחשבים ערכים נמוכים מאוד ומשמעותם היא שנקלטים רק רעשי רקע ללא אותות. גם אם מופיעים ערכים מעט גבוהים יותר, אם הם מופיעים פעם פה ושם ולא כסדרה רציפה, ניתן לסווגם כרעש סטטיסטי בעל ערך מעט גבוה יותר. זו תופעה רגילה לחלוטין.
ניתן לראות שלכל ערוץ מוקצה מטעמי חסכון תו אחד (על מנת להכניס את כל הערוצים לדף אחד). לכן יחסי אות לרעש בערכים 1 ועד 9 הודפסו כרגיל. יחסי אות לרעש גבוהים יותר קיבלו ערך של אות. A מבטא SNR בערך של 10, B מבטא SNR בערך של 11, C מבטא SNR בערך של 12 וכן הלאה עד Z המבטא SNR של 35.
העמודה השנייה שכותרתה CNT שמשמעותה Continuum אמורה הייתה לייצג את העוצמה של כל הערוצים גם יחד אך לא הייתה באותו הזמן בשימוש.
העמודה השלישית שכותרתה RT. ASCEN (קיצור של Right Ascension) והעמודה הרביעית שכותרתה .DECLIN (קיצור של Declination) מייצגות את העלייה הישרה וזווית הנטייה בהתאמה, שהן למעשה שני ערכים במערכת הקוארדינטות המשוונית הנפוצה בשימוש באסטרונומיה, באמצעותם ניתן להגדיר מיקום של כל נקודה בכיפת השמים. לכן, ערכים אלו מבטאים בתדפיס להיכן Big Ear מכוון, כלומר לאיזו נקודה בשמים הוא “הסתכל”. מערכת הקוארדינטות המשוונית היא לא אינטואיטיבית ולא ניכנס כאן לתאוריה. מי שמעוניין להרחיב יוכל להתחיל מכאן. נסתפק ונאמר שהעלייה הישרה נמדדת בערכים של שעות, דקות ושניות (HH:MM:SS) ואילו זווית הנטייה נמדדת במעלות. כיוון שקיימת נקיפה של ציר כדור הארץ לאורך השנים (כדור הארץ מסתובב כמו סביבון), אזי גם מערכת הקוארדינטות המשוונית עוברת שינוי, ולכן יש להגדיר תקופת ייחוס (Epoch). התקופות קופצות במרווחים של 50 שנה, כלומר בכל 50 שנה מעדכנים מעט את הקטלוגים של מפות הכוכבים. לכן בכל פעם שמציינים ערכי עלייה ישרה ונטייה, יש לכתוב גם את תקופת הייחוס (ניתן לראות בכותרת עמודות אלה שמופיע 1950.0 כאשר כיום נעשה שימוש בתקופת ייחוס של שנת 2000). לסיכום עמודות שלישית ורביעית – ניתן לראות שבשורה הראשונה בתדפיס, הטלסקופ היה מכוון לעלייה ישרה 19:05:22 וזווית נטייה 27.02- מעלות. ערכים אלו מתאימים לאיזור בקבוצת קשת.
העמודה החמישית, שכותרתה .2ND LO FREQ שמשמעותה Second Local Oscillator Frequency, מייצגת את ערך כיול התדר שמבצעים במשדר על מנת לקזז את תנועת כדור הארץ. נשמע מסובך? לא באמת. זו הנקודה שאנו מתחברים להשערת מוריסון וקוקוני מ- 1959 שהבאנו בתחילת הפוסט. השניים שיערו כאמור, שסביר שציוויליזציה חוצנית תרצה לשדר בתדר של קו מימן 21, כלומר ב- 1420.405 מגה-הרץ. זהו גם התדר ש- Big Ear שידר סביבו. אולם גם אנחנו בכדור הארץ וגם ציוויליזציה חוץ ארצית שנמצאת בפלנטה כלשהי נעים כל הזמן. כדור הארץ נע סביב עצמו וסביב השמש, ומערכת השמש נעה בגלקסיה. התנועה הזו מייצרת אפקט דופלר (אותו הסברנו בפוסט קודם) הגורם להסחה בתדר. אפקט דופלר קרוי על שם המתמטיקאי האוסטרי כריסטיאן דופלר (Christian Doppler) שחזה בתופעה לראשונה בשנת 1842 בגלי קול. דוגמה יומיומית להיווצרות אפקט דופלר היא כאשר כלי רכב המשמיע צליל (רעש מנוע או סירנה) נע יחסית לצופה העומד בצד הכביש. הצליל נשמע לאוזני הצופה גבוה (בתדר) מהצליל האמיתי כשהרכב מתקרב, ונמוך (בתדר) מהצליל האמיתי כשהוא מתרחק.
דוגמה לאפקט דופלר המתרחש בקול מכונית המתקרבת ומתרחקת מהשומע (קרדיט: ויקיפדיה)
באופן דומה, גם אנחנו נעים יחסית לכוכב שלנו (השמש) ויחסית לגלקסיה ולכן אם נשדר בתדר מסויים, הוא יוסח וישתנה. לכן נדרש לקזז אפקט זה, ואנו מניחים שגם הציוויליזציה החוצנית המשדרת, מבצעת בדיוק את אותו הקיזוז באופן המתאים למיקום שלה במערכת השמש שלה ובמיקומה בגלקסיה. מחולל האותות במקלט הרדיו של Big Ear עושה זאת בדיוק (באופן אוטומטי), והערך של הקיזוז מגולם בעמודה זו (לא ניכנס פה לשיקולים המלאים מדוע נבחר דווקא תדר סביב ערך של 120 מגה-הרץ. דבר זה הנובע מארכיטקטורת המקלט ומי שירצה, יוכל להעמיק פה).
העמודה השישית והשביעית (GLCTIC LAT ו- GLCTIC LON) מציינות להיכן Big Ear מכוון ביחס לגלקסיה. ערכים אלו נועדו לסייע להבין היכן שדר שיימצא ממוקם ביחס לגלקסיה ולא נרחיב פה על כך.
העמודה השמינית EASTERN STD TIME מתעדת את הזמן המקומי בעת רישום הדגימה הממוצעת ולמעשה מתייגת כל שורה בזמן. ניתן לראות שהפרשי הזמן בין שורה לשורה הם אכן כ- 12 שניות. ערך הזמן התקבל משעון מדוייק שחובר למחשב הטלסקופ.
העמודה התשיעית והאחרונה מציינת את שמות האובייקטים (כמו כוכבים או גלקסיות) הנמצאים בקרבת מקום אליו הטלסקופ מכוון, על מנת לסייע באיכון אותות, אולם מעולם לא נעשה שימוש בעמודה זו והיא נשארה ריקה.
ניתוח אות !WOW
ארבע העובדות הבאות מחזקות את ההשערה ש- !WOW הוא אות שעשוי להיות מעשה ידי ציוויליזציה תבונית:
א. יחס האות לרעש (SNR)
כפי שציינו, משמעות האותיות והמספרים הם יחס אות לרעש. לכן, הבה נתרגם את רצף ערכי הדגימות “6EQUJ5”:
6 = 6
E = 14
Q = 26
U = 30
J = 19
5 = 5
כלומר בשיאו, עוצמת אות !WOW הייתה גבוהה פי 30 מעוצמת רעש הרקע. ההסתברות שהפרעה סטטיסטית גרמה לכך ולא שידור מכוון הוא 1 חלקי 10196. כלומר הסיכוי שהפרעה רנדומלית גרמה לאות !WOW היא אפסית. Big Ear יכול לפעול במשך מיליוני שנים מבלי לזהות הפרעה רנדומלית בעוצמה כזו.
ההסתברות שאות !WOW נגרם ע”י הפרעה רנדומלית
גם בדגימות שבאו לפני ואחרי השיא, יחס האות לרעש הינו גבוה מאוד ואין דרך להתייחס אליו כרעש סטטיסטי. התרשים הבא מתאר את יחסי האות לרעש של !WOW כאשר כל דגימה מסומנת בכחול והגרף הוא אינטרפולציה של הדגימות :
תרשים המתאר את יחס האות לרעש של אות !WOW (תוך שערוך הערכים שלא נדגמו באופן ישיר. (קרדיט: ויקיפדיה)
ב. התדר
כפי שכבר ציינו, Big Ear היה מכוון לקלוט אותות סביב תדר קו המימן 1420.405 מגה-הרץ, תדר ששוער כמעט עשרים שנה לפני כן שישמש לשידורי אותות מלאכותיים שיופקו על ידי ציוויליזציות זרות שחוקרות את היקום. יצויין שאפשר לחשב (בעזרת ערך עמודת .2ND LO FREQ) שהתדר שנקלט היה בערך של 0.005 -/+ 1420.4556 מגה-הרץ. מדובר בהפרש של כ- 0.05 מגה-הרץ (50 קילו-הרץ) מתדר המימן וניתן בהחלט להסבירו על ידי אפקט דופלר שחווה האות, אם הוא שודר מכוכב לכת המתקרב אל כדור הארץ במהירות של כ- 10 קילומטרים בשנייה – ערך אופייני כשמדובר בכוכבים הקרובים (יחסית) למערכת השמש.
ג. רוחב הסרט (BandWidth)
רוחב הסרט של אות !WOW הוא צר מאוד. מהו רוחב סרט? זהו רוחב תחום התדרים, כלומר ההפרש בין התדר הגבוה ביותר לתדר הנמוך ביותר באות. למשל, רוחב הסרט של קול אנושי יכול לנוע בין כ- 20 הרץ, קול נמוך מאוד, לכ- 20,000 הרץ (20 קילו-הרץ) – קול גבוה מאוד. זהו בערך תחום התדרים בו מערכת השמיעה שלנו מסוגלת לזהות קולות. עטלפים למשל, מפיקים קולות בתחום תדרים של 12 קילו-הרץ עד 160 קילו-הרץ. תחום תדרים זה אינו חופף במלואו את התדרים של בני האדם, ולכן איננו מסוגלים לשמוע את מרבית קולות העטלפים. מערכת השמיעה שלנו פשוט מסננת אותו.
הזכרנו של- Big Ear היו 50 ערוצי קליטה, כאשר כל ערוץ ברוחב 10 קילו-הרץ. אות !WOW נקלט רק בערוץ אחד (ערוץ 02) ולכן רוחב הסרט שלו הינו לכל היותר 10 קילו-הרץ. אם נחלק את רוחב הסרט בתדר, נקבל שרוחב הסרט היחסי הינו 0.000007 = 10K/1420M. זה רוחב סרט צר בצורה יוצאת דופן. אין בטבע אף מקור רדיו שאנו יודעים עליו כיום שמשדר אות צר סרט שמתקרב לזה. לפולסאר הסרטן למשל (הנמצא בערפילית הסרטן M1 בקבוצת שור הנחשב כמקור רדיו צר סרט), רוחב סרט יחסי מסדר גודל של 0.1, רחב הרבה יותר מאות !WOW.
ד. משך זמן קליטת האות
האות נקלט בערוץ 02 על פני 6 דגימות. ציינו שמשך הזמן של כל דגימה ממוצעת הוא כ- 12 שניות ולכן אות !WOW נקלט ב- Big Ear במשך 72 שניות. לכאורה נראה, כפי שגם עולה בבירור מהתרשים מעלה, שהאות אינו בעוצמה קבועה במשך כל 72 השניות שבהן נקלט, ולכאורה הוא עולה לשיא ונחלש במשהו שנראה כמו צורת פעמון. זוהי טעות. האות הוא בעוצמה קבועה, והאופיין הפעמוני נובע מכך שכדור הארץ מסתובב, ולכן אנטנת הטלסקופ נכנסת בהדרגה לשדה הקליטה של האות. הקליטה מגיעה לשיא, ולאחר מכן האנטנה יוצאת משדה הקליטה של האות ומאבדת אותו. למעשה האופיין הפעמוני של העוצמה הוא בדיוק האופיין הצפוי לאות רציף שנקלט באנטנה המסתובבת על כדור הארץ שאינה יכולה “לאחוז” נקודה קבועה בשמים. זהו בדיוק החיסרון של Big Ear. הוא אינו יכול להתביית על מקור האות ולכוון אליו את האנטנה. הוא בהכרח יאבד אותו כאשר כדור הארץ ימשיך להסתובב.
העובדה שהאות נקלט באופן רציף ויציב במשך 72 שניות שולל גם את ההשערה שמדובר באות שהגיע מלוויין או עצם הקרוב לכדור הארץ, מהסיבה שאילו היה זה לוויין, האות היה נקלט לשנייה או שתיים ואז מפסיק כיוון שהלוויין היה משנה את מיקומו בשמיים במהירות. לדוגמה, אם תחנת החלל הייתה נקלטת ב- Big Ear, אות ממנה היה נקלט במשך פחות משניה לפני שהתחנה הייתה ממשיכה במעופה ויוצאת משדה הראייה של הטלסקופ. יחד עם זאת, אין לשלול לוויין הנמצא באזור החגורה הגיאוסטציונרית, כלומר במרחק של כ- 36,000 ק”מ מכדור הארץ, בו הוא נמצא בזווית קבועה יחסית לכדור הארץ. זהו אזור אליו משוגרים לוויני תקשורת כדוגמת עמוס (האחראי על שידורי YES) המכסה אזור קבוע על פני כדור הארץ. הסיכוי שמדובר בלוויין גיאוסטציונרי נמוך מאוד משתי סיבות – בשנת 1977 לוויינים כאלו לא היו נפוצים ומבדיקות שערכו קראוס, דיקסון ואהמן לא היו אמורים להיות לוויינים בכיוון אליו “הסתכל” Big Ear. עוד יותר חשוב מכך, התדר 1420.405 מגה-הרץ נחשב לתדר מוגן ברמה הבינלאומית, כלומר תדר שאסור לשימוש, ולכן מדינה ששיגרה לוויין שעשה שימוש בתדר זה (ומדינות כאלו היה ניתן לספור כנראה על כף יד אחת) הייתה עוברת על החוק הבינלאומי. גם לוויין ריגול אינו אפשרות סבירה, כיוון שלוויין ריגול שישדר בתדר זה יזוהה מיידית על ידי רדיו-טלסקופים ויאבד את החשאיות שלו.
ארבעת המאפיינים שסקרנו – יחס האות לרעש, התדר, רוחב הסרט ומשך האות – הם בדיוק המאפיינים שהיינו מצפים שיהיו לאות שנוצר ע”י משדר חוצני.
ארבע עובדות המחלישות את ההשערה ש- !WOW הוא אות שעשוי להיות מעשה ידי ציוויליזציה תבונית:
א. לא ברור אם האות מאופנן
מהו אות מאופנן? על מנת לענות על שאלה זו, נשאל שאלה נוספת. כאשר אנו מאזינים למהדורת החדשות ברדיו בכאן רשת ב’ (בהנחה שיש מישהו שעדיין מאזין לרשת ב’…) בתדר 95.5 מגה-הרץ, איך אנחנו מצליחים לשמוע את קריינית החדשות? הרי היא מקריאה את החדשות בקול אנושי בתדר שנע בין כ- 200 ועד 8000 הרץ (ההנחה פה היא הקראת חדשות בקול רגיל ונינוח). איך תחום זה הפך להיות אות רדיו של 95.5 מגה-הרץ? יש בוודאי בתוך מקלט הרדיו איזשהו קונץ-פטנט שהופך את הגל בתדר הגבוה (מיליוני הרצים) לאות שמע הנשמע ברמקול. אז קונץ אני לא בטוח אם יש, אבל פטנטים בנושא נרשמו לא מעט. אך לפני שנענה על כך, נשאל שאלה בסיסית עוד יותר – למה משתמשים בתדר רדיו של 95.5 מגה-הרץ ולא משדרים את החדשות בתדר הדיבור, כלומר באות של כמה מאות או אלפי הרצים? למה עושים “מניפולציות” על האות? יש לכך מספר סיבות. אם היינו רוצים לשדר ולקלוט גלים בתדר של 200 או 2000 הרץ היינו צריכים לבנות אנטנות גדולות מאוד, דבר שאינו ישים. בנוסף, קשה מאוד לייצר משדרים בתדרים אלו (יש אגב מערכות תקשורת בתחומי תדר נמוכים, אך הן משמשות בעיקר בציי ים להעברת שידורים דרך המים) והם יקרים להחריד. מכל מקום, הדרך לשדר גלים כמו גלי הקול האנושיים על גבי גלי רדיו היא לאפנן את האות, כלומר לקחת גל נושא (Carrier) בתדר גבוה (אות הרדיו של רשת ב’) ולאפנן, להרכיב עליו את אות המידע (קול קריינית החדשות). הדרך הפשוטה להמחיש אפנון היא באמצעות האיור הבא, המתאר אפנון משרעת AM (צורת אפנון שונה משיטת האפנון של אות רשת ב’ 95.5 מגה-הרץ):
צורת אפנון משרעת AM (Amplitude Modulation) (קרדיט: ויקיפדיה)
בתרשים ניתן לראות את הגל הנושא בצבע כחול (אות הרדיו), כאשר העוצמה המתבטאת במשרעת שלו משתנה עם הזמן – קטנה וגדלה באופן מחזורי. השינויים המחזוריים בעוצמת אות הרדיו הכחול מתבטאים בגל האדום הנמצא במעטפת. זהו אות המידע (למשל הקול) וניתן להבחין מיד שהוא בתדר נמוך יותר (הוא משתנה הרבה יותר לאט מהגל הכחול). נסכם – אות מאופנן זהו אות רדיו המכיל על גביו אות מידע שניתן לחלץ עם מקלט מתאים.
בחזרה ל- !WOW. בשל מגבלות המקלט שהיה ב- Big Ear לא ניתן היה לחלץ ממנו אות מידע. כלומר Big Ear זיהה אות רדיו, אך המקלט שלו לא היה רגיש מספיק לזהות אפנון. לכן יתכן ש- !WOW הכיל מידע שלעולם לא נוכל עוד לחלץ. מידע כזה היה מסיר כל ספק לגבי העובדה שהאות מגיע ממקור מלאכותי ולא טבעי.
ב. לא ברור מהיכן הגיע האות
זוהי עובדה מפתיעה. אמרנו שלכאורה היה ידוע בכל רגע להיכן הרדיו-טלסקופ מכוון, בפרט בזמן קליטת !WOW. אז היכן אי הוודאות? אמנם הכיוון היה ידוע, אך שדה הראיה (באנגלית: Field Of View) של Big Ear היה גדול למדי – 1X20 דקות קשת. זהו איזור עצום יחסית אם רוצים לחפש מחט בערמת שחת. לשם השוואה, הקוטר של הירח למשל הוא 30 דקות קשת, ובשטח הנ”ל ישנם אלפי כוכבים.
ג. האות נקלט רק באנטנה אחת מבין השתיים
נזכיר שציינו בחלק א’ כי ל- Big Ear היו שתי אנטנות שופר במרכזו, דרכן נקלט כל אות בהפרש של שלוש דקות בשל סיבוב כדור הארץ (לאחר מכן המחשב ביצע חישובים לביטול הרעשים בין שתי הקליטות).
אנטנות הקליטה (Horn Feeds) של Big Ear (קרדיט: Bigear.org)
הבעיה היא ש- !WOW נקלט רק באנטנה אחת, ואין רישום של המחשב איזו מהן קלטה את האות. לכן ישנן שתי אפשרויות:
אפשרות א’ – אנטנה 1 קלטה את האות ואז לפתע, במרווח הזמן של שלוש הדקות עד לאנטנה 2, האות הפסיק.
אפשרות ב’ – האות לא היה בזמן המעבר על פני אנטנה 1, ובמרווח הזמן בין אנטנה 1 לאנטנה 2 הוא הופעל (או היה בזווית שניתן לקלוט אותו) ואז נקלט באנטנה 2.
בכל אחת מהאפשרויות, זה נראה מאוד מוזר וממש לא מסתבר ש- Big Ear בדיוק תפס את המעבר של האות ממצב כבוי לדלוק (אלא אם !WOW הוא אות שנכבה ונדלק באופן קבוע ורציף).
ד. האות מעולם לא זוהה עוד שוב
אפשר שזוהי העובדה המתסכלת ביותר שהופכת אולי את !WOW לתקוות שווא. מאז גילויו, למרות עשרות מאמצים וניסיונות לזהותו בשנית, !WOW לא התגלה שוב. רוברט גריי (Gray), דאטה אנליסט משיקאגו, אילינוי ששמע על גילויו של !WOW, הקדיש את כל חייו לנסות ולזהותו שוב. גריי הגיע ל- Big Ear עצמו, ראיין את אהמן, קראוס ודיקסון ולמד את כל השרטוטים, התוכניות והדוחות.
רוברט גריי (קרדיט: ויקיפדיה)
גריי החל ב- 1980 בסריקת השמיים באמצעות מצפה רדיו שהקים בחצר ביתו, אשר היה מורכב מאנטנת 12 רגל (קוטר 3.5 מטר). בהמשך, בין השנים 1987-1989 הוא רתם לחיפושים את טלסקופ הרדיו META של הרווארד/סמית’סוניאן במסצ’וסטס (טלסקופ עם אנטנת צלחת בקוטר 64 מטר), ובאמצע שנות התשעים הוא ביצע חיפושים באמצעות הרדיו טלסקופ VLA (Very Large Array) בניו מקסיקו המורכב מ- 27 אנטנות צלחת, כל אחת בקוטר 25 מטר. בכך הפך גריי לחובב האסטרונומיה הראשון שקיבל אישור לעשות שימוש ב- VLA (שמשמש מוסדות מחקר בלבד). בהמשך גריי קיבל אף אישור לבצע תצפיות בטלסקופ 26 המטר של אוניברסיטת טסמניה באוסטרליה. מאז גילויו של !WOW נצברו למעלה מ- 180 שעות תצפית על האזור בו זוהה לראשונה האות מבלי שזוהה שוב. המגזין האמריקאי The Atlantic כתב על גריי:
“Gray has been the “Wow!” signal’s most devoted seeker and chronicler, having traveled to the very ends of the earth in search of it.“
אפילוג
על פי ספר השיאים של גינס, Big Ear מחזיק (נכון לשנת 1995) בשיא עולמי בקטגוריית החיפוש הארוך ביותר של חיים חוץ ארציים (תודו שלא ידעתם שקיימת קטגוריה כזו).
בשנת 1997, אחרי כמעט 35 שנות פעילות, Big Ear יחד עם כל מצפה הרדיו של אוניברסיטת אוהיו סיימו את פעילותם. השטח שעליו היה ממוקם המצפה ושנמכר למשקיע פרטי עוד בשנת 1983, החל בפיתוח. בשנת 1998 המצפה עם הטלסקופ נהרסו ופינו את מקומם למגרש גולף וכ- 400 בתים.
ג’ון קראוס (קרדיט: IAU)
רוברט דיקסון (קרדיט: SETI Leage)
ג’רי אהמן (קרדיט: IMDB)
אות !WOW נשאר גילוי של טלסקופ Big Ear בלבד ולא זוהה שוב למרות ניסיונות רבים לגלותו באיזור קבוצת קשת.
מרכז הגלקסיה והאיזור המשוער ממנו הגיע אות !WOW (צילום: נתנאל הרשקוביץ, בורות לוץ, יוני 2021)
עם הזמן נעשו ניסיונות נוספים למצוא הסברים למקור של !WOW. למשל, הועלתה השערה כי האות נבע מתופעה הנקראת נצנוץ בין כוכבי (Interstellar Scintillation) שהוא למעשה תנודה בעוצמה של גלי הרדיו ביקום באופן שיוצרת עליה באנרגיה. ניתן להקביל זאת לנצנוץ או הבזק באור הנראה. הסבר זה בעייתי, כיוון שטלסקופים אחרים לא קלטו תופעות זו, במיוחד לא בעוצמה ובמשך הזמן כמו אלו שמאפיינים את !WOW.
לפני כשבע שנים הועלתה השערה שמקור האות הוא בשביט, אך השערה זו נדחתה על ידי מרבית הקהילה המדעית משתי סיבות: האחת – שביטים אינם פולטים אותות בתחום התדר של מימן קר. הסיבה השנייה היא שהשביט הקרוב ביותר באיזור אליו כוון Big Ear בזמן קליטת !WOW היה במרחק זוויתי גדול יחסית של כשתי מעלות קשת.
הסבר נוסף הוא כי מדובר בבאג או אנומליה (Computer Glitch) בתוכנת מחשב ה- IBM של Big Ear. גם כאן, הבעיה היא שדפוס האות של פעמון, הנמשך 72 שניות מתוחכם מידי בשביל שיתרחש בגלל גליץ’ תוכנה. אם היה זה גליץ’, מוזר שבמשך כל עשרות שנות הפעילות של Big Ear לא נרשם אף גליץ’ נוסף שאפילו מתקרב לזה שכביכול חולל את !WOW.
בשנים האחרונות נעשתה עבודת מחקר של פרופסור דיוויד קיפינג (David Kipping) מאוניברסיטת קולומביה בניו יורק יחד עם רוברט גריי, הרודף הבלתי נלאה של אות !WOW (שהלך לעולמו תוך כדי המחקר). במסגרת העבודה, קיפינג וגריי ניסו גישה חדשה. במקום להניח שהאות משודר באופן מחזורי, הם הניחו שמקורו של !WOW הוא במשדר המשדר אקראית (Stochastic repeating beacon) והגדירו את פונקציית ההסתברות למציאת האות כתלויה בשני משתנים שאינם תלויי זמן: T (משך השידור) ו- λ (כמות השידורים הממוצעת ביחידת זמן). בעבודתם הם התוו כי נדרשות עוד 1500 שעות חיפוש אחר !WOW על מנת לדחות סופית את ההשערה ש- !WOW הוא אות מלאכותי שאולי הגיע מציוויליזציה אחרת. מי שרוצה להרחיב בקריאה, ישנו קישור ברשימת המקורות להעמקה נוספת בסוף הפוסט.
לפני מספר שבועות נערך בקונגרס האמריקאי שימוע בנושא חוסר השקיפות של הממשל בכל מה שקשור למידע ולראיות בנוגע לעב”מים, ובפרט לסרטוני ה- UAP (Unidentified Aerial Phenomena) שפורסמו על ידי הפנטגון. שאלת קיום החיים מחוץ לכדור הארץ קיבלה שוב זריקת מרץ. האם אות !WOW הוא דרישת שלום מציוויליזציה תבונית אי שם בגלקסיה? האם הוא אולי בכלל דליפה, שידור בלתי רצוי של תרבות אחרת? אולי מדובר בתופעה טבעית ייחודית או בכלל באג בתוכנת מחשב ה- IBM של טלסקופ הרדיו Big Ear? תשפטו אתם…
מקורות להעמקה נוספת:
- מאמר של ד”ר ג’רי אהמן, מגלה !WOW לרגל 30 שנה לגילוי האות.
- סרט התעודה The Wow Signal – Full Documentary.
- סרטון The Wow Signal After 45 Years.
- מאמר ?Could the “Wow” signal have originated from a stochastic repeating beacon
- הספר The Elusive WOW: The Searching for Extraterrestrial Intelligence מאת רוברט גריי.
איזו השקעה! כל הכבוד על הפירוט הרב, מרתק.
תודה רבה!