[論文レビュー] Can Collimated Extraterrestrial Signals be Intercepted?

Duncan H. Forgan|arXiv (Cornell University)|Oct 27, 2014

Space Science and Extraterrestrial Life参考文献 11被引用数 3

ひとこと要約

本研究ではモンテカルロシミュレーションを用いて、地球が異星文明から発信される意図しないコリメートド光信号を捉える可能性を評価する。信号が弱くコリメートされている場合（開口角 ~0.1 ラジアン）でなければ、捕獲はまれであると判明し、光通信SETIは、意図的な標的信号の検出よりも、偶然の信号の検出がより可能性が高いことを示唆している。

ABSTRACT

The Optical Search for Extraterrestrial Intelligence (OSETI) attempts to detect collimated, narrowband pulses of electromagnetic radiation. These pulses may either consist of signals intentionally directed at the Earth, or signals between two star systems with a vector that unintentionally intersects the Solar System, allowing Earth to intercept the communication. But should we expect to be able to intercept these unintentional signals? And what constraints can we place upon the frequency of intelligent civilisations if we do? We carry out Monte Carlo Realisation simulations of interstellar communications between civilisations in the Galactic Habitable Zone (GHZ) using collimated beams. We measure the frequency with which beams between two stars are intercepted by a third. The interception rate increases linearly with the fraction of communicating civilisations, and as the cube of the beam opening angle, which is somewhat stronger than theoretical expectations, which we argue is due to the geometry of the GHZ. We find that for an annular GHZ containing 10,000 civilisations, intersections are unlikely unless the beams are relatively uncollimated. These results indicate that optical SETI is more likely to find signals deliberately directed at the Earth than accidentally intercepting collimated communications. Equally, civilisations wishing to establish a network of communicating species may use weakly collimated beams to build up the network through interception, if they are willing to pay a cost penalty that is lower than that meted by fully isotropic beacons. Future SETI searches should consider the possibility that communicating civilisations will attempt to strike a balance between optimising costs and encouraging contact between civilisations, and look for weakly collimated pulses as well as narrow-beam pulses directed deliberately at the Earth.

研究の動機と目的

• 我々の方向を意図して送信されていないコリメートド光信号が地球に到達する可能性を評価すること。
• ビームのコリメーションと通信文明の数が、信号捕獲率に与える影響を特定すること。
• 弱くコリメートされたビームが、通信文明のネットワーク構築にコスト効率の良い戦略として機能する可能性を検討すること。
• 無意識の信号を光通信SETIの探索で検出する可能性を評価すること。

提案手法

• 銀河系の生命的領域（GHZ）における文明間の恒星間通信をモンテカルロ実現シミュレーションで実施。
• 10,000個の星が知的文明を有すると想定した円環状のGHZをモデル化。
• 可変なビーム開口角を持つコリメートド信号をシミュレートし、第三者による捕獲頻度を測定。
• 一定の通信レートを仮定し、時間依存シミュレーションを用いてビームの交差を追跡。
• ビームの発散角と通信文明の割合の関数として、捕獲率を計算。
• 空間的分布とビーム幅に基づき、信号の交差確率を推定するための幾何学的・統計的モデルを適用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コリメートド恒星間信号が、標的とされない第三者によってどれくらいの頻度で捕獲されるか？
• RQ2 ビームの開口角が、意図しない捕獲確率に与える影響は何か？
• RQ3 通信文明の数と信号捕獲率の関係は何か？
• RQ4 弱くコリメートされたビームは、通信文明のネットワーク構築にコスト効率の良い方法として利用可能か？
• RQ5 GHZの幾何的制約が、理論的予測と比較して捕獲率に与える影響はどの程度か？

主な発見

• 捕獲率は、通信文明の割合に線形に、ビーム開口角に立方的に上昇する。
• ビーム開口角が約 0.1 ラジアン未満であれば、捕獲はほとんど起こらない。
• ビーム角に立方関数的依存が見られるのは、理論的予測を上回るが、これはGHZの幾何学的構造に起因するとされる。
• 10,000文明のGHZでは、非常にコリメートされたビームの無意識の捕獲は、非常に広いビームでなければほとんど起こらない。
• 文明は、低コストでネットワークを構築するために、意図的に弱くコリメートされたビームを使用する可能性がある。
• 光通信SETIは、地球を標的にした信号を検出する可能性が、恒星間通信の偶然の捕獲よりも高い。