[논문 리뷰] Can Collimated Extraterrestrial Signals be Intercepted?

Duncan H. Forgan|arXiv (Cornell University)|2014. 10. 27.

Space Science and Extraterrestrial Life참고 문헌 11인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 은하계 외계 문명으로부터의 의도하지 않은 빛의 레이저 빔을 지구가 수신할 수 있는지 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 평가한다. 연구 결과, 빔의 발산 각도가 약 0.1 라디안 이하로 좁을 경우를 제외하고는 수신 확률이 매우 낮으며, 이는 광학 SETI가 의도적으로 목표로 삼은 신호보다는 우연히 발생한 신호를 탐지하기보다는 더 높은 가능성을 가짐을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 우리가 의도적으로 향하지 않은 레이저 신호가 지구에 수신될 가능성을 평가하기 위해.
• 빔의 수렴 정도와 소통하는 문명의 수가 수신 빈도에 어떤 영향을 미치는지 규명하기 위해.
• 약간으로 수렴된 빔이 상호 연결된 문명 네트워크를 형성하는 데 비용 효율적인 전략이 될 수 있는지 탐색하기 위해.
• 광학 SETI 탐색에서 의도하지 않은 신호를 탐지할 수 있는지 가능성 평가하기 위해.

제안 방법

• 은하계 거주 가능 영역(GHZ) 내에서 문명 간의 간섭을 몬테카를로 실현 시뮬레이션으로 수행.
• 10,000개의 별이 지능적 문명을 수용하는 원형 반도형 GHZ를 모델링.
• 다양한 빔 발산 각도를 가진 수렴된 신호를 시뮬레이션하고 제3자에 의한 수신 빈도를 측정.
• 일정한 통신 빈도를 가정하고 시간에 따라 변화하는 시뮬레이션을 통해 빔의 교차 여부를 추적.
• 빔의 발산 각도와 소통하는 문명 비율에 따른 수신 빈도를 계산.
• 공간 분포와 빔 너비를 바탕으로 신호 교차 확률을 추정하기 위해 기하학적 및 통계적 모델 적용.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 수신 대상이 아닌 제3자에 의해 수렴된 성간 신호가 얼마나 자주 수신되는가?
• RQ2 빔의 발산 각도가 의도하지 않은 수신 확률에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 소통하는 문명의 수와 신호 수신 빈도 사이의 관계는 어떠한가?
• RQ4 약간으로 수렴된 빔이 소통하는 문명 간 네트워크를 구축하는 데 비용 효율적인 방법이 될 수 있는가?
• RQ5 GHZ의 기하학적 제약 조건이 이론적 기대치에 비해 수신 빈도에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 수신 빈도는 소통하는 문명 비율에 따라 선형적으로 증가하고, 빔 발산 각도에 따라 세제곱적으로 증가한다.
• 빔의 발산 각도가 약 0.1 라디안 이상일 경우를 제외하고는 수신이 거의 일어나지 않는다.
• 이론적 예측보다 더 강한 세제곱 의존성은 GHZ의 기하학적 구조 때문으로 기인된다.
• 10,000개의 문명이 존재하는 GHZ에서는 매우 수렴된 빔의 경우, 매우 넓은 빔이 아닐 경우 우연한 수신은 거의 불가능하다.
• 문명들은 더 낮은 비용으로 네트워크를 형성하기 위해 의도적으로 약간으로 수렴된 빔을 사용할 수 있다.
• 광학 SETI는 의도적으로 지구를 향해 보낸 신호를 탐지할 가능성이 우연한 성간 통신 수신보다 더 높다.