SETI@Home, или Как миллионы людей искали следы внеземного разума
SETI@Home — краудсорсинг-проект для обработки данных радиотелескопов, запущенный в 1999 году, и первый масштабный проект в сфере распределенных вычислений в принципе. В этом посте мы подробней расскажем предысторию проекта, в котором на протяжении более 20 лет в разное время были задействованы несколько миллионов пользователей по всему миру. А кого-то даже увольняли за «использование рабочих компьютеров в личных целях» — и это ещё до бума майнинга.
Получение радиосигналов из космоса стало возможным благодаря изобретению американского физика Карла Янского. В 1920-х он как сотрудник Bell Telephone Laboratories получил задание найти источник сигнала, интерференция с которым ухудшала качество телефонной связи. Карл создал направленную антенну, принимавшую радиосигналы в ограниченном секторе, но при этом гораздо более чувствительную, чем стандартные всенаправленные антенны.
В ходе наблюдений антенна начала улавливать странные сигналы, источник которых не удавалось определить. Карл получал их даже когда направлял антенну прямо в небо. После долгих раздумий о происхождении сигналов, в 1931 году физику ничего не оставалось, кроме как признать их внеземное происхождение. Он выдвинул гипотезу, что сигналы поступают из центра нашей галактики, Млечного Пути.
В 1932 году Янский опубликовал отчеты о своих открытиях и вернулся к своей работе с телефонной связью. Его работами заинтересовался инженер Гроут Ребер. В 1937 году на заднем дворе своего дома он построил первый радиотелескоп с параболическим рефлектором; по сей день такая конструкция является наиболее распространенной. Основной результат работы Ребера — это радиокарта небосвода Северного полушария.
В 1957 под руководством английского астронома Бернарда Ловелла в графстве Чешир был построен крупнейший на тот момент радиотелескоп, который часто так и называют — телескоп Ловелла. Диаметр его чаши составлял около 76 метров. Телескоп заработал за несколько месяцев до запуска СССР первого искусственного спутника Земли и смог отследить его сигналы:
В 1959 году физики Джузеппе Кокони и Филипп Моррисон опубликовали в журнале Nature статью, где доказывали, что даже на имеющемся уровне развития радиоастрономии возможно отправлять и принимать радиосигналы сквозь огромные расстояния в космосе —, но со скоростью не больше скорости света.
Это создает большие ограничения. Эксперименты с радиовещанием начались менее полутора веков назад. Множество звезд в нашей галактике находятся на расстоянии в сотни тысяч световых лет. Получается, чтобы мы смогли принять сигналы столь отдаленных цивилизаций сейчас, они должны были открыть технологию радиопередачи чуть ли не миллионы лет назад. И если даже мы их примем, нет никакой гарантии, что в момент приема источник сигнала всё ещё существует. Актуальными с некоторой натяжкой могут быть только сигналы, полученные от ближайших небесных тел.
Чтобы хоть как-то сузить поиск, Кокони и Моррисон выделили в своей статье зоны космоса, где с большей вероятностью могла зародиться разумная жизнь. В него они включили звездные системы со звездами, подобными Солнцу, то есть не слишком горячими или холодными. По расчетам, жизненный цикл первых был слишком быстр для развития жизни, а во втором случае планеты уже перестают вращаться вокруг старых-старых звезд, что приводит к избытку света на одной стороне планеты, полной темноте на другой и, следовательно, невозможности развития жизни. Сегодня такую область космоса, пригодную для развития жизни, называют обитаемой зоной или зоной Златовласки.
Первым к поиску «разумных» радиосигналов приступил астрофизик Фрэнк Дрейк. Он создал проект «Озма», в рамках которого просканировал сигналы с Тау Кита и Эпсилон Эридана. Команда Дрейка не обнаружила радиосигналов, которые могли иметь искусственное происхождение. Но в результате этих ранних экспериментов мощные приемники стали сопровождать менее мощными антеннами, способными уловить лишь земные сигналы — так при сравнении данных с двух антенн их можно было отсеять.
В 1960 году Дрейк составил формулу для определения числа внеземных цивилизаций в Галактике, с которыми у человечества есть шанс вступить в контакт. Эта формула стала важным аргументом для финансирования проекта SETI, которое в 1971 году взяло на себя NASA.
Подходящих для проекта радиотелескопов немного, и специалисты SETI редко получали их в свое распоряжение — у государства существовали более приоритетные проекты. Чтобы продолжать исследования, энтузиасты SETI начали работать с массивами радиоданных, собранных телескопами во время выполнения других задач, пытаясь вычленить оттуда намеки на разумное происхождение. В основном это были шумы, но при этом всегда существовала вероятность обнаружения хотя бы слабого разумного внеземного радиосигнала.
Для анализа достаточно объема данных радиотелескопов требуются большие мощности. Но если проект SETI получал очень ограниченный доступ к радиотелескопам, то шанс занять время суперкомпьютеров был ещё ниже.
Новые перспективы для анализа данных открыл интернет. В 1999 году группа астрономов и компьютерных энтузиастов пришла к идее SETI@Home. Они создали приложение, которое работало как скринсейвер — то есть при простое компьютера загружало и анализировало небольшой фрагмент данных. На эти фрагменты были разбиты все массивы данных проекта SETI. После окончания анализа приложение отправляло его результаты на сервер SETI и принимало с него следующий фрагмент.
Проект начинался как любительский эксперимент, поэтому для распределения задач и сбора результатов приспособили только один обычный десктоп. Но уже на старте ребят ждал огромный успех: десятки, а со временем и сотни тысяч людей присоединились к SETI@Home. К счастью, на проект обратила внимание Sun Microsystems (куплена Oracle в 2010-м) и передала проекту небольшой парк компьютеров.
Получив необходимые мощности, проект быстро стал набирать популярность. Специально для SETI@Home специалисты университета Беркли разработали платформу для распределенных вычислений BOINC, которая по сей день применяется в распределенных исследованиях в различных областях — от астрономии до химии и биологии. В 2005 году проект SETI@Home был перенесен на эту платформу с собственной оригинальной. BOINC доступен для всех распространенных десктопных платформ, а также для Android. Энтузиасты даже смогли собрать дистрибутив для Playstation 3.
С помощью BOINC в рамках SETI@Home фрагменты радиосигналов анализировались пользователями на наличие следующих аномалий, выделяющихся в общем шуме:
пики в спектральной плотности мощности;
рост и падение мощности передатчика по гауссовой функции;
триплеты — три мощных пика подряд;
пульсирующие узкодиапазонные сигналы, напоминающие цифровые;
формы волны, соответствующие каким-либо сигналам.
Всего в SETI@Home успели поучаствовать более 5 млн разных пользователей по всему миру в течение более 2 млн часов. В 2008 году проект попал в книгу рекордов Гиннеса за наибольшее число операций с плавающей точкой — 890×1018. Для достоверных результатов в ходе проекта один и тот же фрагмент посылали для анализа на разные компьютеры, и результат, набравший необходимый кворум, заносился в общую базу.
Увы, проект SETI@Home не смог представить доказательства внеземной активности в диапазоне радиочастот. Лучшим кандидатом на искусственное происхождение за всю историю проекта считается радиосигнал SHGb02+14a, полученный обсерваторией Аресибо. Но даже здесь исследователи в основном сходятся в выводе, что сигнал может быть следствием неизвестного космического явления, сбоя телескопа или просто космическим шумом.
К концу 2010-х годов интерес к проекту упал. Обсерватория Аресибо, служившая основным источником данных, закрылась, а позднее её телескоп и вовсе обрушился. Преодолевать усиленные политики безопасности на рабочих и общественных компьютерах становилось всё сложнее. Berkeley Space Science Lab не могла достаточно финансировать проект, а остальных вложений было недостаточно. В результате 31 марта 2020 года программа прекратила рассылать данные для анализа. Создатели заявили, что SETI@Home получает всё меньше результатов обработки, и теперь они переходят к стадии анализа полученных данных.
Хотя SETI@Home и не достиг желанных сенсационных результатов, этот проект вдохновил множество других краудсорсинг-активностей в сфере распределенных вычислений. И кто знает, может, именно такие проекты откроют для человечества дверь в совершенно новую эру?
