home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Groovy Bytes: Behind the Moon / groovybytes.iso / GROOVY / MISC / DIGITALU / DIG_AL05.ZIP / ETDETECT.ASC < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1995-04-14  |  41.3 KB  |  838 lines

  1.                              THE ELECTRONIC JOURNAL OF
  2.                      THE ASTRONOMICAL SOCIETY OF THE ATLANTIC
  3.  
  4.                         Volume 5, Number 5 - December 1993
  5.  
  6.        The Electronic Journal  of  the Astronomical Society of the Atlantic
  7.        (EJASA) is published monthly by  the  Astronomical  Society  of  the
  8.        Atlantic, Incorporated.  The   ASA  is  a  non-profit   organization
  9.        dedicated to the  advancement  of amateur and professional astronomy
  10.        and space exploration, as well as  the  social and educational needs
  11.        of its members.
  12.  
  13.             DETECTABILITY OF EXTRATERRESTRIAL TECHNOLOGICAL ACTIVITIES
  14.  
  15.                             Guillermo A. Lemarchand [1]
  16.  
  17.                     Center for Radiophysics and Space Research
  18.                     Cornell University, Ithaca, New York, 14853
  19.  
  20.             1 - Visiting Fellow under ICSC World Laboratory scholarship
  21.  
  22.             Present address:  University of Buenos Aires,
  23.                               C.C.8-Suc.25,
  24.                               1425 - Buenos Aires,
  25.                               Argentina
  26.  
  27.              This paper  was  originally  presented  at the  Second  United
  28.            Nations/European Space Agency Workshop on Basic Space Science
  29.  
  30.              Co-organized by The Planetary Society in cooperation with
  31.           the Governments of Costa Rica and Colombia, 2-13 November 1992,
  32.                       San Jose, Costa Rica - Bogota, Colombia
  33.  
  34.        Introduction
  35.  
  36.        If we want  to  find  evidence for the existence of extraterrestrial
  37.        civilizations (ETC), we must work  out an observational strategy for
  38.        detecting this evidence  in order to establish the various  physical
  39.        quantities in which it involves.  This information must be carefully
  40.        analyzed so that  it  is neither over-interpreted nor overlooked and
  41.        can be checked by independent researchers.
  42.  
  43.                                       Page 1
  44.  
  45.  
  46.  
  47.  
  48.  
  49.        The physical laws  that govern the Universe are the same everywhere,
  50.        so we can use our knowledge of these  laws  to  search  for evidence
  51.        that would finally   lead   us   to   an  ETC.   In   general,   the
  52.        experimentalist studies a   system   by   imposing  constraints  and
  53.        observing the system's response to a controlled stimulus.
  54.  
  55.        The variety of these constraints  and  stimuli  may  be  extended at
  56.        will, and experiments  can  become  arbitrarily  complex.    In  the
  57.        problem of the  Search  for Extraterrestrial Intelligence (SETI), as
  58.        well as in conventional astronomy,  the  mean  distances are so huge
  59.        that the "researcher" can only observe what is received.   He or she
  60.        is entirely dependent  on  the carriers of information that transmit
  61.        to him or her all he or she may learn about the Universe.
  62.  
  63.        Information carriers, however, are  not  infinite  in  variety.  All
  64.        information we currently have about the Universe  beyond  our  solar
  65.        system has been  transmitted  to  us  by  means  of  electromagnetic
  66.        radiation (radio, infrared, optical,  ultraviolet, X-rays, and gamma
  67.        rays), cosmic ray particles (electrons and atomic nuclei),  and more
  68.        recently by neutrinos.
  69.  
  70.        There is another possible physical carrier, gravitational waves, but
  71.        they are extremely difficult to detect.
  72.  
  73.        For the long  future  of humanity, there have also been speculations
  74.        about interstellar automatic probes  that  could  be  sent  for  the
  75.        detection of extrasolar life forms around the nearby stars.
  76.  
  77.        Another set of   possibilities   could   be   the    detection    of
  78.        extraterrestrial artifacts in  our  solar system, left here by alien
  79.        intelligences that want to reveal their visits to us.
  80.  
  81.        Table 1 summarizes the possible "information  carriers" that may let
  82.        us find the evidence of an extraterrestrial civilization,  according
  83.        to our knowledge  of  the  laws  of  physics.  The classification of
  84.        techniques in Table  1  is  not  intended  to  be  complete  in  all
  85.        respects.
  86.  
  87.        Thus, only a few fundamental particles have been listed.  No attempt
  88.        has been made  to  include any antiparticles.  This  classification,
  89.        like any such  scheme,  is also quite arbitrary.  Groupings could be
  90.        made into different "astronomies".
  91.  
  92.  
  93.  
  94.  
  95.  
  96.  
  97.  
  98.  
  99.  
  100.  
  101.  
  102.  
  103.  
  104.  
  105.  
  106.  
  107.  
  108.  
  109.                                       Page 2
  110.  
  111.  
  112.  
  113.  
  114.  
  115.                                TABLE 1: Information Carriers
  116.  
  117.                                         |-
  118.                                         | Radio Waves
  119.                                         | Infrared Rays
  120.                       |-                | Optical Rays
  121.                       | Photon Astronomy| Ultraviolet Rays
  122.                       |                 | X-Rays
  123.            Boson      |                 | Gamma Rays
  124.            Astronomy  |                 |-
  125.                       | Graviton Astronomy: Gravity Waves
  126.                       |-                     |-
  127.                                              | Neutrinos
  128.                     |-           |-  Fermions| Electrons   |-
  129.                     | Atomic     |           | Protons     | Cosmic
  130.                     | Microscopic|           |-            | Rays
  131.                     | Particles  |   Heavy Particles       |-
  132.           Particle  |            |-
  133.           Astronomy |                      |-
  134.                     | Macroscopic Particles|       Meteors, meteorites,
  135.                     | or objects           |       meteoritic dust
  136.                     |-                     |-
  137.                         |-
  138.                         | Space Probes
  139.            Direct       | Manned Exploration
  140.            Techniques   |  ET  Astroengineering  Activities  in  the  Solar
  141.                                                                 System
  142.                         |-
  143.  
  144.        The methods of collecting this information  as  it  arrives  at  the
  145.        planet Earth make it immediately obvious that it  is  impossible  to
  146.        gather all of  it  and measure all its components.  Each observation
  147.        technique acts as an information filter.   Only  a fraction (usually
  148.        small) of the complete information can be gathered.   The  diversity
  149.        of these filters  is  considerable.   They  strongly  depend  on the
  150.        available technology at the time.
  151.  
  152.        In this paper a review of the advantages  and  disadvantages of each
  153.        "physical carrier" is examined, including the case that the possible
  154.        ETCs are using them for interstellar communication purposes, as well
  155.        as the  possibility  of  detection  activities  of  extraterrestrial
  156.        technologies.
  157.  
  158.                Classification of Extraterrestrial Civilizations
  159.  
  160.        The analysis of  the  use  of  each  information  carrier are deeply
  161.        connected with the assumption of  the  level  of  technology  of the
  162.        other civilization.
  163.  
  164.        Kardashev (1964) established a general criteria regarding  the types
  165.        of activities of   extraterrestrial   civilizations   which  can  be
  166.        detected at the present level of development.  The most general
  167.        parameters of these activities are  apparently ultra-powerful energy
  168.        sources, harnessing of  enormous solid masses, and the  transmission
  169.        of large quantities of information of different kinds through space.
  170.  
  171.        According to Kardashev, the first two parameters are a prerequisite
  172.        for any activity of a supercivilization.  In this way, he suggested
  173.  
  174.  
  175.                                       Page 3
  176.  
  177.  
  178.  
  179.  
  180.  
  181.        the following classification     of     energetically    extravagant
  182.        civilizations:
  183.  
  184.            TYPE I:   A level "near" contemporary  terrestrial  civilization
  185.                     with an  energy  capability  equivalent  to  the  solar
  186.                     insolation on Earth, between 10exp16 and 10exp17 Watts.
  187.  
  188.            TYPE II:  A civilization capable of utilizing and channeling the
  189.                      entire radiation output of its star.  The energy
  190.                      utilization would then be comparable to the luminosity
  191.                      of our Sun, about 4x1026 Watts.
  192.  
  193.            TYPE III:  A civilization with access to the power comparable
  194.                       to the luminosity of the entire Milky Way galaxy,
  195.                       about 4x10exp37 Watts.
  196.  
  197.        Kardashev also examined  the  possibilities  in cosmic communication
  198.        which attend the investment of most  of  the  available  power  into
  199.        communication.  A Type II civilization could transmit  the  contents
  200.        of one hundred  thousand  average-sized  books  across the galaxy, a
  201.        distance of one  hundred  thousand   light   years,   in   a   total
  202.        transmitting time of one hundred seconds.  The transmission  of  the
  203.        same information intended  for  a  target  ten  million  light years
  204.        distant, a typical intergalactic distance, would take a transmission
  205.        time of a few weeks.
  206.  
  207.        A Type III civilization could transmit the same information over a
  208.        distance of ten billion light years, approximately the radius of the
  209.        observable Universe, with a transmission time of just three seconds.
  210.  
  211.        Kardashev and Zhuravlev (1992) considered  that the highest level of
  212.        development corresponds to the highest level of utilization of solid
  213.        space structures and the highest level of energy consumption.
  214.  
  215.        For this assumption, they considered the temperature  of solid space
  216.        structures in the  range  3  Kelvin  s T s 300 K, the consumption of
  217.        energy in the  range  1 Luminosity  (Sun)  s  L  s  10exp12  L(Sun),
  218.        structures with sizes up to 100 kiloparsecs (kpc),  and distances up
  219.        to Dw 1000 mega-parsecs (mpc).  One parsec equals 3.26 light years.
  220.  
  221.        Searching for these  structures  is  the  domain  of millimeter wave
  222.        astronomy.  For the 300 Kelvin technology, the maximum emission
  223.        occurs in the infrared region (15-20 micrometers) and searching is
  224.        accomplished with infrared observations from Earth and space.  The
  225.        existing radio surveys of the sky  (lambda  =  6 centimeters (cm) on
  226.        the ground and lambda = 3 millimeters (mm) for the Cosmic Background
  227.        Explorer (COBE) satellite) place an essential limit on the abundance
  228.        of ETC 3   Kelvin   technology.   The  analyzes  of   the   Infrared
  229.        Astronomical Satellite (IRAS)   catalog  of  infrared  sources  sets
  230.        limitations on the abundance of 300 Kelvin technology.
  231.  
  232.                Information Carriers and the Manifestations of Advanced
  233.                Technological Civilizations
  234.  
  235.                Boson and Photon Astronomy
  236.  
  237.        Electromagnetic radiation carries  virtually  all the information on
  238.        which modern astrophysics    is    built.     The   production    of
  239.        electromagnetic radiation is directly related to the physical
  240.  
  241.                                       Page 4
  242.  
  243.  
  244.  
  245.  
  246.  
  247.        conditions prevailing in   the  emitter.   The  propagation  of  the
  248.        information carried by electromagnetic  waves  (photons) is affected
  249.        by the conditions  along  its  path.   The trajectories  it  follows
  250.        depend on the local curvature of the Universe, and thus on the local
  251.        distribution of matter  (gravitational lenses), extinction affecting
  252.        different wavelengths unequally,   neutral  hydrogen  absorbing  all
  253.        radiation below the  Lyman  limit  (91.3  mm),  and  absorption  and
  254.        scattering by interstellar  dust,  which  is  more  severe  at short
  255.        wavelengths.
  256.  
  257.        Interstellar plasma absorbs  radio  wavelengths  of  kilometers  and
  258.        above, while the  scintillations  caused  by  them   become  a  very
  259.        important effect for  the  case  of  ETC  radio messages (Cordes and
  260.        Lazio, 1991).
  261.  
  262.        The inverse Compton effect lifts low-energy photons to high energies
  263.        in collisions with relativistic electrons,  while  gamma  and  X-ray
  264.        photons lose energy  by  the direct Compton effect.   The  radiation
  265.        reaching the observer  thus bears the imprint of both the source and
  266.        the accidents of its passage though space.
  267.  
  268.        The Universe observable  with  electromagnetic  radiation  is  five-
  269.        dimensional.  Within this   phase,  four  dimensions   -   frequency
  270.        coverage plus spatial,  spectral,  and temporal resolutions - should
  271.        properly be measured logarithmically with each unit corresponding to
  272.        one decade (Tarter,  1984).  The fifth  dimension  is  polarization,
  273.        which has four possible states:  Circular, linear,  elliptical,  and
  274.        unpolarized.
  275.  
  276.        This increases the volume of logarithmic phase space fourfold.
  277.  
  278.        It is useful  to  attempt to estimate the volume of the search space
  279.        which may need to be explored to detect an ETC signal.  For the case
  280.        of electromagnetic waves, we have a "Cosmic Haystack" with an eight-
  281.        dimensional phase space.  Three spatial  dimensions  (coordinates of
  282.        the source), one  dimension  for  the  frequency  of  emission,  two
  283.        dimensions for the   polarization,   one   temporal   dimension   to
  284.        synchronize transmissions with receptions, and one dimension for the
  285.        sensitivity of the receiver or the transmission power.
  286.  
  287.        If we consider  only  the microwave  region  of  the  spectrum  (300
  288.        megahertz (MHz) to  300 gigahertz (GHz)), it is easy  to  show  that
  289.        this Cosmic Haystack  has  roughly  10exp29  cells,  each  of 0.1 Hz
  290.        bandwidth, per the number of directions  in  the  sky  in  which  an
  291.        Arecibo (305-meter) radio  telescope  would need to  be  pointed  to
  292.        conduct an all-sky  survey, per a sensitivity between 10exp(-20) and
  293.        10exp(-30) [W m-2], per two polarizations.   The  temporal dimension
  294.        (synchronization between transmission   and   reception)   was   not
  295.        considered in the   calculation.    The  number  of  cells  increase
  296.        dramatically if we  expand  our  search  to  other  regions  of  the
  297.        electromagnetic spectrum.  Until now, only a small  fraction  of the
  298.        whole Haystack has been explored (w 10exp(-15) - 10exp(-16)).
  299.  
  300.  
  301.  
  302.  
  303.  
  304.  
  305.  
  306.  
  307.                                       Page 5
  308.  
  309.  
  310.  
  311.  
  312.  
  313.  
  314.             TABLE 2: Characteristics of the Electromagnetic Spectrum
  315.  
  316.               (All the numbers that follows each 10 are exponents.)
  317.        ==================================================================
  318.        Spectrum      Frequency          Wavelength        Minimum Energy
  319.        Region        Region [Hz]        Region [m]        per photon [eV]
  320.  
  321.        ==================================================================
  322.         Radio         3x106-3x1010       100-0.01          10-8 - 10-6
  323.         Millimeter    3x1010-3x1012      0.01-10-4         10-6 - 10-4
  324.         Infrared      3x1012-3x1014      10-4-10-6         10-4 - 10-2
  325.         Optical       3x1014-1015        10-6-3x10-7       10-2 - 5
  326.         Ultraviolet   1015-3x1016        3x10-7-10-8       5 - 102
  327.         X-rays        3x1016-3x1019      10-8-10-11        102 - 105
  328.         Gamma-rays    r3x1019            s10-11            r105
  329.        ==================================================================
  330.  
  331.        Radio Waves
  332.  
  333.        In the last  thirty  years,  most  of  the  SETI  projects have been
  334.        developed in the radio region of  the  electromagnetic  spectrum.  A
  335.        complete description of the techniques that all the present and
  336.        near-future SETI programs are using for detecting extraterrestrial
  337.        intelligence radio beacons  can be found elsewhere  (e.g.,  Horowitz
  338.        and Sagan, 1993).  The general hypothesis for this kind of search is
  339.        that there are   several   civilizations  in  the  galaxy  that  are
  340.        transmitting omnidirectional radio  signals  (civilization Type II),
  341.        or that these civilizations are beaming these kind  of  messages  to
  342.        Earth.  In this  section  we  will discuss only the detectability of
  343.        extraterrestrial technological manifestations in the radio spectrum.
  344.  
  345.        Domestic Radio Signals
  346.  
  347.        Sullivan et al (1978) and Sullivan (1981) considered the possibility
  348.        of eavesdropping on  radio emissions  inadvertently  "leaking"  from
  349.        other technical civilizations.  To better understand the information
  350.        which might be derived from radio leakage, the case  of  our  planet
  351.        Earth was analyzed.   As  an  example,  they  showed that the United
  352.        States Naval Space  Surveillance   System   (Breetz,  1968)  has  an
  353.        effective radiated power of 1.4x10exp (10) watts into a bandwidth of
  354.        only 0.1 Hz.   Its  beam  is  such  that  any  eavesdropper  in  the
  355.        declination range of zero to 33 degrees (28 percent of the sky) will
  356.        be illuminated daily  for  a  period of roughly seven seconds.  This
  357.        radar has a detectability range of  leaking  terrestrial  signals to
  358.        sixty light years  for an Arecibo-type (305-meter)  antenna  at  the
  359.        receiving end, or  six  hundred light years for a Cyclops array (one
  360.        thousand dishes of 100-meter size each).
  361.  
  362.        Recently Billingham and Tarter (1992) estimated the maximum range at
  363.        which radar signals from Earth could be detected by a search similar
  364.        to the NASA High Resolution Microwave  Survey  (HRMS)  assumed to be
  365.        operating somewhere in  the  Milky  Way galaxy.  They  examined  the
  366.        transmission of the  planetary  radar  of  Arecibo and the ballistic
  367.        missile early warning  systems  (BMEWS).   For  the  calculation  of
  368.        maximum range R, the standard range equation is:
  369.  
  370.                R=(EIRP/(4PI PHImin))exp(1/2)
  371.  
  372.  
  373.                                       Page 6
  374.  
  375.  
  376.  
  377.  
  378.  
  379.        Where PHImin is  the  sensitivity  of  the search system in [W m-2].
  380.        For the NASA HRMS Target Search PHImin  =  10exp  (-27)  and for the
  381.        NASA HRMS Sky Survey PHImin w 10exp(-23) (f)exp(1/2), where f is the
  382.        frequency in GHz.  Table 3 shows the distances where the Arecibo and
  383.        BMEWS transmissions could  be  detected  by  a  similar   NASA  HRMS
  384.        spectrometer.
  385.  
  386.          TABLE 3: HRMS Sensitivity for Earth's Most Powerful Transmissions:
  387.  
  388.        ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
  389.  
  390.                               ARECIBO PLANETARY RADAR
  391.  
  392.         (1) TARGETED SEARCH                   MAXIMUM RANGE (light years)
  393.  
  394.               Unswitched
  395.                  With CW detector               4217
  396.                  With pulse detector            2371
  397.               Switched
  398.                  With CW detector               94
  399.                  With pulse detector            290
  400.  
  401.         (2) SKY SURVEY
  402.  
  403.               Unswitched
  404.                  CW detector                    77
  405.               Switched
  406.                  CW detector                    9
  407.  
  408.  
  409.                                               BMEWS
  410.  
  411.         (1) TARGETED SEARCH
  412.               Pulse transmit CW detector        6
  413.               Pulse transmit pulse detector    19
  414.  
  415.         (2) SKY SURVEY
  416.               Pulse transmit CW detector        0.7
  417.  
  418.        ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
  419.  
  420.        All these calculations assumed that the transmitting civilization is
  421.        at the same level of technological evolution as ours on Earth.
  422.  
  423.        Von Hoerner (1961) classified the possible nature of the ETC signals
  424.        into three general  possibilities:  Local communication on the other
  425.        planet, interstellar communication  with  certain distinct partners,
  426.        and a desire  to attract the attention of unknown  future  partners.
  427.        Thus he named  them  as  local  broadcast,  long-distance calls, and
  428.        contacting signals (beacons).  In  most of the past fifty SETI radio
  429.        projects, the strategy  was  with  the  hypothesis  that  there  are
  430.        several civilizations transmitting omnidirectional beacon signals.
  431.  
  432.        Unfortunately, no one has been able to show any positive evidence
  433.        of this kind of beacon signal.
  434.  
  435.        Another possibility is   the   radio   detection   of   interstellar
  436.        communications between an ETC planet  and  possible  space vehicles.
  437.        Vallee and Simard-Normandin (1985) carried out a search for these
  438.  
  439.                                       Page 7
  440.  
  441.  
  442.  
  443.  
  444.  
  445.        kind of signals  near  the  galactic  center.   Because  one  of the
  446.        characteristics of artificial transmitters (television, radar, etc.)
  447.        is the highly  polarized  signal   (Sullivan  et  al,  1978),  these
  448.        researchers made seven observing runs of roughly three  days each in
  449.        a program to  scan  for  strongly  polarized  radio  signals  at the
  450.        wavelength of lambda=2.82 cm.
  451.  
  452.        Radar Warning Signals
  453.  
  454.        Assuming that there is a certain  number  N  of civilizations in the
  455.        galaxy at or  beyond  our  own  level  of  technical  facility,  and
  456.        considering that each  civilization is on or near a planet of a Main
  457.        Sequence star where  the planetoid  and  comet  impact  hazards  are
  458.        considered as serious   as   here,  Lemarchand  and   Sagan   (1993)
  459.        considered the possibility  for detecting some of these "intelligent
  460.        activities" developed to  warn  of   these   potentially   dangerous
  461.        impacts.
  462.  
  463.        Because line-of-sight radar astrometric measurements have much finer
  464.        intrinsic fractional precision  than  their  optical  plane-of-sight
  465.        counterparts, they are   potentially   valuable   for  refining  the
  466.        knowledge of planetoid and comet  orbits.   Radar  is  an  essential
  467.        astrometric tool, yielding both a direct range to  a  nearby  object
  468.        and the radial  velocity  (with  respect  to  the observer) from the
  469.        Doppler shifted echo (Yeomans et  al,  1987,  Ostro et al, 1991, and
  470.        Yeomans et al, 1992).
  471.  
  472.        Since in our  solar  system, most of Earth's nearby  planetoids  are
  473.        discovered as a  result  of their rapid motion across the sky, radar
  474.        observations are therefore   often    immediately    possible    and
  475.        appropriate.
  476.  
  477.        A single radar   detection  yields  astronomy  with   a   fractional
  478.        precision that is  several hundred times better than that of optical
  479.        astrometry.
  480.  
  481.        The inclusion of radar with the optical  data  in the orbit solution
  482.        can quickly and  dramatically  reduce future ephemeris  uncertainty.
  483.        It provides both impact parameter and impact ellipse estimates.
  484.  
  485.        This kind of radar research gives a clearer picture of the object to
  486.        be intercepted and  the  orientation  of  asymmetric bodies prior to
  487.        interception.  This is  particularly   important  for  eccentric  or
  488.        multiple objects.
  489.  
  490.        Radar is also the unique tool capable for making  a  survey  of such
  491.        small objects at  all  angles  with respect to the central star.  It
  492.        can also measure reflectivity and polarization to obtain physical
  493.        characteristics and composition.
  494.  
  495.        For this case,  we  can assume that  each  of  the  extraterrestrial
  496.        civilizations in the  galaxy  maintains  as good a  radar  planetoid
  497.        and/or comet detection and analysis facility as is needed, either on
  498.        the surface of  their  planet, in orbit, or on one of their possible
  499.        moons.
  500.  
  501.        The threshold for the Equivalent Isotropic  Radiated Power (EIRP) of
  502.        the radar signal  could  be  roughly estimated by the  size  of  the
  503.        object (D) that they want to detect (according to the impact hazard)
  504.  
  505.                                       Page 8
  506.  
  507.  
  508.  
  509.  
  510.  
  511.        and the distance  to  the  inhabited  planet  (R),  in order to have
  512.        enough time to avoid the collision.
  513.  
  514.        One of the  most  important  issues   for   the   success   of  SETI
  515.        observations on Earth is the ability of an observer to detect an ETC
  516.        signal.  This factor is proportional to the received  spectral  flux
  517.        density of the radiation.  That is, the power per unit area per unit
  518.        frequency interval.  The  flux  density  will be proportional to the
  519.        EIRP divided by the spectral bandwidth  of  the  transmitting  radar
  520.        signals B.
  521.  
  522.        The EIRP is  defined  as  the product of the transmitted  power  and
  523.        directive antenna gain  in  the  direction of the receiver as EIRP =
  524.        PT.G, where PT is the transmitting  power  and  G  the antenna gain.
  525.        This quantity has units of [W/Hz].
  526.  
  527.        According to the kind of object that the ETC wants to detect (nearby
  528.        planetoids, comets, spacecraft, etc.), the distance  from  the radar
  529.        system and the  selected  wavelength,  a  galactic civilization that
  530.        wants to finish a full-sky survey  in only one year, will arise from
  531.        a modest "Type 0" (w10exp13 W/Hz, Rw0.4 A.U., Dw5000 m, and lambdaw1
  532.        m) to the  transition  from "Type I" to "Type II" (w2x10exp24  W/Hz,
  533.        Rw0.4 A.U., Dw10 m, lambdaw1 mm).
  534.  
  535.        Lemarchand and Sagan (1993) also presented a detailed description of
  536.        the expected signal  characteristics,  as well as the most favorable
  537.        positions in the sky to find one of  these  signals.  They also have
  538.        compared the capability of detection of these transmissions  by each
  539.        present and near future SETI projects.
  540.  
  541.        Infrared Waves
  542.  
  543.        There have been  some proposals to search in the infrared region for
  544.        beacon signals beamed at us (Lawton, 1971, and Townes, 1983).
  545.  
  546.        Basically, the higher  gain  available   from  antennas  at  shorter
  547.        wavelengths (up to 10exp14 Hz) compensates for the higher quantum
  548.        noise in the   receiver   and  wider  noise  bandwidth   at   higher
  549.        frequencies.
  550.  
  551.        One concludes that  for  the  same  transmitter  powers and directed
  552.        transmission which takes advantage of the high gain, the detectable
  553.        signal-to-noise ratio is comparable at 10 micro-m and 21 cm.  Since
  554.        non-thermal carbon dioxide (CO2) emissions have been detected in the
  555.        atmospheres of both Venus and Mars (Demming and Mumma, 1983), Rather
  556.        (1991) suggested the possibility that an advanced society could
  557.        construct transmitters of enormous  power  by orbiting large mirrors
  558.        to create a high-gain maser from the natural amplification  provided
  559.        by the inverted atmospheric lines.
  560.  
  561.        An observation program  around three hundred nearby solar-type stars
  562.        has just begun  (Tarter,  1992)   by   Albert  Betz  (University  of
  563.        Colorado) and Charles Townes (University of California at Berkeley).
  564.  
  565.        These observations are currently being made on one  of  the two 1.7-
  566.        meter elements of an IR interferometer at Mount Wilson observatory.
  567.  
  568.        On average, 21  hours  of  observing time per month is available for
  569.        searching for evidence of technological signals.
  570.  
  571.                                       Page 9
  572.  
  573.  
  574.  
  575.  
  576.  
  577.        Dyson (1959, 1966)   proposed   the   search   for  huge  artificial
  578.        biospheres created around a star by an intelligent species as part
  579.        of its technological growth and expansion within a planetary system.
  580.  
  581.        This giant structure would most  likely  be  formed  by  a  swarm of
  582.        artificial habitats and   mini-planets   capable   of   intercepting
  583.        essentially all the radiant energy from the parent star.
  584.  
  585.        According to Dyson  (1966),  the mass of a planet like Jupiter could
  586.        be used to  construct an immense  shell  which  could  surround  the
  587.        central star, having a radius of one Astronomical Unit  (A.U.).  The
  588.        volume of such a sphere would be 4cr2S, where r is the radius of the
  589.        sphere (1 A.U.)  and  S the thickness.  He imagined a shell or layer
  590.        of rigidly built objects Dw10exp6 kilometers in diameter arranged to
  591.        move in orbits  around the star.   The  minimum  number  of  objects
  592.        required to form  a  complete  spherical  shell  [2]  is  about  N=4
  593.        PIrexp2/Dexp2w2x10exp5 objects.
  594.  
  595.        This kind of  object,  known  as  a  "Dyson Sphere", would be a very
  596.        powerful source of infrared radiation.   Dyson predicted the peak of
  597.        the radiation at ten micrometers.
  598.  
  599.        The Dyson Sphere is certainly a grand, far-reaching  concept.  There
  600.        have been some  investigations to find them in the IRAS database (V.
  601.        I. Slysh, 1984;  Jugaku  and  Nishimura,  1991;  and  Kardashev  and
  602.        Zhuravlev, 1992).
  603.  
  604.        ==================================================================
  605.            2 - The concept of this extraterrestrial construct was first
  606.            described in the science fiction novel STAR MAKER by Olaf
  607.            Stapledon in 1937.
  608.        ==================================================================
  609.  
  610.        Optical Waves
  611.  
  612.        In the radio domain, there have been several proposals  to  use  the
  613.        visible region of  the  spectrum  for  interstellar  communications.
  614.        Since the first proposal by Schwartz  and  Townes  (1961), intensive
  615.        research has been  performed  on  the  possible use  of  lasers  for
  616.        interstellar communication.
  617.  
  618.        Ross (1979) examined  the  great advantages of using short pulses in
  619.        the nanosecond regime at high energy  per  pulse  at  very  low duty
  620.        cycle.
  621.  
  622.        This proposal was  experimentally explored by Shvartsman  (1987) and
  623.        Beskin (1993), using a Multichannel Analyzer of Nanosecond Intensity
  624.        Alterations (MANIA), from  the  six-meter telescope in Russia.  This
  625.        equipment allows photon arrival  times  to  be  determined  with  an
  626.        accuracy of 5x10exp(-8)  seconds,  the  dead time being  3x10exp(-7)
  627.        seconds and the  maximum  intensity  of  the incoming photon flux is
  628.        2x10exp4 counts/seconds.
  629.  
  630.        In 1993, MANIA  was  used  from  the  2.15-meter  telescope  of  the
  631.        Complejo Astronomico El  Leoncito  in  Argentina, to  examine  fifty
  632.        nearby solar-type stars for the presence of laser pulses (Lemarchand
  633.        et al, 1993).
  634.  
  635.        Other interesting proposals and analysis of the advantages of lasers
  636.  
  637.                                       Page 10
  638.  
  639.  
  640.  
  641.  
  642.  
  643.        for interstellar communications  have been performed by Betz (1986),
  644.        Kingsley (1992), Ross (1980), and Rather (1991).
  645.  
  646.        The first international  SETI  in   the   Optical  Spectrum  (OSETI)
  647.        Conference was organized by Stuart Kingsley, under  the  sponsorship
  648.        of The International   Society   for  Optical  Engineering,  at  Los
  649.        Angeles, California, in January of 1993.
  650.  
  651.        There have also been independent suggestions by Drake and Shklovskii
  652.        (Sagan and Shklovskii,  1966)  that  the  presence  of  a  technical
  653.        civilization could be  announced  by  the dumping of  a  short-lived
  654.        isotope, one which  would  not  ordinarily  be expected in the local
  655.        stellar spectrum, into the atmosphere of a star.  Drake suggested an
  656.        atom with a  strong, resonant absorption  line,  which  may  scatter
  657.        about 10exp8 photons  sec  -1  in  the stellar radiation  field.   A
  658.        photon at optical  frequencies has an energy of about 10exp(-12) erg
  659.        or 0.6 eV, so each atom will scatter  about  10exp(-4)  erg sec-1 in
  660.        the resonance line.  If we consider that the typical  spectral  line
  661.        width might be  about  1  ^O,  and  if  we assume that a ten percent
  662.        absorption will be  detectable, then  this  "artificial  smog"  will
  663.        scatter about (1A/5000A)x10exp(-1)  =  2x10exp(-5)   of   the  total
  664.        stellar flux.
  665.  
  666.        Sagan and Shklovskii  (1966) considered that if the central star has
  667.        a typical solar flux of 4x10exp33  erg  sec-1, it must scatter about
  668.        8x10exp28 erg sec-1  for  the line to be detected.   Thus,  the  ETC
  669.        would need (8x10exp28)/10exp(-4)  =  8x10exp32 atoms.  The weight of
  670.        the hydrogen atom (mH) is 1.66x10exp(-24)  g,  so  the  weight of an
  671.        atom of atomic weight n is nxmH grams.
  672.  
  673.        Drake proposed the used of Technetium (Tc) for this  purpose.   This
  674.        element is not  found  on  Earth  and  its presence is observed very
  675.        weakly in the Sun, in part because  it  is  short-lived.   Tc's most
  676.        stable form decays  radioactively  within  an  average   of   twenty
  677.        thousand years.  Thus,  for  the  case  of Tc, we need to distribute
  678.        some 1.3x10exp11 grams, or 1.3x10exp5 tons, of this element into the
  679.        stellar spectrum.  However, technetium  lines have not been found in
  680.        stars of solar spectral type, but rather only in peculiar ones known
  681.        as S stars.   We  must know more than we do about  both  normal  and
  682.        peculiar stellar spectra  before we can reasonably conclude that the
  683.        presence of an unusual atom in an  stellar  spectrum  is  a  sign of
  684.        extraterrestrial intelligence.
  685.  
  686.        Whitmire and Wright  (1980)  considered  the possible  observational
  687.        consequences of galactic  civilizations  which  utilize  their local
  688.        star as a repository for radioactive  fissile  waste material.  If a
  689.        relatively small fraction  of  the nuclear sources  present  in  the
  690.        crust of a   terrestrial-type  planet  were  processed  via  breeder
  691.        reactors, the resulting  stellar   spectrum   would  be  selectively
  692.        modified over geological time periods, provided that  the star has a
  693.        sufficiently shallow outer  convective  zone.   They  have estimated
  694.        that the abundance anomalies resulting from the slow neutron fission
  695.        of plutonium-239 and uranium-233 could  be duplicated (compared with
  696.        the natural nucleosynthesis processes), if this process takes place.
  697.  
  698.        Since there are no known natural nucleosynthesis mechanisms that can
  699.        qualitatively duplicate the   asymptotic  fission  abundances,   the
  700.        predicted observational characteristics   (if  observed)  could  not
  701.        easily be interpreted as a natural phenomenon.  They have suggested
  702.  
  703.                                       Page 11
  704.  
  705.  
  706.  
  707.  
  708.  
  709.        making a survey of A5-F2 stars for (1) an anomalous overabundance of
  710.        the elements of praseodymium and neodymium, (2) the presence, at any
  711.        level, of technetium or plutonium, and (3) an anomalously high ratio
  712.        of barium to   zirconium.    Of  course,  if  a  candidate  star  is
  713.        identified, a more detailed spectral analysis could be performed and
  714.        compared with the predicted ratios.
  715.  
  716.        Following the same  kind  of  ideas,   Philip   Morrison   discussed
  717.        (Sullivan, 1964) converting one's sun into a signaling light by
  718.        placing a cloud of particles in orbit around it.   The  cloud  would
  719.        cut enough light  to  make  the  sun appear to be flashing when seen
  720.        from a distance, so long as the viewer was close to the plane of the
  721.        cloud orbit.  Particles about one  micron in size, he thought, would
  722.        be comparatively resistant  to disruption.  The mass  of  the  cloud
  723.        would be comparable  to  that of a comet covering an area of the sky
  724.        five degrees wide, as seen from  the  sun.   Every  few  months, the
  725.        cloud would be shifted to constitute a slow form of  signaling,  the
  726.        changes perhaps designed to represent algebraic equations.
  727.  
  728.        Reeves (1985) speculated  on  the  origin of mysterious stars called
  729.        blue stragglers.  This class of star was first identified by Sandage
  730.        (1952).  Since that time, no clear  consensus upon their origins has
  731.        emerged.  This is  not,  however,  due to a paucity  of  theoretical
  732.        models being devised.   Indeed,  a  wealth of explanations have been
  733.        presented to explain the origins of  this star class.  The essential
  734.        characteristic of the blue stragglers is that they  lie on, or near,
  735.        the Main Sequence,  but  at  surface  temperatures  and luminosities
  736.        higher than those stars which define the cluster turnoff.
  737.  
  738.        Reeves (1985) suggested the intervention  of  the  inhabitants  that
  739.        depend on these  stars  for  light and heat.  According  to  Reeves,
  740.        these inhabitants could  have  found  a  way  of keeping the stellar
  741.        cores well-mixed with hydrogen,  thus  delaying  the  Main  Sequence
  742.        turn-off and the ultimately destructive, red giant phase.
  743.  
  744.        Beech (1990) made a more detailed analysis of Reeves' hypothesis and
  745.        suggested an interesting  list  of  mechanisms for  mixing  envelope
  746.        material into the core of the star.  Some of them are as follows:
  747.  
  748.          o  Creating a "hot spot" between the stellar core and surface
  749.             through the detonation of a series of hydrogen bombs.  This
  750.             process may alternately be achieved by aiming "a powerful,
  751.             extremely concentrated laser beam" at the stellar surface.
  752.  
  753.          o  Enhanced stellar rotation and/or enhanced magnetic fields.
  754.             Abt (1985) suggested from his studies of blue stragglers that
  755.             meridional mixing in rapidly rotating stars may enhance their
  756.             Main Sequence lifetime.
  757.  
  758.        If some of  these  processes  can  be  achieved,  the  Main Sequence
  759.        lifetime may be greatly extended by  factors  of ten or more.  It is
  760.        far too early to establish, however, whether all the blue stragglers
  761.        are the result of astroengineering activities.
  762.  
  763.        Editor's Note:  References to this paper will be published in Part 2
  764.                        in the January 1994 issue of the EJASA.
  765.  
  766.  
  767.  
  768.  
  769.                                       Page 12
  770.  
  771.  
  772.  
  773.  
  774.  
  775.        Related EJASA Articles -
  776.  
  777.          "Does Extraterrestrial Life Exist?", by Angie Feazel
  778.           - November 1989
  779.  
  780.          "Suggestions for an Intragalactic Information Exchange System",
  781.           by Lars W. Holm - November 1989
  782.  
  783.          "Radio Astronomy: A Historical Perspective",
  784.           by David J.  Babulski - February 1990
  785.  
  786.          "Getting Started in Amateur Radio Astronomy",
  787.           by Jeffrey M.  Lichtman - February 1990
  788.  
  789.          "A Comparison of Optical and Radio Astronomy",
  790.           by David J.  Babulski - June 1990
  791.  
  792.          "The Search   for  Extraterrestrial  Intelligence  (SETI)  in  the
  793.           Optical Spectrum, Parts A-F",
  794.           by Dr. Stuart A. Kingsley - January 1992
  795.  
  796.          "History of the Ohio SETI Program", by Robert S. Dixon
  797.           - June 1992
  798.  
  799.          "New Ears on the Sky: The NASA SETI Microwave Observing Project",
  800.           by Bob Arnold, the ARC, and JPL SETI Project - July 1992
  801.  
  802.          "First International Conference on Optical SETI",
  803.           by Dr.  Stuart A.  Kingsley - October 1992
  804.  
  805.          "Conference Preview: The Search for Extraterrestrial Intelligence
  806.           (SETI) in the Optical Spectrum",
  807.           by Dr. Stuart A. Kingsley - January 1993
  808.  
  809.           The Author -
  810.        ==================================================================
  811.                               Guillermo A. Lemarchand
  812.                             Universidad de Buenos Aires
  813.                           POSTAL ADDRESS: C.C.8 - Suc.25,
  814.                                 1425-Buenos Aires,
  815.                                      ARGENTINA
  816.                              E-MAIL: lemar@seti.edu.ar
  817.  
  818.                 PHONE: 54-1-774-0667                 FAX:     54-1-786-8114
  819.        ==================================================================
  820.         THE ELECTRONIC JOURNAL OF THE ASTRONOMICAL SOCIETY OF THE ATLANTIC
  821.  
  822.                            December 1993 - Vol. 5, No. 5
  823.                              Copyright (c) 1993 - ASA
  824.        --------------------------------------------------------------------
  825.          If you have comments or other information relating  to such topics
  826.          as  this  paper covers,  please  upload to KeelyNet or send to the
  827.            Vangard  Sciences  address  as  listed  on the  first  page.
  828.               Thank you for your consideration, interest and support.
  829.            Jerry W. Decker.........Ron Barker...........Chuck Henderson
  830.                              Vangard Sciences/KeelyNet
  831.        --------------------------------------------------------------------
  832.                      If we can be of service, you may contact
  833.                  Jerry at (214) 324-8741 or Ron at (214) 242-9346
  834.        --------------------------------------------------------------------
  835.                                       Page 13
  836.  
  837.  
  838.