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Histoire du programme SETI

Document Lombry.

Le syndrome extraterrestre (III)

Si la communauté scientifique, en particulier les bioastronomes, défendent ardemment les programmes SETI, il reste néanmoins que certains astronomes se plaignent que ces projets sont une perte d'argent et de temps compte tenu du peu d'instruments disponibles. Rappelons que chaque projet SETI coûte entre 3 et 15 millions de dollars chaque année.

Ce greffe sur ce problème le fait que la communauté SETI n'apprécie pas être ridiculisée par ses collègues quand elle prend des lumières d'avions pour des signaux extraterrestres... Devant ces critiques, depuis les années 1970 la NASA doit régulièrement faire face aux commentaires de plus en plus acerbes des Congressistes américains et à leurs décisions unilatérales.

En 1977 par exemple, le sénateur du Wisconsin William Proxmire conseilla à la NASA de modérer ses efforts envers SETI, lui signifiant qu'il s'agissait d'une perte de temps et de l'argent des contribuables. Respectueuse de ses engagements, la NASA soutint malgré tout les projets qu'elle avait voté. Mais en 1981 Proxmire annula les fonds de l'agence, que la NASA récupéra l'année suivante.

Après 22 ans d’activité, le plus ancien programme SETI qui était dirigé par Robert Dixon [11] de l’Université d’Etat d’Ohio perdit également ses crédits de recherche et se vit refuser l’accès au radiotélescope Big Ear le 30 juillet 1985 : “Les temps sont durs avoua Dixon, d’autant que nous bénéficions d’un leasing de 10 ans sur le télescope Big Ear qui vient à expiration peu de temps après l’annulation des fonds fédéraux”.

Entre-temps, en 1978 le physicien Paul Horowitz de l'Université d'Harvard écouta 185 étoiles sur la raie de l'hydrogène à 21 cm, le "point d'eau". Son temps d'intégration ne dura que 80 heures au total et ne révéla aucun phénomène particulier. Il essaya également sur les longueurs d'ondes de 5 et 10 cm en 1982, mais le programme se limita à 75 heures de veille et ne révéla rien non plus d'inhabituel.

Déçu par ces résultats, l'année suivante Horowitz construisit un scanner qui permettait d'écouter le spectre entre 18 et 21 cm sur quelque 65536 (216) canaux simultanément avec une résolution de 0.03 Hz par canal. Son récepteur baptisé la "valise SETI" pouvait se fixer derrière n'importe quel radiotélescope et intégrait seul les signaux, indépendamment des programmes en cours.

En 1983 et durant 2 ans la "valise SETI" devint la pièce maîtresse du projet "Sentinel", relié au radiotélescope de 25.60 m de l'Observatoire Harvard-Smithsonian. La solution était élégante et transparente pour tous.

La valise SETI

A gauche, la "Suitcase SETI" ou "valise SETI", le récepteur du projet MCSA de Paul Horowitz. A droite, le radiotélescope de 26m (84') de l'université d'Harvard et de l'Institut Smithsonian utilisé pour les projets "Sentinel" et Beta et son assemblage. Cette antenne est installée sur les collines d'Harvard. Documents P.Horowitz/U.Harvard.

Séduite par ce prototype, la NASA plancha sur un projet très ambitieux. Grâce à la dotation de 24 millions de dollars du Congrès, la NASA élabora en moins de 10 ans un récepteur révolutionnaire, le MultiChannel Spectral Analyser (MCSA) plus connu sous le nom de MegaSETI. Il fut inauguré le 12 octobre 1992, date symbolique marquant le 500eme anniversaire de la découverte du Nouveau Monde par Christophe Colomb.

Son rôle était d’assurer une veille permanente du ciel en quête d'un signal artificiel. Les célèbres oreilles d’Arecibo, Nancay, Parkes et d’autres universités participaient à ce programme.

Ses performances étaient telles que l’antenne d’Arecibo pouvait exécuter en une fraction de seconde ce que le projet OZMA avait fait en 200 heures d’intégration ! Ainsi, en permanence la Terre pouvait être à l'écoute du ciel, tendant simultanément ses oreilles géantes vers 14 millions d'émissions potentielles en provenance de quelques étoiles parmi les quelques centaines de milliards qui composent la Galaxie. Ce rapport équivalait à choisir un émetteur parmi 10000 disponibles...

Selon une estimation de Michael Papagianis[10] de l’Université de Boston, “la durée globale du programme visant 100 cibles, chacune analysée durant 1 seconde dans une bande de fréquence de 8 MHz et ce sur 100 bandes de fréquences comprises entre 1.2 et 2.0 GHz autour du “trou d’eau” devrait durer 3.3 ans. En incluant le temps perdu à déplacer l’antenne de cible en cible, la maintenance et le transport de la “valise SETI” de station en station, cela occuperait chaque télescope durant 5 ans. S’il est probable que chaque instrument ne consacrera que 10 ou 20% de son temps à ce travail et impliquera une dizaine de sites, le programme complet durera 10 ans”. Et de conclure : “Compte tenu de son haut pouvoir de résolution et sa couverture complète du ciel sur une vaste gamme de fréquences, l’entièreté du programme SETI de la NASA (incluant la recherche ciblée et la veille) peut conduire a quelques découvertes astronomiques inattendues”.

Aussi, lorsque le programme MegaSETI fut inauguré en 1992, la communauté scientifique, du moins celle des bioastronomes, fut très enthousiaste et pouvait enfin espérer répondre au “Paradoxe de Fermi”, au pourquoi du “grand silence” galactique comme le disait Papagianis.

Alors que tout le monde croyait que la "valise SETI" d'Horowitz ne connaîtrait plus le "syndrome Proxmire" de 1981, moins d’un an après la mise en service de MegaSETI, le sénateur démocrate du Nevada Richard Bryan, opposant de longue date à SETI, pria poliment la NASA de s’occuper de sujets plus tangibles... Nous trouvons ici le même point de vue que celui qui touche la problématique des OVNI...

Le 22 septembre 1993 Richard Bryan introduisit un amendement à l'année fiscale 1994 pour annuler le programme MegaSETI. Le budget de 14.5 millions de dollars qui lui était consacré fut versé à d’autres projets et le sénateur pu fièrement titrer dans le journal de son Bureau : "Bryan élimine le gaspillage du gouvernement et annule la chasse aux Martiens". Bien que MegaSETI ne représentait que 0.1% du budget de la NASA, Bryan considérait que "nous ne pouvons pas nous offrir un programme aussi distant et incertain que celui-ci".

A lire : Les retombées de la conquête spatiale

Le budget de la NASA

Evolution du budget de la NASA jusqu’en l’an 2000 (gauche) et jusqu'en 2020 (droite). L’année fiscale commence au 1er octobre. A dollar constant, entre 1995 et 2000, le budget de la NASA a diminué de 800 millions de dollars chaque année. Aujourd'hui, ce budget est à nouveau en augmentation. Documents The Planetary Society et NASA.

Plusieurs astrophysiciens d’Arecibo, de l’Université d’Etat d’Ohio, de Goldstone ainsi que la célèbre Planetary Society[12] prirent immédiatement conscience de la perte qu’allait entraîner l’annulation du programme MegaSETI. Car à côté de la recherche des signatures extraterrestres, MegaSETI permettait aux radioastronomes d’affiner leurs méthodes de travail, la détection de signaux s’appliquant non seulement aux programmes SETI mais également à l’étude des radiosources en général. Cet argent aurait également permis de donner une nouvelle jeunesse aux instruments d’Arecibo, Nancay ou Parkes impliqués dans ce programme.

La décision du Congrès n’entraîna aucune protestation officielle de la part des astronomes. Seuls quelques exobiologistes et radioastronomes passionnés par cette recherche ont manifesté leur émotion dans les magazines de vulgarisation, en particulier Carl Sagan, Arthur C.Clarke et Paul Horowitz. Comme le rappela Horowitz[13], la situation est d’autant plus malheureuse que “l’équipe de l’Université d’Etat d’Ohio fut la pionnière de la recherche SETI et fut responsable de nombreuses innovations technologiques en radioastronomie. Il serait dommage qu’un groupe aussi vénérable et qualifié doive fermer ses portes”.

Frank Drake avait l'habitude de dire que des signaux extraterrestres seraient enregistrés avant la fin du siècle. Depuis il a dû réviser sa prédiction mais malgré ces revers de l'histoire il reste convaincu que nous les entendrons un jour. Patience et espoir...

La renaissance des programmes SETI

Ne se faisant plus d’illusion sur les intentions du Congrès concernant l’avenir de la recherche SETI, plusieurs institutions ont repris le flambeau à leur propre compte.

1. Projets amateurs

Honneur aux amateurs. La SETI League naquit des cendres des projets SETI de la NASA. C'est Richard Factor, président d'une société d'électronique du New Jersey qui eut l'idée de mettre sur pied une organisation non commerciale dans le cadre de SETI, la partie technique étant gérée bénévolement par des passionnés d'informatique et d'électronique. 

En décembre 1994 Paul H. Shuch, ingénieur électricien fut nommé directeur technique et pendant une année sabbatique il dressa les plans du projet ARGUS qui s'organise autour de petites paraboles de type TV satellite.  Le projet démarra le 21 avril 1996. Etant donné que la sensibilité du système ARGUS est mille fois inférieure à celle d'un instrument professionnel tel celui d'Arecibo, son but n'est pas de découvrir des technologies équivalentes à la nôtre. ARGUS est en revanche tout à fait adapté pour découvrir de puissants beacons radios émis par des civilisations avancées. D'autres projets ont été développés notamment Array2k, un interféromètre constitué d'au moins 32 antennes satellites dont le prototype, le Very Small Array (VSA) est constitué de 8 antennes.

Aujourd'hui la SETI League compte plus de 1200 membres répartis dans 59 pays, la plupart étant radioamateurs passionnés d'électronique. La SETI League est accessible à tous. Elle compte parmi ses membres un avocat, un maçon, un médecin et une infirmière. Tous ont une idée en commun : participer à SETI sans rechercher de gratitude. Le projet à de l'avenir car une cotisation de 50$ (25$ pour les étudiants) permet de couvrir les frais de fonctionnement d'ARGUS.

Une autre association internationale s'intéressant également à SETI est la Society of Amateur Radio Astronomers (SARA) fondée en 1981 dont le siège est aux Etats-Unis. Pour les Européens la cotisation s'élève à $36. Comme la SETI League elle comprend de nombreux radioamateurs parmi ses membres.

A lire : SETI League - General Information

A gauche, l'installation du radioamateur Tom Crowley, KT4XN, de la SETI League. Non seulement il scanne le ciel à la recherche de beacons radios puissants mais il participe également à SETI@home comme en témoigne son écran de veille. A droite, le réseau d'antennes RPA dont la construction est accessible aux amateurs. Documents SETI League et RPA.

Les autres associations de radioastronomie amateur n'ont pas à proprement parlé de section dédiée à SETI. Parmi les associations les plus actives citons la SAJ en France, le GRRAT en Italie et le club européen ERAC dont le siège est en Allemagne. A cette liste il faut ajouter quelques sociétés qui distribuent du matériel, des logiciels et de la documentation (Radio Astronomy Supplies, Radio Sky Publishing, etc) et des amateurs qui organisent des stages (AFA, SAB, etc).

2. Projets professionnels

Le principal effort concernant SETI est bien sûr consenti par les professionnels. L'observatoire australien de Parkes est maître d'oeuvre du Projet MCSA, rebaptisé Southern SERENDIP en 1998. Le logiciel d'analyse de spectre attaché au radiotélescope est capable d'analyser 56 millions de canaux avec une résolution spectrale de 1 Hz. Côté technique, la bande passante de Southern SERENDIP ne permet d'afficher simultanément que 4000 canaux, ce qui représente une bande passante de 10 MHz. En pratique les paquets de données de 10 MHz sont divisés en15552 groupes de 924 canaux, chacun couvrant 643 Hz. Ces signaux sont ensuite convertis en bande de base (baseband), dans une gamme de fréquences comprises entre -5 et +5 MHz, la fréquence centrale en cours d'analyse se situant à 0 Hz.. Ces sous-bandes permettent aux analystes d'effectuer de larges zoom sur les signaux suspects aux alentours de 1420 MHz.

Pour sa part l’Institut SETI américain mis sur pied le Projet PHOENIX capable en dix minutes d’analyser 28 millions de fréquences. Grâce à la générosité de sociétés telles Hewlett-Packard, Intel, Microsoft mais également celle de ses membres, l'Institut SETI récolta en l’espace d’un an plus de 4.5 millions de dollars pour financer son projet. Seul problème, il reste à trouver chaque année les 3 millions de dollars nécessaires pour alimenter ce programme. Il a déjà englouti 14.5 millions de dollars.

De son côté, depuis 1989 Paul Horowitz a convaincu l’Université d’Harvard et la Planetary Society de se consacrer au Projet META, MegaChannel Extraterrestrial Array. Pour les encourager Steven Spielberg, réalisateur des films “Rencontre du Troisième Type” et “E.T.” leur offrit 100 000 dollars, de même que la fondation Bosack-Kruger. Comme le dit Horowitz, “les fonds privés sont beaucoup plus stables [que les fonds fédéraux] quand vous pouvez les obtenir, car ils ne sont pas sujet aux fantaisies et aux caprices du Congrès. Un Projet META II a également été développé dans la banlieue de Buenos Aires, en Argentine.

A gauche, le MSCA relié au radiotélescope de Parkes en Australie. Le pic central représente le canal de 0 Hz. A droite, l'écran SETI du projet PHOENIX sur lequel apparaît la trace d'un satellite. Documents SETI Institute/Seth Shostak.

Les moyens de l'Université d'Harvard sont cependant limités car ils ne disposent que d’une seule antenne de 26.3 m de diamètre, celle de l’Observatoire de Oak Ridge, pour surveiller plus de la moitié de la voûte céleste. META fut opérationnel de 1985 à 1995 et resta le système le plus avancé. Disposant originellement de 8.4 millions de canaux de 0.05 Hz et de 400 kHz de bande passante, ce programme a récemment bénéficié d’une donation des sociétés Advanced MicroDevices, Fluke, Hewlett-Packard, Intel et Micron Technology. Cette dernière est le plus grand fabricant de mémoires d’ordinateurs américain. Elle lui offrit 3.42 GB de chips mémoire, représentant une valeur de cent mille dollars. Une dernière donation fut offerte par John Kraus, pionnier de la recherche SETI à l’Université d’Etat d’Ohio.

La salle de contrôle du projet META avant et après sa migration en BETA en 1995. C'est Paul Horowitz qui est à la console. Document Université d'Harvard.

Selon Carl Sagan et Paul Horowitz l'analyse des 5 premières années durant lesquelles META scruta 60 trillions de canaux, révéla 37 événements suspects dépassant le seuil de 1.7x10-23 W/m2 mais aucun ne s'est répété par la suite.

En octobre 1995, META devint BETA, Billion Channel Extraterrestrial Array. Cette nouvelle configuration hardware dessinée et construire par les chercheurs des universités d'Harvard et de Berkeley consiste en un front-end HEMT à faible bruit, un sous-ensemble array de 63 mixers/digitaliseurs équipés d'oscillateurs calés en phase sur un GPS, d'un autre sous-ensemble array de 63 cartes-processeurs FFT disposant de 4 millions de canaux chacune, le tout étant relié à un détecteur/corrélateur résidant dans un module contenant 20 cartes-mères Intel équipées de processeurs Pentium. Ce système communique avec une station de travail UNIX reliée par câble RG-58A/U (thin Ethernet avec connecteurs BNC).

Cette amélioration technique lui permit de disposer d'un spectromètre Fourier de 240 millions de canaux lui permettant d’analyser simultanément 80 millions de canaux avec une résolution de 0.5 Hz. Le signal de sortie est transmis à des détecteurs (features recognizers) qui passent au crible l'ensemble des données à la recherche de signaux distinctifs se déplaçant d'est en ouest et n'apparaissant pas dans l'antenne terrestre à faible gain.

BETA est toujours opérationnel. Il traite 250 MB de données spectrales chaque seconde. La bande de fréquence pouvant être scannée s’étend entre 1400 et 1727 MHz, autour du “point d’eau” des radicaux H et OH. La bande passante étant de 40 MHz, cette bande est donc divisée en 8 hops (sauts) qui sont parcourus en 16 secondes. Chaque source potentielle est donc analysée 8 fois à chaque saut de fréquence. Tous les spectres intégrés sont ensuite archivés. Aujourd’hui BETA est un trillion de fois plus puissant qu'OZMA.

A gauche, le spectromètre de SERENDIP V.v est placé dans le bulbe situé au sommet du radiotélescope d'Arecibo. A droite, le client SETI@home exploitant les données de SERENDIP V. Depuis 2003 cette application fonctionne sous l'interface BOINC. C'est une application distribuée qui permet grâce à la puissance d'Internet d'utiliser les ordinateurs des internautes pour traiter des données en provenance d'Arecibo ou de tout autre observatoire lorsque le processeur de leur ordinateur n'est pas utilisé. Lorsque le traitement est terminé, l'unité de travail est renvoyée à l'expéditeur. Aujourd'hui plus d'un demi-million d'internautes à travers le monde sont connectés en permanences à ce projet. Document NAIC et T.Lombry.

De son côté à l’Université de Californie de Berkeley, Stuart Bowyer mis sur pied le Projet SERENDIP (Search for Extraterrestrial Radio Emissions from Nearby Developed Intelligent Populations) grâce à la collaboration de l’ingénieur Dan Werthimer qui contribua également à l’élaboration du projet BETA.

De 1979 à 1982 SERENDIP I était installé à Hat Creek et Goldstone et utilisait un scanner disposant de 100 canaux d’une résolution maximale de 0.1 MHz.

En 1986, le système fut transféré Green Bank et à Cuba où SERENDIP II fut installé sur le radiotélescope de 305 m d’Arecibo. Il se présente sous la forme d’un globe hémisphérique de quelques mètres de diamètre installée au sommet de l’antenne réceptrice, dans le foyer grégorien. Il fonctionna en temps réel et indépendamment des programmes d’observation. Il disposait de 64000 canaux de 1 Hz et d'une bande passante de 65 kHz centrée autour de la raie de l'hydrogène à 21 cm, le fameux "point d'eau".

En 1992, seul Arecibo fut maintenu pour des raisons budgétaires. Le système fut amélioré et SERENDIP III fut capable de scanner 4 millions de canaux avec une résolution de 0.6 Hz dans une bande passante de 12 MHz. Ce projet était sur le point d'être annulé quand la Planetary Society lui donna un second souffle.

Devant la quantité de signaux à traiter, en 1996 David Gedye et Craig Kasnoff eurent l'idée ingénieuse d'utiliser Internet comme superordinateur pour traiter les données du projet SERENDIP IV, alors à sa 4e génération, sachant l'engouement du public pour SETI. Sous la direction de David P.Anderson, Werthimer et son équipe construisirent le système baptisé SETI@home qui permet aujourd'hui à tout utilisateur d'un ordinateur et d'une connexion Internet de participer au projet américain SETI. 

La Planetary Society espérait rassembler plus de 100000 participants. Cinq ans plus tard elle comptait plus de 5 millions d'utilisateurs ! Aujourd'hui, parmi les dizaines d'applications distribuées, SETI@home reste la plus utilisée avec près de 152000 utilisateurs actifs en permanence, et ce nombre est relativement stable depuis quelques années. On y reviendra dans l'article qui est lui est consacrée.

Le spectromètre SERENDIP V.v installé en juin 2009 à l'Observatoire Arecibo accroît la couverture spectrale de l'instrument d'un facteur 6. Document Dan Werthimer/U.C. Berkeley.

SERENDIP V.v

Alors que le projet SETI@home fêtait son 10e anniversaire, en 2009 Dan Werthimer et huit étudiants de l'Observatoire d'Arecibo ont profité de l'occasion pour annoncer la prochaine évolution du système : SERENDIP V.

Le but de ce projet était d'augmenter la couverte céleste de l'instrument, son étendue spectrale, sa sensibilité et les types de signaux détectables. Cela nécessita essentiellement une une évolution hardware.

Si le récepteur multi-beam ALFA ainsi que SETI@home furent conservés en l'état vu leurs performances inégalées à ce jour, en revanche la couverte spectrale restait le point faible de SETI@home.

En effet, toutes les données se situent dans une bande large de 2.5 MHz seulement autour de la raie de l'hydrogène à 1420 MHz. Si quelqu'un émet en dehors de cette bande, aussi sophistiqué que ce soit SETI@home, il ne l'entendrait jamais. Il était donc primordial d'étendre cette bande passante.

Ensuite, SERENDIP IV était capable de couvrir simultanément une bande passante de 100 MHz autour du point d'eau. Avec le nouveau spectromètre SERENDIP V.v cette bande passante a été élargie à 300 MHz. C'est 120 fois plus étendu que la bande couverte par SETI@home. Aujourd'hui SERENDIP V.v est capable de scanner 2 milliards de canaux avec une résolution de 1.5 Hz.

Au final, grâce au nouveau spectromètre, la couverture spectrale de SERENDIP V.v a été augmentée d'un facteur 6.

Cela fait plus de 20 ans maintenant que le projet SERENDIP existe. Jamais un programme de recherche SETI n'aura duré aussi longtemps et ne fut aussi performant.

Dernier chapitre

Le débat est ouvert !

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[10] M.Papagianis, Nature, 318, 1985, p139.

[11] S.Nadis, Nature, 374, 1995, p668.

[12] La Planetary Society est la plus grande association privée d’astronomie au monde; elle regroupe plus de 100000 membres sous l’égide de Bruce Murray. Parmi ses membres on retrouve Steven Spielberg, Buzz Aldrin, Ray Bradbury, Arthur C.Clarke, Frank Drake, Philip Morrison et Paul Newman. Carl Sagan fut son président jusqu’à son décès inopiné en 1996.

[13] S.Nadis, Nature, 374, 1995, op.cit.


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