I del 1

av denna artikelserie så berättade vi om Frank Drake’s formel.

Formeln som ligger till basis för teorier om att vi inte är ensamma

i universum och vilka chanserna är att finna annat intelligent liv ute

i universum. I denna del, 2, så kommer vi att försöka beskriva

för er vad sjävla Seti@home projektet är och vad programmet

gör från dess data paketet (så kallade Work Units eller WU’s

som de kallar dem) kommer till din dator, tills dess resultatet skickas tillbaka

till Berkeley servern. Vi förstår givetvis att intresset för

sådana här tekniska bitar är delat, och därtill så

går denna artikelserie också in ganska djupt i matematik och fysik

såväl som andra tekniska faktorer. Vi begär givetvis inte

att alla ni skall förstå allt in i minsta detalj utan försöka

förstå mer av helheten. För er som har ett mer tekniskt förstående

och intresse så hoppas vi att den ändå skall räcka till

i den tekniska biten också. I nästa del, 3, så kommer vi

att ta upp allt kringliggande. D v s hur datan samlas in, vad som händer

innan den kommer till oss och vad som händer efter det vi skickar tillbaka

den till Berkeley.

Det stora problemet

Som jag skrev

i förra delen så är SETI ett samlat namn för allt som

har med sökning av intelligent liv att göra. De flesta av SETI projekten

idag, även de på UC Berkeley, bygger enorma prestanda maskiner

för att analysera datan från teleskopet Arecibo (mer om det i del

3) i realtid. Tyvärr så tittar ingen av dessa monsterdatorer vidare

djupt i datapaketen för små, knappt hörbara signaler. Inte

heller söker de efter mega klassen av signaltyper. Men varför? Jo,

det skulle krävas ännu mer prestana kraft än den redan enorma

prestandan där finns i dem. Det skulle helt enkelt krävas en monsturös

jätte dator som är mycket större än de redan maffiga datorerna

de kör på. SETI projekten skulle aldrig kunna finansiera något

sådant spektakel. Det blir något de får offrai helheten..

Bättre att försöka än att låta bli. Men om de nu

istället för en stor dator använder en lite mindre dator så

skulle det bara ta längre tid. Men då skulle det bli så mycket

arkiverad data som hela tiden byggs på så det skulle inte gå

det heller. Men om det istället finns mängder av sådana små

datorer istället då? Var kan SETI teamet finna de åtskilliga

tusentals datorer som krävs för att

analysera datan som hela tiden strömmar in från Arecibo?


SETI teamet på
UC Berkeley har funnit att det finns redan tusentals datorer som kan komma
till använding. Mestadels av dem står bara och tuggar med någon
halvtaskig skrämsläckare som arbete och är absolut till ingen
nytta. Det är här SETI@home kommer in i bilden (och vi också!
:). SETI@home projektet hoppas på att få tillåtelse att
låna din/vår dator då du inte använder den och därmed
hjälpa till i sökandet efter utomjordiskt intelligent liv. Men denna
screensavern som de ger oss till handa kommer att få en bit data över
internet, analysera datan och sedan skicka tillbaka ett resultat till dem.
När du sedan behöver din dator igen så avbryts genast deras
tillfälliga lån och låter dig använda datorn precis
som du har för avsikt. Den fortsätter sedan arbetet då du
är färdig med ditt.

Detta är

ingen enkel uppgift att genomföra. Det är så mycket data att

analysera så det känns omöjligt. Eftersom datan kan delas

upp i en massa små bitar och bearbetas simultant och paralellt så

är genast hoppet uppe igen. Inga av dessa små bitar beror på

varandra. Eftersom Arecibo teleskopet endast söker på en väldigt

liten del av himmelen så är problemet genast mindre. Givetvis så

har hela himmelen utforskats under dessa år som projektet forskridit

så inget utelämnas hipp som happ. Efter de år de tittat på

hela himmelen tre gånger så hoppas vi att det finns nya teleskop,

fler experiment och nya framsteg i SETI projekten.

Vad är det vi får i en WU?

Så här ser spectrumet ut

SETI@home

projektet scannar endast 2.5Mhz data centrerat på 1420 Mhz som ni ser

ovan. Detta är fortfarande för stort spektrum för att skicka

till oss och scanna för det skulle ta väldigt lång tid på

våra datorer. Detta spektrum är då nerskruret till 256 bitar,

vilka var och en är ungefär 10kHz bred. Dessa är då mer

hanterbara i storlek och kan skickas ut till användare överallt

i världen för analys. Denna blir ungefär 0.25Mb stor (mer om

work unit’s i del 3) men med lite extra data som krävs för uppgifter

etc. så blir den ungefär 340kB stor.


SETI@home

ansluter sig endast vid överföring av data. Detta i sin tur sker

bara då en WU är färdig analyserad av screensavern och vill

skicka tillbaka resultatet för att samtidigt få en ny att bearbeta.

WU’n som du bearbeat markeras också som analyserad och du bygger på

ditt antal analyserade WU’s i databasen. Anslutningen sker ENDAST med din

tillåtelse och du kontrollerar när det skall ske. Det finns även

ett val du kan göra så den skippar att fråga dig och ansluter

till Berkeley servern direkt då den har möjligheten. Även

om du har modem så sköts det då automatiskt. Dvs den ringer

upp, skickar resultatet, mottager en ny WU och kopplar omedelbart ner sig

igen efter allt skett felfritt.

Hur ser SETI@home ut?

Screenshot av SETI@home

Så här ser screensavern ut (Klicka för större bild)

Ovan

så ser vi hur screensavern ser ut då den är i gång.

Programmet ser precis lika ut med undantag för att det finns en menyrad

med val såsom exit, förändring av användarprofil etc.

I screensavern beskrivs det mesta av processen och informationen.

I
rutan "User Info" så visastiden datorn spenderat för
att analysera data. information om användaren som kör nuvarande
WU. Här visas namnet på användaren som får credits för
det han gör, totalt antal analyserade WU’s samt den totala

I rutan "Data Info" så visas en mängd information om
den nuvarande analyserade Work Uniten. Det är viktigt för Berkeley
att veta de exakta detaljerna om datasnutten så den kan placeras korrekt
i databasen. Om en signal är funnen så kan de verifiera resultatet
genom att söka den i databasen och scanna om den mer noggrant. Det står
även precis var signalen var inspelad ifrån, eller mer noggrant
exakt var teleskopet var riktat då signalen var inspelad. På jorden
så behövs endast två koordinater för att få en
exakt plats på jorden. Det gäller också i rymden, två
koordinater för att finna en plats på himlavalvet. På himmelen
är dessa koordinater kallade "rigth ascension" (höger
stigning) och "declination" (avslag). Latituden och avslaget är
mätt precis på samma sätt, start på 0 grader vid ekvatorn
(den universella ekvatorn i detta fallet) och går vidare norr till 90
grader vid norra polen och då givetvis -90 grader vid södra polen.
Höger stigningen är lite annorlunda än longituden. Longitud
är mätt från öst till väst från Greenwich
linjen som skär Greenwich, England mitt i tu. Eftersom den är mätt
från öster till väster så kan du gå 180 grader
åt vardela håll (en cirkel är 360 grader runt om) tills dess
du träffar den motsatta internationella datumlinjen. Right ascenation
är endast mätt i en riktning nämligen höger, och är
mätt i timmar, minuter och sekunder till skillnad från grader.
Det är tjugofyra timmar hela vägen runt och eftersom varje timme
respektive minut är indelad i 60 minuter rekspekive sekunder så
är det ett väldigt smidigt mätesätt. Man kan finna precis
var datan var inspelad på himmlavalvet om man tittar på RA’n (Right
Ascenation) och Dec (Declination) på första raden och sedan leta
upp dem på en stjärnkarta.

(Klicka på bilden för större version)

Värt

att nämna är också att Arecibo teleskopet endast kan se ungefär

en tredjedel av himmlen. Teleskopet är i en fixerad position och kan

endast riktas mot något i ett väldigt snävt område genom

att förändra antennernas position. SETI@home sökningen är

begränsad till dec 0 grader till 35 grader norr.

När
tittade jag då? Den andra raden i "Data Info" beskriver när
datan var inspelad. Tiden som givs är i GMT (Greenwich Mean Time). Alla
astronomer osv använder denna tidsangivelse för att slippa feluppfattningar
emellan jordens tidszoner. Du får 107 sekunder data (mer om uppdelningen
i del 3) med mitten då denna tid sattes.

Vilket

teleskop användes vid inspelningen? På rad 3 så står

inspelningsstationen för datan. Just nu finns ju bara Arecibo Teleskopet

för dessa ändamål och därmed så kommer där

att stå Arecibo Radio Observatory.

Vilken

frekvens analyserar jag just nu? Den sista raden, 4, säger dig basfrekvensen

för datan du analyserar. SETI@home sade vi innan i artiklen, endast tittar

på ett radio spektrum 2.5Mhz brett. Därefter så delas detta

breda spektrum upp i hanterbara paket på kring 10kHz. Alltså varje

107 sekunder data för SETI@home är faktiskt 256 block data. Basfrekvensen

berättar var i 2.5Mhz spektrumet just ditt nuvarande analyserade datapaket

befinner dig.

Om

man kombinerar dessa 4 rader information så får man reda på

allt för att identifiera detta datapaket (Work Unit).


Vad

gör screensavern just nu då? I "Data Analysis" fönstret

så ser vi en hel del information om processen. På första

raden så ser vi vad som händer JUST NU. Där kan stå

lite olika saker och vi får nog ta och ta en kik på dem.

Scanning

Result Header File

När SETI@home startar upp (antingen screensavern går igång

eller du startar programmet manuellt) så måste ju programmet leta

reda på var den slutade analysera förra gången. För

att veta det så skapar programmet hela tiden en resultatfil på

din hårddisk. Sedan så startar programmet precis där det

slutade med all information och data på skärmen.

Connecting

To Server

Detta händer då programmet ansluter till SETI@home servern i Berkeley.

Recieving

Data

När du ser detta meddelandet så sänder SETI@home servern en

WU till dig. Den är ungefär 350kB i storlek vilket består

av en radioinspelning från Arecibo teleskopet samt en liten snutt data

som beskriver specifikationerna för WU’n. Denna mottagning av information

är väldigt kortvarig om du inte har mycket trafik eller har ett

slött modem. Även på ett 28.8kbaud modem så tar det

inte mer än 4 minuter i full speed.

Doing
Baseline Smoothing

När du fått en ny WU ifrån servern i Berkeley så är
signalerna i paketet huller om buller. Det intressanta är att analysera
ett litet område av frekvenser kring basfrekvensen. Dessa frekvenser
är de frekvenser som utomjordisk intelligens väntas kommunicera
med. De så kallade bredbands signalerna är signaler som oftast
kommer utav astronomiska fenomen/processer och väntas inte komma från
en intelligent civilisation. För att väck dessa så gör
screensavern något medel utav det hela vilket eliminerar bredbandsbruset
och plockar fram de mer efterfrågade frekvenserna till en baslinjefrekvens.
I dessa 107 sekunder radioinspelningar så händer det att ljudet
är starkare eller svagare. Baseline Smoothing tar allt till en och samma
nivå. Detta är det första som hånder med en WU så
du får den från servern och är oftast bara gjord en gång,
om inte något konstigt händer med din burk vill säga.

Här

ser vi en typisk bredbandssignal. Frekvensen ser du på y-axeln och

tiden ser du på x-axeln. Här är flera frekvenser huller

om buller . Du ser att signalen börjar svagt i vänster sida

och sedan blir starkare o starkare emot mitten där den har sin topp.

Detta sker under 6 sekunder. Därefter så blir den svagare o

svagare nästkommande 6 sekunder. Här ser man en typisk signal

då den passerar Arecibo teleskopet. Dock så söker man

inte efter sådana här signaler, främst för att enkla

stjärnor avger dem samt att utomjordingar inte väntas försöka

kommunicera på denna typen av sätt.

Här

ser vi istället vad som eftersöks. En bandvidd som är relativt

liten och den blir starkare och svagare under en 12 sekunders period.

Man vet dock inte hur liten bandbredd som väntas användas så

man söker efter signaler i en hel del olika kombinationer av bandbredder.


Här ser vi själva realtidsarbetet i screensavern, nämligen

FFT’n

Computing

Fast Fourier Transform
Här sker allt arbete. Datan som kommer från teleskopet är
en signal som varierar med tiden. I detta fallet så är tiden den
horisontella x-axeln och signalstyrkan på den vertikala y-axeln. Vad
som eftersöks är ständigt återkommande eller konstanta
toner i signalen. Egentligen så vill man istället åt en graf
med frekvensen på x-axeln och styrkan på y-axeln. En spik i denna
graf skulle då innebära en stark signal vid en specifik frekvens.
För att göra den omvandlingen så sätts en vädligt
komplicerad matematisk formel in i arbetet vilken är kallad ”Fast
Fourier Transform”. Denna är knappt beskrivningsbar, vilket är
synd.

Resultatet

av denna process visas i grafen i screensavern/programmet. Det finns en hel

del intressanta saker med FFT’n. I början på varje WU så

görs 15 olika FFT’s. Var och en analyserar datan med med olika nogranhet.

Den börjar leta efter detaljer så små som 0.07 Hz breda.

Här måste man tyvärr offra en hel del av noggranhet i sådana

här analyser. För att kunna vara mer noggran i frekvenserna så

måste analysen få pågå en längre tid. I frekvensen

0.075 Hz så måste datan analyseras i 13.42 sekunders stycken.

För att då komplett analysera det 107 sekunder stora paketet så

behövs det göras 8 st sådana FFT’s. Om frekvensen därefter

reduceras till 0.15 Hz (0.075 multiplicerat med två) så behöver

man endast analysera 6.7 sekunders stycken. Dessa har då en lägre

frekvensupplösning vilket innebär ett större tidsomfång.

Eftersom styckena är är hälften så långa som de

i 0.075 Hz så behövs det hela 16 stycken FFT’s för att komplettera

en 107 sekunders inspelning. Screensavern tittar på 15 olika sådana

här frekvenser nämligen 0.075, 0.15, 0.3, 0.6, 1.2, 2.5, 5, 10,

20, 40, 75, 150, 300, 600, och 1200 Hz i analysen. För var halvering

av frekvensen så behövs det göra dubbelt så många

FFT’s för att analysera 107 sekunders datafilen.

Nå,

vilka beräkningar och analyser alltså. Vidare!

Chirping

Data
Eftersom våran jord roterar kring solen och vårat planetsystem
kretsar kring centrum av Vintergatan så kan vi ju inte begära att
en annan civilisation skall befinna sig i en helt fixerad i förhållande
till oss. Här kommer den så kallade Dopplereffekten in. Tänk
ett ånglok som kommer förbi dig med en visslande pipa. Frekvensen
och dess tillhörigheter varierar, som du då hör, med dess
rörelse emot eller ifrån dig. Här kommer den relativa hastigheten
in i spelet.

Eftersom

våra vänner inte visslar med ånglok eller tutar med bilar

emot oss för att anstifta kontakt utan istället sänder elektromagnetiska

vågor emot oss så kommer signalen bli disorienterad då båda

våra planeter befinner sig i rörelse precis som tåget eller

en tutande bil. För att kompensera detta så analyserar SETI@home

datan många gånger med många möjliga doppleraccelerationer.

Egentligen så tar SETI@home bort specifika doppleraccelerationer, det

vill säga försöker ångra dem precis som om du försöker

ångra en handling i ett program. Denna oaccelererade datan skickas sedan

vidare till FFT rutinerna. Detta är kallat ”De-chirping the data”.

SETI@home försöker göra detta med många olika accelerationer

emellan -50 Hz/sek till +50 Hz/sek. Vid den finaste frekvensupplösningen,

0.075 Hz, så kollas hela 5409 accelerationer emellan -10 Hz/sek till

+10 Hz/sek.

Här
ser vi en så kallad ”chirped signal”. Eftersom planeter
roterar (förhoppningsvis), både den utomjordiska sändaren
och vårat teleskop förflyttar sig i cirkulära banor
kring axeln av planeten ifråga. Denna rörelse visas som en
ändrig i relativ hastighet under observationstiden. Här har
vi då ett problem. Frekvensen kan öka eller minska under
de 12 sekunders vi mottager signalen eftersom källan och vi rör
oss. Sådana möjligheter undersöks givetvis också
med hjälp av screensavern.

Analysresultat

Nästa del

av data analysis panelen visar resultaten av de bästa gaussianerna, pulserna

och triplets som är funna ännu så länge. Denna panel

byter mellan de tre men bara då något resultat på dem uppkommit.

D v s. finns det inga signifikanta triplets så visas det inte heller.

Best Gaussian

Om en signal

som är ovanför det normala bruset och blir starkare och svagare

på ett symetriskt sätt då signalen passerar teleskopet så

är Seti@home genast intresserade. ”Power” beskriver hur stark

signalen är relativt till basstyrkan som beräknas på raden

ovan. ”Fit” beskriver i sin tur hur väl denna gaussianen passar

in i en idealisk gaussian profil. Ett lägre ”fit” tal desto

bättre likhet med idealet (egentligen beskriver talet hur mycket signalen

avviker från idealet, men det innebär ändå detsamma).

Hittas något med stark signal och en bra passning så behöver

det inte betyda att det är någon som snackar med oss. Vanligt radiobrus

(inteferens från andra källor) kan ibland simulera en gaussian.

Det finns här en tröskel för hur stark den behöver vara

för att analyseras av Seti@home sjävla för verifikation. Signalen

måste vara 3.2 gånger starkare än basbruset och ha en passning

lägre än 10.

Grafen nedan

visar styrkan och dess passningstal för den bästa gaussianen som

är funnen. Sveper teleskopet för sakta eller för snapt över

himelen så visas dock ingen graf, tyvärr.

Den röda
linjen visar den aktuella signalstrykan på en given frekvens på
en tidslinje. Detta är ett urklipp på den specifika analyseringen
ur den stora animerade grejen i fönstret nedan. Den lilla upphöjningen
i kurvan visar var Seti@home just nu analyserar på det aktuella tidspannet
av data. Vid varje datapunkt så visas en ny vit linje. Du ser att den
skiftar väldigt fort. Skulle den gå saktare frammåt så
hade du sett den lilla upphöjningen svepa över datagrafen då
den analyserar den aktuella signalstyrkan.

Best Pulse

Här söks
efter veka repeterade pulser vilket kan innebära en signal. Nuffrorna
”Power” beskriver hur starka pulserna är relativt till basstyrkan.
”Period” beskriver i sin tur hur långt ifrån varandra
pulserna är i sekunder. Eftersom radiostörningar kan simulera sådant
här också så har de satt ett tröskelvärde här
med. Den är dock dynamiskt beräknad och beror på perioden
och antalet gånger signalen är repeterad (för er matteintresserade
så används funktionen som är kallad ”gamma funktionen”.
De flesta som läst mycket matte känner väl till den). Score
betyder på ren svenska poäng. Score innebär bråket då
du delar pulsamplituden med tröskelvärdet. Är värdet bättre
än 1 (alltså lika med tröskelvärdet) så rapporteras
resultatet till Seti@home i Berkeley.

grafen nedan så visas styrka, period och scoren (poängen) under

tiden analysen pågår. Den visar även den bästa puls

som är funnen för denna work unit. Hittas ingen bra puls så

visas heller ingen graf.

Precis som på

gaussianerna så visar den röda linjen den aktuella signalstyrkan

på en given frekvens över dess tidslinje. Och till skillnad från

Gaussianen så kommer grafen säkerligen inte att kunna visa de hela

107 sekunderna data, utan istället visa en två perioder av pulsens

egen period (för att man skall kunna se lite mer än bara pulsen

själv). I grafen ovan så ser du pulserna som de två spikarna

som sticker upp från basbruset.

Best Triplet

SETI@home klienten

som du kör på din dator kommer även att göra ett test

till med pulser. Den kommer att leta efter tre pulser med lika avstånd

emellan varandra. För att göra detta så kommer den att använda

det föregående testet då den söker efter två repeterade

pulser, men bara om de passerar ett specifikt tröskelvärde. I denna

repeterade puls så söker SETI@home efter en liten vek signal mitt

emellan de två orginalpulserna. Hittar klienten något sådant

så loggas det och skickas tillbaks till SETI@home servern i Berkeley.

Är en så

kallad triplet funnen så visas styrkan relativt till basbruset och tiden

emellan dem i sekunder som en linje.

I grafen ovan

så ser du den bästa trippelsignalen som är funnen. I texten

ovanför grafen så beskrivs dess signalstyrka och dess period. De

tre pulserna som är funna är markerade med små gula streck.

Som i de två tidigare testerna så visas ingen graf om ingen bra

signal är funnen.


Här ser
vi det så kallade ”Frekvens, tid och stryrka” diagrammet.
Här ser du direkt hur ”Fast Fourier Transform” appliceras och
beräknas.

Frekvensen ser du på den horisontella x-axeln, styrkan visas på

den vertikala y-axeln och du ser tiden på in och ut från diagramet

i z-led (z-axeln)

Eftersom jag
tragglat det där dumma FFT så tror jag ni förstår hur
systemet är uppbyggt nu. Du kommer säkerligen tycka att den här
grafen ser annorlunga ut från gång till gång. Det beror
på de olika frekvensupplösningarna FFT:n bearbetar. I frekvensen
(du ser den i nedre högra hörnet, just i denna graf 9765.620 Hz)
0.075 Hz så kommer det bara att göras 8 st FFT’s för att täcka
de hela 107 sekunderna data som ni redan då förståss vet
🙂 Banden i grafen kommer då att bli ganska tjocka och det säger
ju i och för sig själv. I frekvensupplösningen 0.14 Hz så
kommer det att göras 16 FFT’s och banden, strecken, staplarna eller alla
dess namn kommer då att bli lite tunnare. Varje gång frekvensen
reduceras, alltså halveras, så blir det dubbelt så många
FFT’s som behöver köras. I den slutgiltliga frekvensen 1200 Hz så
blir tiden för varje FFT 0.008192 sekunder och då blir det en jädrans
massa FFT’s som måste köras för att täcka de 107 sekunderna
data. Det blir för er intresserade 131 072 FFT’s som skall klämmas
ihop på den lilla grafen. Hurvida var och en av dem visas är något
ni själva kanske kan roa er med att räkna :). Här ser vi de
relativt små pulserna men dock så kan inte frekvensen bli så
pass noggran i grafen. Färgerna i grafen har absolut ingen betydelse.

En bra signal

från kanske en utomjordisk källa kanske inte syns så väl

i denna grafen då det naturliga bakgrunsbruset (basbruset) kan störa

en hel del i grafen. Eftersom Arecibo teleskopet sveper över samma himmelplats

ungefär var tredje månad så kommer signalen deffenitivt att

bli kollad en gång till och då med andra förutsättningar

och annat bakgrundsbrus.


Med
denna artikel så hoppas vi både ni vardagliga personer och ni
extrema matematiker har fått något att fundera över. Vi hoppas
även att så många av er läsare så möjligt
förstår vad som skrivs, även om det kanske är lite väl
avancerat en del gånger.

SETI@home

fick den 7:e maj sitt 500 miljonresultat inskickat av tjejen som kallar sig

Milada och ni läser mer om det på länken.

Den 17 Maj så fyllde SETI@Home tre år och det finns miljontals

registrerade användare. Efter att vi kollat i registreringsarkiven så

ser vi att det tillkommer mer än 250 användare om dagen för

att hjälpa till i projektet. Slå er in i gruppen och sök efter

våra utomjordiska vänner.

I

nästa del så kommer vi att visa er var och hur datan spelas in.

Lite bilder och sådant kommer det att bli. Vi kommer även att ta

upp lite mer avancerad matematik gällande analysen som SETI@home klienten

gör.

Du

kan ladda ner SETI@home här.

Glöm inte att bli medlem i våran SETI@home user grupp NordicHardware.

Tills nästa gång CRUNCH TIME!

Källor:

Nätverk och Kommunikation (Nr:5 den 20 mars 2001) samt SETI@home

Leave a Reply

avatar
  Subscribe  
Notifiera vid