home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Gold Medal Software 2 / Gold Medal Software Volume 2 (Gold Medal) (1994).iso / misc / ejasa5_5.arj / EJASA5_5.TXT
Internet Message Format  |  1994-01-04  |  43KB

  1. Return-path: <usenet-space-news-request@arc.nasa.gov>
  2. Received: from mailhub.arc.nasa.gov by delphi.com (PMDF V4.2-11 #4520) id
  3.  <01H6TTMIDJ4094JHU4@delphi.com>; Thu, 23 Dec 1993 18:04:19 EDT
  4. Received: from news.arc.nasa.gov by mailhub.arc.nasa.gov with SMTP (PP); Thu,
  5.  23 Dec 1993 14:55:51 -0800
  6. Received: by news.arc.nasa.gov id AA15654 (5.65c/IDA-1.4.4 for
  7.  usenet-space-news@arc.nasa.gov); Thu, 23 Dec 1993 14:00:07 -0800
  8. Date: Thu, 23 Dec 1993 21:34:31 +0000 (GMT)
  9. From: klaes@verga.dnet.dec.com (Larry Klaes)
  10. Subject: Electronic Journal of the ASA (EJASA) - December 1993
  11. Sender: digester@news.arc.nasa.gov
  12. To: sci-space-news@Pa.dec.com
  13. Message-id: <2fd2hr$a65@nntpd.lkg.dec.com>
  14. Organization: Digital Equipment Corporation
  15. Content-transfer-encoding: 7BIT
  16. Newsgroups: sci.space.news
  17. Path: ames!dont-send-mail-to-path-lines
  18. Followup-To: sci.space
  19. Nntp-Posting-Host: verga.enet.dec.com
  20. Approved: sci-space-news@ames.arc.nasa.gov
  21. Lines: 774
  22. Keywords: EJASA, SETI
  23.  
  24.                            THE ELECTRONIC JOURNAL OF
  25.                    THE ASTRONOMICAL SOCIETY OF THE ATLANTIC
  26.  
  27.                       Volume 5, Number 5 - December 1993
  28.  
  29.                          ###########################
  30.  
  31.                               TABLE OF CONTENTS
  32.  
  33.                          ###########################
  34.  
  35.           * ASA Membership and Article Submission Information
  36.  
  37.           * Detectability of Extraterrestrial Technological Activities,
  38.              Part 1 - Guillermo A. Lemarchand
  39.  
  40.                          ###########################
  41.  
  42.                          ASA MEMBERSHIP INFORMATION
  43.  
  44.         The Electronic Journal of the Astronomical Society of the Atlantic
  45.     (EJASA) is published monthly by the Astronomical Society of the
  46.     Atlantic, Incorporated.  The ASA is a non-profit organization dedicated
  47.     to the advancement of amateur and professional astronomy and space
  48.     exploration, as well as the social and educational needs of its members.
  49.  
  50.         ASA membership application is open to all with an interest in
  51.     astronomy and space exploration.  Members receive the Journal of the
  52.     ASA (the JASA is a hardcopy sent through United States Mail and is not 
  53.     a duplicate of this Electronic Journal) and the Astronomical League's 
  54.     REFLECTOR magazine.  Members may also purchase discount subscriptions
  55.     to ASTRONOMY and SKY & TELESCOPE magazines.
  56.  
  57.         For information on membership, you may contact the Society at any
  58.     of the following addresses:
  59.  
  60.         Astronomical Society of the Atlantic (ASA)
  61.         P. O. Box 15038  
  62.         Atlanta, Georgia  30333-9998
  63.         U.S.A.
  64.  
  65.         asa@chara.gsu.edu         (For ASA issues)
  66.         klaes@verga.enet.dec.com  (For EJASA issues)
  67.  
  68.         ASA BBS: (404) 321-5904, 300/1200/2400 Baud
  69.  
  70.         or telephone the Society Recording at (404) 264-0451 to leave your
  71.     address and/or receive the latest Society news.
  72.  
  73.         ASA Officers and Council -
  74.  
  75.         President - Eric Greene
  76.         Vice President - Jeff Elledge
  77.         Secretary - Ingrid Siegert-Tanghe
  78.         Treasurer - Mike Burkhead
  79.         Directors - Becky Long, Tano Scigliano, Bob Vickers
  80.         Council - Bill Bagnuolo, Michele Bagnuolo, Don Barry, Bill Black, 
  81.                   Mike Burkhead, Jeff Elledge, Frank Guyton, Larry Klaes, 
  82.                   Ken Poshedly, Jim Rouse, Tano Scigliano, John Stauter, 
  83.                   Wess Stuckey, Harry Taylor, Gary Thompson, Cindy Weaver, 
  84.                   Bob Vickers
  85.  
  86.  
  87.                              ARTICLE SUBMISSIONS
  88.  
  89.         Article submissions to the EJASA on astronomy and space exploration
  90.     are most welcome.  Please send your on-line articles in ASCII format to
  91.     Larry Klaes, EJASA Editor, at the following net addresses or the above
  92.     Society addresses:
  93.  
  94.         klaes@verga.enet.dec.com
  95.         or - ...!decwrl!verga.enet.dec.com!klaes
  96.         or - klaes%verga.dec@decwrl.enet.dec.com
  97.         or - klaes%verga.enet.dec.com@uunet.uu.net
  98.  
  99.         You may also use the above addresses for EJASA back issue requests,
  100.     letters to the editor, and ASA membership information.
  101.  
  102.         When sending your article submissions, please be certain to include
  103.     either a network or regular mail address where you can be reached, a
  104.     telephone number, and a brief biographical sketch.
  105.  
  106.         Back issues of the EJASA are also available from the ASA anonymous 
  107.     FTP site at chara.gsu.edu (131.96.5.29).  Directory: /ejasa
  108.  
  109.                                 DISCLAIMER
  110.  
  111.         Submissions are welcome for consideration.  Articles submitted,
  112.     unless otherwise stated, become the property of the Astronomical
  113.     Society of the Atlantic, Incorporated.  Though the articles will not
  114.     be used for profit, they are subject to editing, abridgment, and other
  115.     changes.  Copying or reprinting of the EJASA, in part or in whole, is
  116.     encouraged, provided clear attribution is made to the Astronomical
  117.     Society of the Atlantic, the Electronic Journal, and the author(s).
  118.     Opinions expressed in the EJASA are those of the authors' and not
  119.     necessarily those of the ASA.  No responsibility is assumed by the 
  120.     ASA or the EJASA for any injury and/or damage to persons or property 
  121.     as a matter of products liability, negligence or otherwise, or from 
  122.     any use of operation of any methods, products, instructions, or ideas 
  123.     contained in the material herein.  This Journal is Copyright (c) 1993
  124.     by the Astronomical Society of the Atlantic, Incorporated.
  125.  
  126.  
  127.           DETECTABILITY OF EXTRATERRESTRIAL TECHNOLOGICAL ACTIVITIES    
  128.  
  129.                            Guillermo A. Lemarchand [1]
  130.  
  131.                   Center for Radiophysics and Space Research
  132.                   Cornell University, Ithaca, New York, 14853
  133.  
  134.       ==================================================================
  135.       1 - Visiting Fellow under ICSC World Laboratory scholarship. 
  136.       Present address:  University of Buenos Aires, C.C.8-Suc.25, 1425-
  137.       Buenos Aires, Argentina
  138.       ==================================================================
  139.  
  140.       ==================================================================
  141.                    This paper was originally presented at the
  142.               Second United Nations/European Space Agency Workshop
  143.                              on Basic Space Science
  144.  
  145.         Co-organized by The Planetary Society in cooperation with the
  146.          Governments of Costa Rica and Colombia, 2-13 November 1992,   
  147.                    San Jose, Costa Rica - Bogota, Colombia
  148.  
  149.       ==================================================================
  150.  
  151.         Introduction
  152.  
  153.         If we want to find evidence for the existence of extraterrestrial
  154.     civilizations (ETC), we must work out an observational strategy for
  155.     detecting this evidence in order to establish the various physical
  156.     quantities in which it involves.  This information must be carefully
  157.     analyzed so that it is neither over-interpreted nor overlooked and 
  158.     can be checked by independent researchers. 
  159.  
  160.         The physical laws that govern the Universe are the same
  161.     everywhere, so we can use our knowledge of these laws to search for
  162.     evidence that would finally lead us to an ETC.  In general, the
  163.     experimentalist studies a system by imposing constraints and observing
  164.     the system's response to a controlled stimulus.  The variety of these
  165.     constraints and stimuli may be extended at will, and experiments can
  166.     become arbitrarily complex.  In the problem of the Search for
  167.     Extraterrestrial Intelligence (SETI), as well as in conventional
  168.     astronomy, the mean distances are so huge that the "researcher" can
  169.     only observe what is received.  He or she is entirely dependent on the
  170.     carriers of information that transmit to him or her all he or she may
  171.     learn about the Universe. 
  172.  
  173.         Information carriers, however, are not infinite in variety.
  174.     All information we currently have about the Universe beyond our 
  175.     solar system has been transmitted to us by means of electromagnetic
  176.     radiation (radio, infrared, optical, ultraviolet, X-rays, and gamma
  177.     rays), cosmic ray particles (electrons and atomic nuclei), and more
  178.     recently by neutrinos.  There is another possible physical carrier,
  179.     gravitational waves, but they are extremely difficult to detect. 
  180.  
  181.         For the long future of humanity, there have also been specula-
  182.     tions about interstellar automatic probes that could be sent for the
  183.     detection of extrasolar life forms around the nearby stars.  Another
  184.     set of possibilities could be the detection of extraterrestrial
  185.     artifacts in our solar system, left here by alien intelligences that
  186.     want to reveal their visits to us. 
  187.  
  188.         Table 1 summarizes the possible "information carriers" that 
  189.     may let us find the evidence of an extraterrestrial civilization,
  190.     according to our knowledge of the laws of physics.  The classification
  191.     of techniques in Table 1 is not intended to be complete in all respects.  
  192.     Thus, only a few fundamental particles have been listed.  No attempt 
  193.     has been made to include any antiparticles.  This classification, like 
  194.     any such scheme, is also quite arbitrary.  Groupings could be made 
  195.     into different "astronomies". 
  196.  
  197.                         TABLE 1: Information Carriers
  198.  
  199.                                  |-
  200.                                  | Radio Waves
  201.                                  | Infrared Rays
  202.                |-                | Optical Rays
  203.                | Photon Astronomy| Ultraviolet Rays
  204.                |                 | X-Rays
  205.     Boson      |                 | Gamma Rays
  206.     Astronomy  |                 |-
  207.                | Graviton Astronomy: Gravity Waves
  208.                |-                     |-
  209.                                       | Neutrinos
  210.              |-           |-  Fermions| Electrons   |-
  211.              | Atomic     |           | Protons     | Cosmic
  212.              | Microscopic|           |-            | Rays
  213.              | Particles  |   Heavy Particles       |-
  214.    Particle  |            |-
  215.    Astronomy |                      |-
  216.              | Macroscopic Particles|       Meteors, meteorites,
  217.              | or objects           |       meteoritic dust
  218.              |-                     |-
  219.                  |-
  220.                  | Space Probes
  221.     Direct       | Manned Exploration
  222.     Techniques   | ET Astroengineering Activities in the Solar System
  223.                  |-
  224.  
  225.         The methods of collecting this information as it arrives at the
  226.     planet Earth make it immediately obvious that it is impossible to gather
  227.     all of it and measure all its components.  Each observation technique
  228.     acts as an information filter.  Only a fraction (usually small) of the
  229.     complete information can be gathered.  The diversity of these filters
  230.     is considerable.  They strongly depend on the available technology at
  231.     the time. 
  232.  
  233.         In this paper a review of the advantages and disadvantages of each
  234.     "physical carrier" is examined, including the case that the possible
  235.     ETCs are using them for interstellar communication purposes, as well
  236.     as the possibility of detection activities of extraterrestrial
  237.     technologies. 
  238.  
  239.         Classification of Extraterrestrial Civilizations
  240.  
  241.         The analysis of the use of each information carrier are deeply
  242.     connected with the assumption of the level of technology of the other
  243.     civilization. 
  244.  
  245.         Kardashev (1964) established a general criteria regarding the
  246.     types of activities of extraterrestrial civilizations which can be
  247.     detected at the present level of development.  The most general
  248.     parameters of these activities are apparently ultra-powerful energy
  249.     sources, harnessing of enormous solid masses, and the transmission 
  250.     of large quantities of information of different kinds through space.  
  251.     According to Kardashev, the first two parameters are a prerequisite 
  252.     for any activity of a supercivilization.  In this way, he suggested the 
  253.     following classification of energetically extravagant civilizations: 
  254.  
  255.         TYPE I:  A level "near" contemporary terrestrial civilization
  256.                  with an energy capability equivalent to the solar 
  257.                  insolation on Earth, between 10exp16 and 10exp17 Watts. 
  258.  
  259.         TYPE II:  A civilization capable of utilizing and channeling the
  260.                   entire radiation output of its star.  The energy 
  261.                   utilization would then be comparable to the luminosity 
  262.                   of our Sun, about 4x1026 Watts. 
  263.  
  264.         TYPE III:  A civilization with access to the power comparable
  265.                    to the luminosity of the entire Milky Way galaxy, 
  266.                    about 4x10exp37 Watts. 
  267.  
  268.         Kardashev also examined the possibilities in cosmic communica-
  269.     tion which attend the investment of most of the available power into
  270.     communication.  A Type II civilization could transmit the contents of
  271.     one hundred thousand average-sized books across the galaxy, a distance
  272.     of one hundred thousand light years, in a total transmitting time
  273.     of one hundred seconds.  The transmission of the same information
  274.     intended for a target ten million light years distant, a typical
  275.     intergalactic distance, would take a transmission time of a few weeks.
  276.     A Type III civilization could transmit the same information over a
  277.     distance of ten billion light years, approximately the radius of the
  278.     observable Universe, with a transmission time of just three seconds. 
  279.  
  280.         Kardashev and Zhuravlev (1992) considered that the highest level
  281.     of development corresponds to the highest level of utilization of
  282.     solid space structures and the highest level of energy consumption. 
  283.     For this assumption, they considered the temperature of solid space
  284.     structures in the range 3 Kelvin s T s 300 K, the consumption of energy 
  285.     in the range 1 Luminosity (Sun) s L s 10exp12 L(Sun), structures with 
  286.     sizes up to 100 kiloparsecs (kpc), and distances up to Dw 1000 mega-
  287.     parsecs (mpc).  One parsec equals 3.26 light years. 
  288.  
  289.         Searching for these structures is the domain of millimeter wave
  290.     astronomy.  For the 300 Kelvin technology, the maximum emission 
  291.     occurs in the infrared region (15-20 micrometers) and searching is
  292.     accomplished with infrared observations from Earth and space.  The
  293.     existing radio surveys of the sky (lambda = 6 centimeters (cm) on the
  294.     ground and lambda = 3 millimeters (mm) for the Cosmic Background
  295.     Explorer (COBE) satellite) place an essential limit on the abundance
  296.     of ETC 3 Kelvin technology.  The analyzes of the Infrared Astronomical
  297.     Satellite (IRAS) catalog of infrared sources sets limitations on the
  298.     abundance of 300 Kelvin technology. 
  299.  
  300.         Information Carriers and the Manifestations of Advanced 
  301.         Technological Civilizations
  302.  
  303.         Boson and Photon Astronomy
  304.  
  305.         Electromagnetic radiation carries virtually all the information on
  306.     which modern astrophysics is built.  The production of electromagnetic
  307.     radiation is directly related to the physical conditions prevailing 
  308.     in the emitter.  The propagation of the information carried by
  309.     electromagnetic waves (photons) is affected by the conditions along
  310.     its path.  The trajectories it follows depend on the local curvature
  311.     of the Universe, and thus on the local distribution of matter
  312.     (gravitational lenses), extinction affecting different wavelengths
  313.     unequally, neutral hydrogen absorbing all radiation below the Lyman
  314.     limit (91.3 mm), and absorption and scattering by interstellar dust,
  315.     which is more severe at short wavelengths. 
  316.  
  317.         Interstellar plasma absorbs radio wavelengths of kilometers and
  318.     above, while the scintillations caused by them become a very important
  319.     effect for the case of ETC radio messages (Cordes and Lazio, 1991). 
  320.     The inverse Compton effect lifts low-energy photons to high energies
  321.     in collisions with relativistic electrons, while gamma and X-ray
  322.     photons lose energy by the direct Compton effect.  The radiation
  323.     reaching the observer thus bears the imprint of both the source and 
  324.     the accidents of its passage though space. 
  325.  
  326.         The Universe observable with electromagnetic radiation is five-
  327.     dimensional.  Within this phase, four dimensions - frequency coverage 
  328.     plus spatial, spectral, and temporal resolutions - should properly be 
  329.     measured logarithmically with each unit corresponding to one decade 
  330.     (Tarter, 1984).  The fifth dimension is polarization, which has four 
  331.     possible states:  Circular, linear, elliptical, and unpolarized.
  332.     This increases the volume of logarithmic phase space fourfold. 
  333.  
  334.         It is useful to attempt to estimate the volume of the search space
  335.     which may need to be explored to detect an ETC signal.  For the case
  336.     of electromagnetic waves, we have a "Cosmic Haystack" with an eight-
  337.     dimensional phase space.  Three spatial dimensions (coordinates of the 
  338.     source), one dimension for the frequency of emission, two dimensions 
  339.     for the polarization, one temporal dimension to synchronize trans-
  340.     missions with receptions, and one dimension for the sensitivity of 
  341.     the receiver or the transmission power. 
  342.  
  343.         If we consider only the microwave region of the spectrum (300
  344.     megahertz (MHz) to 300 gigahertz (GHz)), it is easy to show that this
  345.     Cosmic Haystack has roughly 10exp29 cells, each of 0.1 Hz bandwidth,
  346.     per the number of directions in the sky in which an Arecibo (305-
  347.     meter) radio telescope would need to be pointed to conduct an all-sky
  348.     survey, per a sensitivity between 10exp(-20) and 10exp(-30) [W m-2],
  349.     per two polarizations.  The temporal dimension (synchronization
  350.     between transmission and reception) was not considered in the
  351.     calculation.  The number of cells increase dramatically if we expand
  352.     our search to other regions of the electromagnetic spectrum.  Until
  353.     now, only a small fraction of the whole Haystack has been explored 
  354.     (w 10exp(-15) - 10exp(-16)). 
  355.  
  356.         TABLE 2: Characteristics of the Electromagnetic Spectrum
  357.  
  358.           (All the numbers that follows each 10 are exponents.)       
  359.     ==================================================================
  360.     Spectrum      Frequency          Wavelength        Minimum Energy
  361.     Region        Region [Hz]        Region [m]        per photon [eV]
  362.     ==================================================================
  363.     Radio         3x106-3x1010       100-0.01          10-8 - 10-6 
  364.     Millimeter    3x1010-3x1012      0.01-10-4         10-6 - 10-4 
  365.     Infrared      3x1012-3x1014      10-4-10-6         10-4 - 10-2 
  366.     Optical       3x1014-1015        10-6-3x10-7       10-2 - 5 
  367.     Ultraviolet   1015-3x1016        3x10-7-10-8       5 - 102
  368.     X-rays        3x1016-3x1019      10-8-10-11        102 - 105
  369.     Gamma-rays    r3x1019            s10-11            r105         
  370.     ==================================================================
  371.  
  372.         Radio Waves
  373.  
  374.         In the last thirty years, most of the SETI projects have been
  375.     developed in the radio region of the electromagnetic spectrum.  A
  376.     complete description of the techniques that all the present and
  377.     near-future SETI programs are using for detecting extraterrestrial
  378.     intelligence radio beacons can be found elsewhere (e.g., Horowitz and
  379.     Sagan, 1993).  The general hypothesis for this kind of search is that
  380.     there are several civilizations in the galaxy that are transmitting
  381.     omnidirectional radio signals (civilization Type II), or that these
  382.     civilizations are beaming these kind of messages to Earth.  In this
  383.     section we will discuss only the detectability of extraterrestrial
  384.     technological manifestations in the radio spectrum. 
  385.  
  386.         Domestic Radio Signals
  387.  
  388.         Sullivan et al (1978) and Sullivan (1981) considered the
  389.     possibility of eavesdropping on radio emissions inadvertently
  390.     "leaking" from other technical civilizations.  To better understand
  391.     the information which might be derived from radio leakage, the case of
  392.     our planet Earth was analyzed.  As an example, they showed that the
  393.     United States Naval Space Surveillance System (Breetz, 1968) has an
  394.     effective radiated power of 1.4x10exp (10) watts into a bandwidth of
  395.     only 0.1 Hz.  Its beam is such that any eavesdropper in the declination 
  396.     range of zero to 33 degrees (28 percent of the sky) will be illuminated 
  397.     daily for a period of roughly seven seconds.  This radar has a detecta-
  398.     bility range of leaking terrestrial signals to sixty light years for 
  399.     an Arecibo-type (305-meter) antenna at the receiving end, or six
  400.     hundred light years for a Cyclops array (one thousand dishes of 100-
  401.     meter size each). 
  402.  
  403.         Recently Billingham and Tarter (1992) estimated the maximum range
  404.     at which radar signals from Earth could be detected by a search similar 
  405.     to the NASA High Resolution Microwave Survey (HRMS) assumed to be 
  406.     operating somewhere in the Milky Way galaxy.  They examined the trans-
  407.     mission of the planetary radar of Arecibo and the ballistic missile 
  408.     early warning systems (BMEWS).  For the calculation of maximum range 
  409.     R, the standard range equation is: 
  410.  
  411.         R=(EIRP/(4PI PHImin))exp(1/2)
  412.  
  413.         Where PHImin is the sensitivity of the search system in [W m-2].
  414.     For the NASA HRMS Target Search PHImin = 10exp (-27) and for the 
  415.     NASA HRMS Sky Survey PHImin w 10exp(-23) (f)exp(1/2), where f is the
  416.     frequency in GHz.  Table 3 shows the distances where the Arecibo and
  417.     BMEWS transmissions could be detected by a similar NASA HRMS
  418.     spectrometer. 
  419.  
  420.     TABLE 3: HRMS Sensitivity for Earth's Most Powerful Transmissions:
  421.  
  422.     ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
  423.  
  424.                           ARECIBO PLANETARY RADAR                     
  425.  
  426.     (1) TARGETED SEARCH                   MAXIMUM RANGE (light years)
  427.  
  428.           Unswitched               
  429.             With CW detector               4217
  430.             With pulse detector            2371
  431.           Switched
  432.             With CW detector               94
  433.             With pulse detector            290
  434.  
  435.     (2) SKY SURVEY                  
  436.  
  437.           Unswitched
  438.             CW detector                    77
  439.           Switched
  440.             CW detector                    9
  441.  
  442.  
  443.                                   BMEWS
  444.  
  445.     (1) TARGETED SEARCH
  446.           Pulse transmit CW detector       6
  447.           Pulse transmit pulse detector    19
  448.  
  449.     (2) SKY SURVEY
  450.           Pulse transmit CW detector       0.7
  451.  
  452.     ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
  453.  
  454.         All these calculations assumed that the transmitting civilization
  455.     is at the same level of technological evolution as ours on Earth. 
  456.  
  457.         Von Hoerner (1961) classified the possible nature of the ETC
  458.     signals into three general possibilities:  Local communication on
  459.     the other planet, interstellar communication with certain distinct
  460.     partners, and a desire to attract the attention of unknown future
  461.     partners.  Thus he named them as local broadcast, long-distance calls,
  462.     and contacting signals (beacons).  In most of the past fifty SETI
  463.     radio projects, the strategy was with the hypothesis that there are
  464.     several civilizations transmitting omnidirectional beacon signals. 
  465.     Unfortunately, no one has been able to show any positive evidence 
  466.     of this kind of beacon signal. 
  467.  
  468.         Another possibility is the radio detection of interstellar communi-
  469.     cations between an ETC planet and possible space vehicles.  Vallee and 
  470.     Simard-Normandin (1985) carried out a search for these kind of signals 
  471.     near the galactic center.  Because one of the characteristics of arti-
  472.     ficial transmitters (television, radar, etc.) is the highly polarized 
  473.     signal (Sullivan et al, 1978), these researchers made seven observing 
  474.     runs of roughly three days each in a program to scan for strongly 
  475.     polarized radio signals at the wavelength of lambda=2.82 cm. 
  476.  
  477.         Radar Warning Signals
  478.  
  479.         Assuming that there is a certain number N of civilizations in 
  480.     the galaxy at or beyond our own level of technical facility, and
  481.     considering that each civilization is on or near a planet of a Main
  482.     Sequence star where the planetoid and comet impact hazards are
  483.     considered as serious as here, Lemarchand and Sagan (1993) considered
  484.     the possibility for detecting some of these "intelligent activities"
  485.     developed to warn of these potentially dangerous impacts. 
  486.  
  487.         Because line-of-sight radar astrometric measurements have much
  488.     finer intrinsic fractional precision than their optical plane-of-sight
  489.     counterparts, they are potentially valuable for refining the knowledge
  490.     of planetoid and comet orbits.  Radar is an essential astrometric
  491.     tool, yielding both a direct range to a nearby object and the radial
  492.     velocity (with respect to the observer) from the Doppler shifted echo
  493.     (Yeomans et al, 1987, Ostro et al, 1991, and Yeomans et al, 1992). 
  494.  
  495.         Since in our solar system, most of Earth's nearby planetoids are
  496.     discovered as a result of their rapid motion across the sky, radar
  497.     observations are therefore often immediately possible and appropriate.
  498.     A single radar detection yields astronomy with a fractional precision
  499.     that is several hundred times better than that of optical astrometry.
  500.     The inclusion of radar with the optical data in the orbit solution 
  501.     can quickly and dramatically reduce future ephemeris uncertainty.  It
  502.     provides both impact parameter and impact ellipse estimates.  This
  503.     kind of radar research gives a clearer picture of the object to be
  504.     intercepted and the orientation of asymmetric bodies prior to
  505.     interception.  This is particularly important for eccentric or
  506.     multiple objects. 
  507.  
  508.         Radar is also the unique tool capable for making a survey of such
  509.     small objects at all angles with respect to the central star.  It can
  510.     also measure reflectivity and polarization to obtain physical
  511.     characteristics and composition. 
  512.  
  513.         For this case, we can assume that each of the extraterrestrial
  514.     civilizations in the galaxy maintains as good a radar planetoid and/or
  515.     comet detection and analysis facility as is needed, either on the
  516.     surface of their planet, in orbit, or on one of their possible moons. 
  517.  
  518.         The threshold for the Equivalent Isotropic Radiated Power (EIRP)
  519.     of the radar signal could be roughly estimated by the size of the
  520.     object (D) that they want to detect (according to the impact hazard)
  521.     and the distance to the inhabited planet (R), in order to have enough
  522.     time to avoid the collision. 
  523.  
  524.         One of the most important issues for the success of SETI
  525.     observations on Earth is the ability of an observer to detect an ETC
  526.     signal.  This factor is proportional to the received spectral flux
  527.     density of the radiation.  That is, the power per unit area per unit
  528.     frequency interval.  The flux density will be proportional to the EIRP
  529.     divided by the spectral bandwidth of the transmitting radar signals B.
  530.  
  531.         The EIRP is defined as the product of the transmitted power and
  532.     directive antenna gain in the direction of the receiver as EIRP =
  533.     PT.G, where PT is the transmitting power and G the antenna gain.  
  534.     This quantity has units of [W/Hz]. 
  535.  
  536.         According to the kind of object that the ETC wants to detect
  537.     (nearby planetoids, comets, spacecraft, etc.), the distance from the
  538.     radar system and the selected wavelength, a galactic civilization that
  539.     wants to finish a full-sky survey in only one year, will arise from a
  540.     modest "Type 0" (w10exp13 W/Hz, Rw0.4 A.U., Dw5000 m, and lambdaw1 m)
  541.     to the transition from "Type I" to "Type II" (w2x10exp24 W/Hz, Rw0.4
  542.     A.U., Dw10 m, lambdaw1 mm). 
  543.  
  544.         Lemarchand and Sagan (1993) also presented a detailed description
  545.     of the expected signal characteristics, as well as the most favorable
  546.     positions in the sky to find one of these signals.  They also have
  547.     compared the capability of detection of these transmissions by each
  548.     present and near future SETI projects. 
  549.  
  550.         Infrared Waves
  551.  
  552.         There have been some proposals to search in the infrared region
  553.     for beacon signals beamed at us (Lawton, 1971, and Townes, 1983). 
  554.     Basically, the higher gain available from antennas at shorter
  555.     wavelengths (up to 10exp14 Hz) compensates for the higher quantum
  556.     noise in the receiver and wider noise bandwidth at higher frequencies.
  557.     One concludes that for the same transmitter powers and directed
  558.     transmission which takes advantage of the high gain, the detectable
  559.     signal-to-noise ratio is comparable at 10 micro-m and 21 cm.  Since
  560.     non-thermal carbon dioxide (CO2) emissions have been detected in the
  561.     atmospheres of both Venus and Mars (Demming and Mumma, 1983), Rather
  562.     (1991) suggested the possibility that an advanced society could
  563.     construct transmitters of enormous power by orbiting large mirrors to
  564.     create a high-gain maser from the natural amplification provided by
  565.     the inverted atmospheric lines. 
  566.  
  567.         An observation program around three hundred nearby solar-type
  568.     stars has just begun (Tarter, 1992) by Albert Betz (University of
  569.     Colorado) and Charles Townes (University of California at Berkeley).
  570.     These observations are currently being made on one of the two 1.7-
  571.     meter elements of an IR interferometer at Mount Wilson observatory. 
  572.     On average, 21 hours of observing time per month is available for 
  573.     searching for evidence of technological signals. 
  574.  
  575.         Dyson (1959, 1966) proposed the search for huge artificial
  576.     biospheres created around a star by an intelligent species as part
  577.     of its technological growth and expansion within a planetary system. 
  578.     This giant structure would most likely be formed by a swarm of
  579.     artificial habitats and mini-planets capable of intercepting
  580.     essentially all the radiant energy from the parent star. 
  581.  
  582.         According to Dyson (1966), the mass of a planet like Jupiter could
  583.     be used to construct an immense shell which could surround the central
  584.     star, having a radius of one Astronomical Unit (A.U.).  The volume of
  585.     such a sphere would be 4cr2S, where r is the radius of the sphere (1
  586.     A.U.) and S the thickness.  He imagined a shell or layer of rigidly
  587.     built objects Dw10exp6 kilometers in diameter arranged to move in
  588.     orbits around the star.  The minimum number of objects required to
  589.     form a complete spherical shell [2] is about N=4 PIrexp2/Dexp2w2x10exp5 
  590.     objects. 
  591.  
  592.         This kind of object, known as a "Dyson Sphere", would be a very
  593.     powerful source of infrared radiation.  Dyson predicted the peak of
  594.     the radiation at ten micrometers. 
  595.  
  596.         The Dyson Sphere is certainly a grand, far-reaching concept. 
  597.     There have been some investigations to find them in the IRAS database
  598.     (V. I. Slysh, 1984; Jugaku and Nishimura, 1991; and Kardashev and
  599.     Zhuravlev, 1992). 
  600.  
  601.     ==================================================================
  602.     2 - The concept of this extraterrestrial construct was first 
  603.     described in the science fiction novel STAR MAKER by Olaf 
  604.     Stapledon in 1937.
  605.     ==================================================================
  606.  
  607.         Optical Waves
  608.  
  609.         In the radio domain, there have been several proposals to use the
  610.     visible region of the spectrum for interstellar communications.  Since
  611.     the first proposal by Schwartz and Townes (1961), intensive research 
  612.     has been performed on the possible use of lasers for interstellar 
  613.     communication. 
  614.  
  615.         Ross (1979) examined the great advantages of using short pulses in
  616.     the nanosecond regime at high energy per pulse at very low duty cycle.
  617.     This proposal was  experimentally explored by Shvartsman (1987) and
  618.     Beskin (1993), using a Multichannel Analyzer of Nanosecond Intensity
  619.     Alterations (MANIA), from the six-meter telescope in Russia.  This
  620.     equipment allows photon arrival times to be determined with an
  621.     accuracy of 5x10exp(-8) seconds, the dead time being 3x10exp(-7)
  622.     seconds and the maximum intensity of the incoming photon flux is
  623.     2x10exp4 counts/seconds. 
  624.  
  625.         In 1993, MANIA was used from the 2.15-meter telescope of the
  626.     Complejo Astronomico El Leoncito in Argentina, to examine fifty nearby
  627.     solar-type stars for the presence of laser pulses (Lemarchand et al,
  628.     1993). 
  629.  
  630.         Other interesting proposals and analysis of the advantages of
  631.     lasers for interstellar communications have been performed by Betz
  632.     (1986), Kingsley (1992), Ross (1980), and Rather (1991). 
  633.  
  634.         The first international SETI in the Optical Spectrum (OSETI)
  635.     Conference was organized by Stuart Kingsley, under the sponsorship of
  636.     The International Society for Optical Engineering, at Los Angeles,
  637.     California, in January of 1993. 
  638.  
  639.         There have also been independent suggestions by Drake and
  640.     Shklovskii (Sagan and Shklovskii, 1966) that the presence of a
  641.     technical civilization could be announced by the dumping of a
  642.     short-lived isotope, one which would not ordinarily be expected in 
  643.     the local stellar spectrum, into the atmosphere of a star.  Drake
  644.     suggested an atom with a strong, resonant absorption line, which may
  645.     scatter about 10exp8 photons sec -1 in the stellar radiation field.  A
  646.     photon at optical frequencies has an energy of about 10exp(-12) erg or
  647.     0.6 eV, so each atom will scatter about 10exp(-4) erg sec-1 in the
  648.     resonance line.  If we consider that the typical spectral line width
  649.     might be about 1 , and if we assume that a ten percent absorption
  650.     will be detectable, then this "artificial smog" will scatter about
  651.     (1A/5000A)x10exp(-1) = 2x10exp(-5) of the total stellar flux. 
  652.  
  653.         Sagan and Shklovskii (1966) considered that if the central star
  654.     has a typical solar flux of 4x10exp33 erg sec-1, it must scatter about
  655.     8x10exp28 erg sec-1 for the line to be detected.  Thus, the ETC would
  656.     need (8x10exp28)/10exp(-4) = 8x10exp32 atoms.  The weight of the
  657.     hydrogen atom (mH) is 1.66x10exp(-24) g, so the weight of an atom of
  658.     atomic weight n is nxmH grams. 
  659.  
  660.         Drake proposed the used of Technetium (Tc) for this purpose.  This
  661.     element is not found on Earth and its presence is observed very weakly
  662.     in the Sun, in part because it is short-lived.  Tc's most stable form
  663.     decays radioactively within an average of twenty thousand years.  Thus,
  664.     for the case of Tc, we need to distribute some 1.3x10exp11 grams, or
  665.     1.3x10exp5 tons, of this element into the stellar spectrum.  However,
  666.     technetium lines have not been found in stars of solar spectral type,
  667.     but rather only in peculiar ones known as S stars.  We must know more
  668.     than we do about both normal and peculiar stellar spectra before we
  669.     can reasonably conclude that the presence of an unusual atom in an
  670.     stellar spectrum is a sign of extraterrestrial intelligence. 
  671.  
  672.         Whitmire and Wright (1980) considered the possible observational
  673.     consequences of galactic civilizations which utilize their local star
  674.     as a repository for radioactive fissile waste material.  If a rela-
  675.     tively small fraction of the nuclear sources present in the crust of 
  676.     a terrestrial-type planet were processed via breeder reactors, the
  677.     resulting stellar spectrum would be selectively modified over geolo-
  678.     gical time periods, provided that the star has a sufficiently shallow 
  679.     outer convective zone.  They have estimated that the abundance anoma-
  680.     lies resulting from the slow neutron fission of plutonium-239 and
  681.     uranium-233 could be duplicated (compared with the natural nucleosyn-
  682.     thesis processes), if this process takes place. 
  683.  
  684.         Since there are no known natural nucleosynthesis mechanisms that
  685.     can qualitatively duplicate the asymptotic fission abundances, the
  686.     predicted observational characteristics (if observed) could not easily
  687.     be interpreted as a natural phenomenon.  They have suggested making 
  688.     a survey of A5-F2 stars for (1) an anomalous overabundance of the
  689.     elements of praseodymium and neodymium, (2) the presence, at any
  690.     level, of technetium or plutonium, and (3) an anomalously high ratio
  691.     of barium to zirconium.  Of course, if a candidate star is identified,
  692.     a more detailed spectral analysis could be performed and compared with
  693.     the predicted ratios. 
  694.  
  695.         Following the same kind of ideas, Philip Morrison discussed
  696.     (Sullivan, 1964) converting one's sun into a signaling light by
  697.     placing a cloud of particles in orbit around it.  The cloud would cut
  698.     enough light to make the sun appear to be flashing when seen from a
  699.     distance, so long as the viewer was close to the plane of the cloud
  700.     orbit.  Particles about one micron in size, he thought, would be
  701.     comparatively resistant to disruption.  The mass of the cloud would be
  702.     comparable to that of a comet covering an area of the sky five degrees
  703.     wide, as seen from the sun.  Every few months, the cloud would be
  704.     shifted to constitute a slow form of signaling, the changes perhaps
  705.     designed to represent algebraic equations. 
  706.  
  707.         Reeves (1985) speculated on the origin of mysterious stars called
  708.     blue stragglers.  This class of star was first identified by Sandage
  709.     (1952).  Since that time, no clear consensus upon their origins has
  710.     emerged.  This is not, however, due to a paucity of theoretical models
  711.     being devised.  Indeed, a wealth of explanations have been presented
  712.     to explain the origins of this star class.  The essential character-
  713.     istic of the blue stragglers is that they lie on, or near, the Main 
  714.     Sequence, but at surface temperatures and luminosities higher than 
  715.     those stars which define the cluster turnoff.  
  716.  
  717.         Reeves (1985) suggested the intervention of the inhabitants that
  718.     depend on these stars for light and heat.  According to Reeves, these
  719.     inhabitants could have found a way of keeping the stellar cores well-
  720.     mixed with hydrogen, thus delaying the Main Sequence turn-off and
  721.     the ultimately destructive, red giant phase. 
  722.  
  723.         Beech (1990) made a more detailed analysis of Reeves' hypothesis
  724.     and suggested an interesting list of mechanisms for mixing envelope
  725.     material into the core of the star.  Some of them are as follows:
  726.  
  727.         o  Creating a "hot spot" between the stellar core and surface
  728.            through the detonation of a series of hydrogen bombs.  This 
  729.            process may alternately be achieved by aiming "a powerful, 
  730.            extremely concentrated laser beam" at the stellar surface. 
  731.  
  732.         o  Enhanced stellar rotation and/or enhanced magnetic fields. 
  733.            Abt (1985) suggested from his studies of blue stragglers that
  734.            meridional mixing in rapidly rotating stars may enhance their 
  735.            Main Sequence lifetime. 
  736.  
  737.         If some of these processes can be achieved, the Main Sequence
  738.     lifetime may be greatly extended by factors of ten or more.  It is far
  739.     too early to establish, however, whether all the blue stragglers are
  740.     the result of astroengineering activities. 
  741.  
  742.         Editor's Note:  References to this paper will be published in 
  743.     Part 2 in the January 1994 issue of the EJASA.
  744.  
  745.         Related EJASA Articles -
  746.  
  747.         "Does Extraterrestrial Life Exist?", by Angie Feazel - November 1989
  748.  
  749.         "Suggestions for an Intragalactic Information Exchange System",
  750.          by Lars W. Holm - November 1989
  751.  
  752.         "Radio Astronomy: A Historical Perspective", by David J. Babulski
  753.          - February 1990
  754.  
  755.         "Getting Started in Amateur Radio Astronomy", by Jeffrey M. Lichtman
  756.          - February 1990
  757.  
  758.         "A Comparison of Optical and Radio Astronomy", by David J. Babulski
  759.          - June 1990
  760.  
  761.         "The Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI) in the Optical 
  762.          Spectrum, Parts A-F", by Dr. Stuart A. Kingsley - January 1992
  763.  
  764.         "History of the Ohio SETI Program", by Robert S. Dixon - June 1992
  765.  
  766.         "New Ears on the Sky: The NASA SETI Microwave Observing Project",
  767.          by Bob Arnold, the ARC, and JPL SETI Project - July 1992 
  768.  
  769.         "First International Conference on Optical SETI", by Dr. Stuart A. 
  770.          Kingsley - October 1992
  771.  
  772.         "Conference Preview: The Search for Extraterrestrial Intelligence 
  773.          (SETI) in the Optical Spectrum", by Dr. Stuart A. Kingsley
  774.          - January 1993
  775.  
  776.         The Author -
  777.  
  778.       ==================================================================
  779.       |                 Guillermo A. Lemarchand                        |
  780.       |               Universidad de Buenos Aires                      |
  781.       |                                                                |
  782.       |  POSTAL ADDRESS: C.C.8 -Suc.25,                                |
  783.       |                  1425-Buenos Aires,                            |
  784.       |                  ARGENTINA                                     |
  785.       |                                                                |
  786.       |  E-MAIL: lemar@seti.edu.ar                                     |
  787.       |                                                                |
  788.       |  PHONE: 54-1-774-0667             FAX: 54-1-786-8114           |
  789.       ==================================================================
  790.  
  791.  
  792.       THE ELECTRONIC JOURNAL OF THE ASTRONOMICAL SOCIETY OF THE ATLANTIC
  793.  
  794.                          December 1993 - Vol. 5, No. 5
  795.  
  796.                            Copyright (c) 1993 - ASA
  797.  
  798.