home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ ftp.pasteur.org/FAQ/ / ftp-pasteur-org-FAQ.zip / FAQ / astronomy / faq / part6 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  2003-05-08  |  52.3 KB

  1. Path: senator-bedfellow.mit.edu!bloom-beacon.mit.edu!newsfeed.stanford.edu!headwall.stanford.edu!newshub.sdsu.edu!news-xfer.cox.net!cox.net!news-hub.cableinet.net!blueyonder!proxad.net!proxad.net!freenix!sn-xit-02!sn-xit-03!sn-xit-01!sn-post-01!supernews.com!corp.supernews.com!not-for-mail
  2. From: jlazio@patriot.net
  3. Newsgroups: sci.astro,sci.astro.seti,sci.answers,news.answers
  4. Subject: [sci.astro] ET Life (Astronomy Frequently Asked Questions) (6/9)
  5. Approved: news-answers-request@MIT.EDU
  6. Followup-To: poster
  7. Date: 07 May 2003 19:37:40 -0400
  8. Organization: Posted via Supernews, http://www.supernews.com
  9. Message-ID: <llbryeuy4b.fsf@adams.patriot.net>
  10. Sender: jlazio@adams.patriot.net
  11. Summary: This posting addresses frequently asked questions about
  12.     extraterrestrial life and the search for it.
  13. User-Agent: Gnus/5.0808 (Gnus v5.8.8) Emacs/20.7
  14. MIME-Version: 1.0
  15. Content-Type: text/plain; charset=us-ascii
  16. X-Complaints-To: abuse@supernews.com
  17. Lines: 1050
  18. Xref: senator-bedfellow.mit.edu sci.astro:414143 sci.astro.seti:53125 sci.answers:15218 news.answers:251071
  19.  
  20. Last-modified: $Date: 2003/04/27 01:49:47 $
  21. Version: $Revision: 4.3 $
  22. URL: http://sciastro.astronomy.net/
  23. Posting-frequency: semi-monthly (Wednesday)
  24. Archive-name: astronomy/faq/part6
  25.  
  26. ------------------------------
  27.  
  28. Subject: Introduction
  29.  
  30.  sci.astro is a newsgroup devoted to the discussion of the science of
  31. astronomy.  As such its content ranges from the Earth to the farthest
  32. reaches of the Universe.
  33.  
  34.  However, certain questions tend to appear fairly regularly.  This
  35. document attempts to summarize answers to these questions.
  36.  
  37.  This document is posted on the first and third Wednesdays of each
  38. month to the newsgroup sci.astro.  It is available via anonymous ftp
  39. from <URL:ftp://rtfm.mit.edu/pub/usenet/news.answers/astronomy/faq/>,
  40. and it is on the World Wide Web at
  41. <URL:http://sciastro.astronomy.net/> and
  42. <URL:http://www.faqs.org/faqs/astronomy/faq/>.  A partial list of
  43. worldwide mirrors (both ftp and Web) is maintained at
  44. <URL:http://sciastro.astronomy.net/mirrors.html>.  (As a general note,
  45. many other FAQs are also available from
  46. <URL:ftp://rtfm.mit.edu/pub/usenet/news.answers/>.)
  47.  
  48. Questions/comments/flames should be directed to the FAQ maintainer,
  49. Joseph Lazio (jlazio@patriot.net).
  50.  
  51. ------------------------------
  52.  
  53. Subject: F.00 Extraterrestrial Life
  54.  
  55. [Dates in brackets are last edit.]
  56.  
  57.     F.01 What is life? [1997-09-03]
  58.     F.02 Life in the Solar System
  59.       02.1 Is there life on Mars? [1996-09-03]
  60.       02.2 Is there life in Jupiter (or Saturn)? [1996-09-03]
  61.       02.3 Is there life on Jupiter's moon Europa? [1996-09-03]
  62.       02.4 Is there life on Saturn's moon Titan? [1997-08-05]
  63.     F.03 What is the Drake equation? [1995-10-04]
  64.     F.04 What is the Fermi paradox? [1995-12-28]
  65.     F.05 Could we detect extraterrestrial life? [1999-09-15]
  66.     F.06 How far away could we detect radio transmissions?
  67.         [2000-07-19]
  68.     F.07 What's a Dyson sphere? [1997-06-04]
  69.     F.08 What is happening with SETI now? [2998-01-31]
  70.     F.09 Why search for extraterrestrial intelligence using radio?
  71.     Why not <fill in the blank> method? [2000-01-01]
  72.     F.10 Why do we assume that other beings must be based on carbon?
  73.     Why couldn't organisms be based on other substances?
  74.         [2001-03-20] 
  75.     F.11 Could life occur on an interstellar planet? [2003-04-27]
  76.  
  77. See also the entry in Section G of the FAQ on the detection of
  78. extrasolar planets.
  79.  
  80. ------------------------------
  81.  
  82. Subject: F.01 What is life?
  83. Author: T. Joseph W. Lazio <jlazio@patriot.net>
  84.  
  85.  This material is extracted from the review article by Chyba &
  86. MaDonald (1995, Annual Review of Earth and Planetary Science).
  87.  
  88.  How might we tell if a future mission to another body in the solar
  89. system had discovered life?  How do we separate living from
  90. non-living?  A simple set of criteria  for doing so might be,
  91. Something that is alive must (1) acquire nutrients from its
  92. environment, (2) respond to stimuli in its environment, and 
  93. (3) reproduce.  Unfortunately, with this definition we would conclude
  94. that mules are not alive while fire is.  Other attempts to define
  95. life---based on genetic, chemical, or thermodynamic criteria---suffer
  96. from similar failings.
  97.  
  98.  A working definition used by many attempting to understand the origin
  99. of life on the Earth is something like, "Life is a self-sustained
  100. chemical system capable of undergoing Darwinian evolution."  (Note
  101. that this definition, *chemical* systems, would exclude computer life
  102. or A-life, but other definitions exist which would not.)  Again this
  103. definition is not without its difficulties.  The emphasis on evolving
  104. systems implicitly assumes a collection of entities; Victor
  105. Frankenstein's creation would not have been classified as alive.
  106. Further, how long must one wait before concluding that a system was
  107. not evolving?  A recent definition that focusses on individual
  108. entities is that a living organism must be (1) self-bounded, (2)
  109. self-generating, and (3) self-perpetuating.
  110.  
  111.  Perhaps it is not possible to provide necessary and sufficient
  112. criteria to distinguish "alive" from "not alive."  Indeed, if life can
  113. arise from natural physical and chemical processes, there may be a
  114. continuous spectrum of "aliveness," with some entities clearly
  115. "alive"---humans, trees, dogs---some entities clearly "not
  116. alive"---rocks, pop bottles---and some entities somewhere in
  117. between---viruses.
  118.  
  119. Operationally, at our current stage of exploration of the solar
  120. system, all of the above definitions are probably too detailed.  On
  121. Earth, we have entities we clearly identify as "alive."  Liquid water
  122. appears to be a requirement for these living things.  Hence, the focus
  123. in solar system studies of life has been to target those bodies where
  124. liquid water either is possibly now or may have once been present.
  125.  
  126. ------------------------------
  127.  
  128. Subject: F.02 Life in the Solar System
  129.  
  130. Within the past 100--150 years, the conventional wisdom regarding life
  131. in the solar system (beside the Earth) has been on a roller coaster
  132. ride.  Life on other planets used to be considered likely.
  133. Suggestions for sending messages to other planets included cutting
  134. down huge tracts in the Siberian forests or filling and setting afire
  135. trenches of kerosene in the Sahara.  Lowell believed that he could see
  136. evidence for a civilization on Mars.
  137.  
  138. During the Space Age the planets were explored with robotic craft.
  139. The images and other measurements sent back by these craft convinced
  140. most scientists that only the Earth harbored life.
  141.  
  142. With even more recent findings, the possibility of life that life
  143. exists or existed elsewhere in the solar system is now being
  144. re-examined.
  145.  
  146. ------------------------------
  147.  
  148. Subject: F.02.1 Is there life on Mars?
  149. Author:    Steve Willner <swillner@cfa.harvard.edu>
  150.  
  151. The Viking landers found conditions on the surface of Mars unlikely to
  152. support life as we know it.  The mass spectrometer found too little
  153. carbon, which is the basis for organic molecules.  The chemistry is
  154. apparently highly oxidizing as well.  Some optimists have nevertheless
  155. argued that there still might be life on Mars, either below the
  156. surface or in surface regions not sampled by the landers, but most
  157. scientists consider life on Mars quite unlikely.  Evidence of surface
  158. water suggests, however, that Mars had a wetter and possibly warmer
  159. climate in the past, and life might have existed then.  If so, there
  160. might still be remnants (either living or fossil) today, but close
  161. examination will be necessary to find out.
  162.  
  163. More recently, McKay et al. have invoked biological activity to
  164. explain a number of features detected in a meteorite from Mars.  See
  165. <URL:http://www.fas.org/mars/> for additional information.
  166.  
  167. ------------------------------
  168.  
  169. Subject: F.02.2 Is there life in Jupiter (or Saturn)?
  170.  
  171. Jupiter (and Saturn) has no solid surface, like the Earth.  Rather the
  172. density and temperature increase with depth.  The lack of solid
  173. surface need not be a deterrent to life, though, as many aquatic
  174. animals (e.g., fish, jellyfish) never touch a solid surface.
  175.  
  176. There has been speculation that massive gas-bag organisms could exist
  177. in Jupiter's atmosphere.  These organisms might be something like
  178. jellyfish, floating upon the atmospheric currents and eating either
  179. each other or the organic materials formed in Jupiter's atmosphere.
  180.  
  181. ------------------------------
  182.  
  183. Subject: F.02.3 Is there life on Jupiter's moon, Europa?
  184.  
  185. This article is adapted from NASA Press Releases.
  186.  
  187. In the late 1970's, NASA Voyager spacecraft imaged Europa.  Its
  188. surface was marked by complicated linear features, appearing like
  189. cracks or huge fractures in the surface.  No large craters (more than
  190. five kilometers in diameter) were easily identifiable.  One
  191. explanation for this appearance is that the surface is a thin ice
  192. crust overlying water or softer ice and that the linear features are
  193. fractures in that crust.  Galileo images have reinforced the idea that
  194. Europa's surface is an ice-crust, showing places on Europa that
  195. resemble ice floes in Earth's polar regions, along with suggestions of
  196. geyser-like eruptions.
  197.  
  198. Europa's appearance could result from the stresses of the contorting
  199. tidal effects of Jupiter's strong gravity (possibly combined with some
  200. internal heat from decay of radioactive elements).  If the warmth
  201. generated by tidal heating is (or has been) enough to liquefy some
  202. portion of Europa, then the moon may have environmental niches warm
  203. and wet enough to host life.  These niches might be similar to those
  204. found near ocean-floor vents on the Earth.
  205.  
  206. ------------------------------
  207.  
  208. Subject: F.02.4 Is there life on Saturn's moon Titan?
  209. Author: T. Joseph W. Lazio <jlazio@patriot.net>
  210.  
  211.  This material is extracted from the review article by Chyba &
  212. McDonald (1995, Annual Review of Earth and Planetary Science).
  213.  
  214.  Titan's atmosphere is a rich mix of nitrogen and methane, from which
  215. organic molecules (i.e., those containing carbon, not necessarily
  216. molecules in living organisms) can be formed.  Indeed, there has been
  217. speculation that Titan's atmosphere resembles that of Earth some 4
  218. billion years ago.  Complex organic chemistry can result from the
  219. ultraviolet light from the Sun or from charged particle impacts on the
  220. upper atmosphere.  Unfortunately, Titan's great distance from the Sun
  221. means that the surface temperature is so low that liquid water is
  222. probably not present globally.  Since we believe that liquid water is
  223. probably necessary for the emergence of life, Titan is unlikely to
  224. harbor any life.  The impact of comets or asteroids on Titan may,
  225. however, warm the surface enough that any water ice could melt.  Such
  226. "impact pools" could persist for as long as 1 thousand years,
  227. potentially allowing life-like chemical reactions to occur.
  228.  
  229. ------------------------------
  230.  
  231. Subject: F.03 What is the Drake equation?
  232. Author: John Pike <johnpike@fas.org>, Bill Arnett <billa@znet.com>,
  233.     Steve Willner <swillner@cfa.harvard.edu>
  234.  
  235. There are various forms of it, but basically it is a means of doing
  236. boundary calculations for the prevalence of intelligent life in the
  237. universe.  It might take the form of saying that if there are:
  238.  
  239. X   stars in the Galaxy, of which
  240. Y % have planets, of which
  241. Z % can support life, on which
  242. A % intelligent life has arisen, with
  243. B   representing the average duration of civilizations
  244.  
  245. then you fool around with the numbers to figure out how close on average
  246. the nearest civilization is.  There are various mathematical expressions
  247. for this formula (see below), and there are variations on how many terms
  248. the equations include.
  249.  
  250. The problem, of course, is that some of the variables are easy to pick
  251. (e.g., stars in the Galaxy), some are under study (e.g., how many
  252. stars have terrestrial-like planets), and others are just flat-out
  253. wild guesses (e.g., duration of civilization, where we are currently
  254. running an experiment to test this here on Terra of Sol).
  255.  
  256.  
  257. One useful form says the number of detectable civilizations is:
  258.         N  = R * fp * ne * fl * fi * fc * L
  259.  where        
  260.         R  = "the average rate of star formation in the region in question",
  261.         fp = "the fraction of stars that form planets"
  262.         ne = "the average number of planets hospitable to life per star"
  263.         fl = "the fraction of those planets where life actually emerges"
  264.         fi = "the fraction of life-bearing planets where life evolves into
  265.               intelligent beings"
  266.         fc = "the fraction of planets with intelligent creatures capable
  267.               of interstellar communication"
  268.         L = "the length of time that such a civilization remains
  269.               detectable".
  270.  
  271. (If you want some definition of civilization other than detectability,
  272. just change your definition of fc and L accordingly.)
  273.  
  274. Can we provide reasonable estimates for any of the above numbers?  The
  275. "social/biological" quantities are at best speculative and aren't
  276. appropriate for this newsgroup anyway.  (For arguments that they are
  277. quite small, see biologist Ernst Mayr's article in _Bioastronomy
  278. News_, Quarter 1995, <URL:http://planetary.org/tps/mayr.html>.)  Even
  279. the "astronomical" numbers, though determinable in principle, have
  280. considerable uncertainty.  Nevertheless, I will attempt to provide
  281. reasonable estimates.  I'll take the "region in question" to be the
  282. Milky Way Galaxy and consider only cases "similar to" our solar
  283. system.
  284.  
  285. For R, I'm going to use only stars with luminosities between half and
  286. double that of the Sun.  Dimmer stars have a very small zone where
  287. Earth-like temperatures will be found, and more luminous stars have
  288. relatively short lifetimes.  Near the Sun, there are about 4.5E-3 such
  289. stars in a cubic parsec.  I'm only going to consider stars in the
  290. Galactic disk, which I take to have a scale height of 660 pc and scale
  291. length of between 5 and 8 kpc.  (Stars outside the disk either have
  292. lower metallicity than the Sun or live in a very different environment
  293. and may have formed in a different way.)  The Sun is about 8 kpc from
  294. the Galactic center, and thus in a region of lower than maximum star
  295. density.  Putting everything together, there ought to be around 1.4E9
  296. stars in the class defined.  This represents about 1% of the total mass
  297. of the Galaxy.  The age of the Sun is about 4.5E9 years, so the average
  298. rate of formation R is about 0.3 "solar like stars" per year.
  299.  
  300. Planets are more problematic, since extrasolar planets cannot generally
  301. be detected, but it is thought that their formation is a natural and
  302. indeed inevitable part of star formation.  For stars like the Sun, in
  303. fact, there is either observational evidence or clear theoretical
  304. justification for every stage of the planet formation process as it is
  305. currently understood.  We might therefore be tempted to take fp=1 (for
  306. stars in the luminosity range defined), but we have to consider binary
  307. stars.  A second star may disrupt planetary orbits or may somehow
  308. prevent planets forming in the first place.  Because about 2/3 of the
  309. relevant stars are in binary systems, I'm going to take fp=1/3.
  310.  
  311. Now we are pretty much out of the range of observation and into
  312. speculation.  It seems reasonable to take ne=1 or even 1.5 on the basis
  313. of the Solar system (Earth and Mars), but a pessimist could surely take
  314. a smaller number.  You can insert your own values for the probabilities,
  315. but if we arbitrarily set all of them equal to one
  316.   N <= 0.1 L
  317. seems consistent with all known data.
  318.  
  319. A more detailed discussion of interpretation of the Drake equation and
  320. the factors in it can be found in Issue 5 of SETIQuest.
  321.  
  322. ------------------------------
  323.  
  324. Subject: F.04 What is the Fermi paradox?
  325. Author: John Pike <johnpike@fas.org>, 
  326.     Steve Willner <swillner@cfa.harvard.edu>
  327.  
  328. One of the problems that the Drake Equation produces is that if you take
  329. reasonable (some would say optimistic) numbers for everything up to the
  330. average duration of technological civilizations, then you are left with
  331. three possibilities:
  332.  
  333. 1. If such civilizations last a long time, "They" should be _here_
  334. (leading either the the Flying Saucer hypothesis---they are here and
  335. we are seeing them, or the Zoo Hypothesis---they are here and are
  336. hiding in obedience to the Prime Directive, which they observe with
  337. far greater fiqdelity than Captain Kirk could ever muster). -or-
  338.  
  339. 2. If such civilizations last a long time, and "They" are not "here"
  340. then it becomes necessary to explain why each and every technological
  341. civilization has consistently chosen not to build starships.  The
  342. first civilization to build starships would spread across the entire
  343. Galaxy on a timescale that is short relative to the age of the Galaxy.
  344. Perhaps they lose interest in space flight and building starships
  345. because they are spending all their time surfing the net. (Think about
  346. it---the whole point of space flight is the proposition that there are
  347. privileged spatial locations, and the whole point of the net is that
  348. physical location is more or less irrelevant.) -or-
  349.  
  350. 3. Such civilizations do not last a long time, and blow themselves up
  351. or otherwise fall apart pretty quickly (... film at 11).
  352.  
  353. Thus the Drake Equation produces what is called the Fermi Paradox
  354. (i.e., "Where are They?"), in that the implications of #3 and #2 are
  355. not terribly encouraging to some folks, but the two flavors of #1 are
  356. kinda hard to come to grips with.
  357.  
  358.  
  359. An alternate version of 2 is that interstellar travel is far more
  360. difficult than we think it is.  Right now, it doesn't seem much beyond
  361. the boundaries of current technology to launch "generation ships," which
  362. amount to an O'Neill colony plus propulsion and power systems.  An
  363. alternative is robot probes with artificial intelligence; these don't
  364. seem so difficult either.  The Milky Way galaxy is well under 10^5 light
  365. years in diameter and over 10^9 years old, so even travel beginning
  366. fairly recently in Galactic history and proceeding well under the speed
  367. of light ought to have filled the Galaxy by now.  (Travel very near the
  368. speed of light still seems very hard, but such high speed isn't
  369. necessary to fill the Galaxy with life.)  The paradox, then, is that we
  370. don't observe evidence of anybody besides us.
  371.  
  372. ------------------------------
  373.  
  374. Subject: F.05 Could we detect extraterrestrial life?
  375. Author: Steve Willner <swillner@cfa.harvard.edu>
  376.  
  377. Yes, although present observations can do so only under optimistic
  378. assumptions.  Radio and optical searches currently underway are aimed
  379. at detecting "beacons" built by putative advanced civilizations and
  380. intended to attract attention.  More sensitive searches (e.g., Project
  381. Cyclops) that might detect normal activities of an advanced
  382. civilization (similar for example to our military radars or TV
  383. stations) have been proposed but so far not funded.  No funding of
  384. these is likely until the search for beacons is far closer to being
  385. complete.  Why get involved with the difficult until you are done with
  386. the easy?
  387.  
  388. Ordinary astronomical observations are most unlikely to detect life.
  389. The kinds of life we speculate about would be near stars, and the
  390. light from the star would conceal most signs of life unless a special
  391. effort is made to look for them.
  392.  
  393. Within the solar system, the Viking landers found conditions on the
  394. surface of Mars unlikely to support life as we know it.  The mass
  395. spectrometer found too little carbon, which is the basis for organic
  396. molecules.  The chemistry is apparently highly oxidizing as well.
  397. Some optimists have nevertheless argued that there still might be
  398. life on Mars, either below the surface or in surface regions not
  399. sampled by the landers, but most scientists consider life on Mars
  400. quite unlikely.  Evidence of surface water suggests, however, that
  401. Mars had a wetter and possibly warmer climate in the past, and life
  402. might have existed then.  If so, there might still be remnants
  403. (either living or fossil) today, but close examination will be
  404. necessary to find out.
  405.  
  406. Other sites that conceivably could have life include the atmosphere
  407. of Jupiter (and perhaps Saturn) and the presumed liquid water under
  408. the surface ice of Jupiter's satellite Europa.  Organisms living in
  409. either place would have to be very different from anything we know on
  410. Earth, and it's hard to know how one would even start to look for
  411. them.
  412.  
  413. Concepts for specialized space missions that could detect Earth-like
  414. planets and return spectral information on their atmospheres have been
  415. suggested, and either NASA or ESA may launch such a mission some time
  416. in the next two decades (see
  417. <URL:http://techinfo.jpl.nasa.gov/www/ExNPS/HomePage.html> and
  418. <URL:http://ast.star.rl.ac.uk/darwin/>).  The evidence for life would
  419. be detection of ozone (implying oxygen) in the planet's atmosphere.
  420. While this would be strong evidence for life---oxygen in Earth's
  421. atmosphere is thought to have come from life---it would not be
  422. ironclad proof, as there may be some way an oxygen atmosphere could
  423. form without life.
  424.  
  425. For more information, see references at the end of F.06.  Also, check
  426. out the SETI Institute Web site at <URL:http://www.seti-inst.edu>.
  427.  
  428. ------------------------------
  429.  
  430. Subject: F.06 How far away could we detect radio transmissions?
  431. Author: Al Aburto <aburto@nosc.mil>, 
  432.     David Woolley <david@djwhome.demon.co.uk>
  433.  
  434. Representative results are presented in Tables 1 and 2.  The short
  435. answer is
  436.  (1) Detection of broadband signals from Earth such as AM radio, FM
  437.      radio, and television picture and sound would be extremely
  438.      difficult even at a fraction of a light-year distant from the
  439.      Sun.  For example, a TV picture having 5 MHz of bandwidth and 5
  440.      MWatts of power could not be detected beyond the solar system
  441.      even with a radio telescope with 100 times the sensitivity of the
  442.      305 meter diameter Arecibo telescope.
  443.  
  444.  (2) Detection of narrowband signals is more resonable out to
  445.      thousands of light-years distance from the Sun depending on the
  446.      transmitter's transmitting power and the receiving antenna size.
  447.             
  448.  (3) Instruments such as the Arecibo radio telescope could detect
  449.      narrowband signals originating thousands of light-years from the
  450.      Sun.
  451.             
  452.  (4) A well-designed 12 ft diameter amateur radio telescope could
  453.      detect narrowband signals from 1 to 100 light-years distance
  454.      assuming the transmitting power of the transmitter is in the
  455.      terawatt range.
  456.  
  457. What follows is a basic example for the estimation of radio and
  458. microwave detection ranges of interest to SETI.  Minimum signal
  459. processing is assumed.  For example an FFT can be used in the
  460. narrowband case and a bandpass filter in the broadband case (with
  461. center frequency at the right place of course).  In addition it is
  462. assumed that the bandwidth of the receiver (Br) is constrained such
  463. that it is greater than or equal to the bandwidth of the transmitted
  464. signal (Bt) (that is, Br >= Bt).
  465.  
  466. Assume a power Pt (watts) in bandwidth Bt (Hz) radiated isotropically.
  467. At a distance of R (meters), this power will be uniformly distributed
  468. (reduced) over a sphere of area: 4 * pi * R^2.  The amount of this
  469. power received by an antenna of effective area Aer with bandwidth Br
  470. (Hz), where Br >= Bt, is therefore:
  471.  
  472.   Pr = Aer * (Pt / (4 * pi * R^2))
  473.  
  474. If the transmitting antenna is directive (that is, most of the
  475. available power is concentrated into a narrow beam) with power gain Gt
  476. in the desired direction then:
  477.  
  478.   Pr = Aer * ((Pt * Gt) / (4 * pi * R^2))
  479.  
  480. The antenna gain G (Gt for transmitting antenna) is given by the
  481. following expression.  (The receiving antenna has a similar expression
  482. for its gain, but the receiving antenna's gain is not used explicitly
  483. in the range equation.  Only the effective area, Aer, intercepting the
  484. radiated energy at range R is required.)
  485.  
  486.   Gt = Aet * (4 * pi / (w^2)), where
  487.      
  488.        Aet = effective area of the transmitting antenna (m^2), and
  489.          w = wavelength (m) the antenna is tuned to.
  490.          f = c / w, where f is the frequency and c is the speed of light.
  491.          c = 2.99792458E+08 (m/sec)
  492.         pi = 3.141592654...
  493.  
  494. For an antenna (either transmiting or receiving) with circular apertures:
  495.  
  496.   Ae = <eta> * pi * d^2 / 4
  497.  
  498.         <eta>r = efficiency of the antenna,
  499.         d = diameter (m) of the antenna.
  500.  
  501. The Nyquist noise, Pn, is given by:
  502.  
  503.   Pn = k * Tsys * Br, where
  504.      
  505.           k = Boltzmann's constant = 1.38054E-23 (joule/kelvin)
  506.        Tsys = is the system temperature (kelvins), and
  507.          Br = the receiver bandwidth (hertz).
  508.  
  509. The signal-to-noise ratio, snr, is given by:
  510.  
  511.   snr = Pr / Pn.
  512.  
  513. If we average the output for a time t, in order to reduce the variance
  514. of the noise, then one can improve the snr by a factor of 
  515. sqrt(Br * t). Thus:
  516.  
  517.   snr = Pr * sqrt(Br * t) / Pn.
  518.  
  519. The factor Br*t is called the "time bandwidth product," of the receive
  520. processing in this case, which we'll designate as:
  521.  
  522.   twp = Br * t.
  523.  
  524. We'll designate the integration or averaging gain as:
  525.  
  526.   twc = sqrt(twp).
  527.  
  528. Integration of the data (which means: twp = Br * t > 1, or
  529. t > (1 / Br) ) makes sense for unmodulated "CW" signals that are
  530. relatively stable over time in a relatively stationary (steady) noise
  531. field.  On the other hand, integration of the data does not make
  532. sense for time-varying signals since this would distroy the
  533. information content of the signal.  Thus for a modulated signal 
  534. twp = Br * t = 1 is appropriate.
  535.  
  536. In any case the snr can be rewritten as:
  537.  
  538. snr = (Pt * Gt) * Aer * twc / (4 * pi * R^2 * Br * k * Tsys)
  539.  
  540. Pt * Gt is called the Effective Isotropic Radiated Power (EIRP) in
  541. the transmitted signal of bandwidth Bt. So:
  542.  
  543. EIRP = Pt * Gt, and
  544.  
  545. snr = EIRP * Aer * twc / (4 * pi * R^2 * Br * k * Tsys)
  546.  
  547. This is a basic equation that one can use to estimate SETI detection
  548. ranges. 
  549.  
  550. #######################################################################
  551. # If Rl is the number of meters in a light year (9.46E+15 [m/LY]),    #
  552. # then the detection range in light years is given by                 #
  553. #                                                                     #
  554. # R = sqrt[ EIRP * Aer * twc / (4 * pi * snr * Br * k * Tsys) ] / Rl  #
  555. #                                                                     #
  556. # If we wanted the range in Astronomical Units then replace Rl        #
  557. # with Ra = 1.496E+11 (m/AU).                                         #
  558. #######################################################################
  559.  
  560. Note that for maximum detection range (R) one would want the transmit
  561. power (EIRP), the area of the receive antenna (Aer), and the time
  562. bandwidth product (twp) to be as big as possible.  In addition one
  563. would want the snr, the receiver bandwidth (Br), and thus transmit
  564. signal bandwidth (Bt), and the receive system temperature (Tsys) to be
  565. as small as possible.
  566.  
  567. (There is a minor technical complication here.  Interstellar space
  568. contains a plasma.  Its effects on a propagating radio wave including
  569. broadening the bandwidth of the signal.  This effect was first
  570. calculated by Drake & Helou and later by Cordes & Lazio.  The
  571. magnitude of the effect is direction, distance, and frequency
  572. dependent, but for most lines of sight through the Milky Way a typical
  573. value might be 0.1 Hz at a frequency of 1000 MHz.  Thus, bandwidths
  574. much below this value are unnecessary because there will be few, if
  575. any, signals with narrower bandwidths.)
  576.  
  577. Now we are in a position to carry out some simple estimates of
  578. detection range.  These are shown in Table 1 for a variety of radio
  579. transmitters.  We'll assume the receiver is similar to Arecibo, with
  580. diameter dr = 305 m and an efficiency of 50% (<eta>r = 0.5).  We'll
  581. assume snr = 25 is required for detection (The META project used a snr
  582. of 27--33 and SETI@home uses 22; more refined signal processing might
  583. yield increased detection ranges by a factor of 2 over those shown in
  584. the Table 1.)  We'll also assume that twp = Br * Tr = 1.  An
  585. "educated" guess for some of the parameter values, Tsys in particular,
  586. was taken as indicated by the question marks in the table.  As a
  587. reference note that Jupiter is 5.2 AU from the Sun and Pluto 39.4 AU,
  588. while the nearest star to the Sun is 4.3 LY away.  Also any signal
  589. attenuation due to the Earth's atmosphere and ionosphere have been
  590. ignored; AM radio, for example, from Earth, is trapped within the
  591. ionosphere.
  592.  
  593. The receive antenna area, Aer, is 
  594.  
  595.   Aer = <eta>r * pi * dr^2 / 4 = 36.5E3 m^2.
  596.  
  597. (Scientific notation is being used here; 1E1 = 10, 1E2 = 100, 1E3 =
  598. 1000, so 36.5E3 is 36.5 times 1000.)  Hence the detection range (light
  599. years) becomes
  600.  
  601.   R = 3.07E-04 * sqrt[ EIRP / (Br * Tsys) ].
  602.  
  603. Table 1 Detection ranges of various EM emissions from Earth and the
  604.           Pioneer spacecraft assuming a 305 meter diameter circular
  605.           aperture receive antenna, similar to the Arecibo radio
  606.           telescope. Assuming snr = 25, twp = Br * Tr = 1, <eta>r =
  607.           0.5, and dr = 305 meters.
  608. -------------+--------------+-----------+--------+--------+-----------+
  609. Source       | Frequency    | Bandwidth | Tsys   | EIRP   | Detection |
  610.              | Range        |    (Br)   |(Kelvin)|        | Range (R) |
  611. -------------+--------------+-----------+--------+--------+-----------+
  612. AM Radio     | 530-1605 kHz |  10   kHz | 68E6   | 100 KW |  0.007 AU |
  613. -------------+--------------+-----------+--------+--------+-----------+
  614. FM Radio     |  88-108  MHz | 150   kHz |  430   |   5 MW |    5.4 AU |
  615. -------------+--------------+-----------+--------+--------+-----------+
  616. UHF TV       | 470-806  MHz |   6   MHz |  50  ? |   5 MW |    2.5 AU |
  617. Picture      |              |           |        |        |           |
  618. -------------+--------------+-----------+--------+--------+-----------+
  619. UHF TV       | 470-806  MHz |   0.1  Hz |  50  ? |   5 MW |    0.3 LY |
  620. Carrier      |              |           |        |        |           |
  621. -------------+--------------+-----------+--------+--------+-----------+
  622. WSR-88D      |   2.8    GHz |  0.63 MHz |  40    |  32 GW |   0.01 LY |
  623. Weather Radar|              |           |        |        |           |
  624. -------------+--------------+-----------+--------+--------+-----------+
  625. Arecibo      |   2.380  GHz |  0.1   Hz |  40    |  22 TW |    720 LY |
  626. S-Band (CW)  |              |           |        |        |           |
  627. -------------+--------------+-----------+--------+--------+-----------+
  628. Arecibo      |   2.380  GHz |  0.1   Hz |  40    |   1 TW |    150 LY |
  629. S-Band (CW)  |              |           |        |        |           |
  630. -------------+--------------+-----------+--------+--------+-----------+
  631. Arecibo      |   2.380  GHz |  0.1   Hz |  40    |   1 GW |      5 LY |
  632. S-Band (CW)  |              |           |        |        |           |
  633. -------------+--------------+-----------+--------+--------+-----------+
  634. Pioneer 10   |   2.295  GHz |  1.0   Hz |  40    | 1.6 kW |    120 AU |
  635. Carrier      |              |           |        |        |           |
  636. -------------+--------------+-----------+--------+--------+-----------+
  637.  
  638. It should be apparent then from these results that the detection of AM
  639. radio, FM radio, or TV pictures much beyond the orbit of Pluto will be
  640. extremely difficult even for an Arecibo-like 305 meter diameter radio
  641. telescope!  Even a 3000 meter diameter radio telescope could not
  642. detect the "I Love Lucy" TV show (re-runs) at a distance of 0.01
  643. Light-Years!
  644.  
  645. It is only the narrowband high intensity emissions from Earth
  646. (narrowband radar generally) that will be detectable at significant
  647. ranges (greater than 1 LY).  Perhaps they'll show up very much like
  648. the narrowband, short duration, and non-repeating, signals observed by
  649. our SETI telescopes.  Perhaps we should document all these
  650. "non-repeating" detections very carefully to see if any long term
  651. spatial detection patterns show up.
  652.  
  653. Another question to consider is what an Amateur SETI radio telescope
  654. might achieve in terms of detection ranges using narrowband FFT
  655. processing.  Detection ranges (LY) are given in Table 2 assuming a 12
  656. ft (3.7 m) dish antenna operating at 1.42 GHz, for various FFT
  657. binwidths (Br), Tsys, snr, time bandwidth products (twp = Br*t), and
  658. EIRP values.  It appears from the table that effective amateur SETI
  659. explorations can be conducted out beyond approximately 30 light years
  660. provided the processing bandwidth is near the minimum (approximately
  661. 0.1 Hz), the system temperature is minimal (20 to 50 Degrees Kelvin),
  662. and the EIRP of the source (transmitter) is greater than approximately
  663. 25 terawatts.
  664.  
  665.  
  666. Table 2     Detection ranges (LY) for a 12 foot diameter amateur
  667.             radio telescope SETI system, operating at 1.420 GHz.
  668.                                  +-------------------------------+
  669.                                  |             EIRP              |
  670.                                  +-------+--------+------+-------+
  671.                                  | 100TW |  25TW  |  1TW | 100GW |
  672. -------+-------+----------+------+-------+--------+------+-------+
  673.    Br  | Br*t  |   Tsys   | snr  |        Detection Range        |
  674.   (Hz) |       | (kelvin) |      |             (LY)              |
  675. -------+-------+----------+------+-------+--------+------+-------+
  676.   0.1  |   2   |    50    |  25  |   28  |    17  |  3.4 |   1.1 |
  677. -------+-------+----------+------+-------+--------+------+-------+
  678.   0.1  |   1   |    50    |  25  |   20  |    12  |  2.4 |  0.76 |
  679. -------+-------+----------+------+-------+--------+------+-------+
  680.   0.5  |   2   |    50    |  25  |  12.7 |    6.4 |  1.3 |   0.4 |
  681. -------+-------+----------+------+-------+--------+------+-------+
  682.   0.5  |   1   |    50    |  25  |    9  |    4.5 |  0.9 |   0.3 |
  683. -------+-------+----------+------+-------+--------+------+-------+
  684.   0.1  |  20   |    50    |  25  |   90  |    54  |  11  |   3.4 |
  685. -------+-------+----------+------+-------+--------+------+-------+
  686.   1.0  | 200   |    50    |  25  |   90  |    54  |  11  |   3.4 |
  687. -------+-------+----------+------+-------+--------+------+-------+
  688.  
  689.  
  690. REFERENCES:
  691.         Radio Astronomy, John D. Kraus, 2nd edition, Cygnus-Quasar
  692.         Books, 1986, P.O. Box 85, Powell, Ohio, 43065.
  693.  
  694.         Radio Astronomy, J. L. Steinberg, J. Lequeux, McGraw-Hill
  695.         Electronic Science Series, McGraw-Hill Book Company, Inc,
  696.         1963.
  697.  
  698.         Project Cyclops, ISBN 0-9650707-0-0, Reprinted 1996, by the
  699.         SETI League and SETI Institute.
  700.  
  701.         Extraterrestrial Civilizations, Problems of Interstellar
  702.         Communication, S. A. Kaplan, editor, 1971, NASA TT F-631
  703.         (TT 70-50081), page 88.
  704.  
  705.  
  706. ------------------------------
  707.  
  708. Subject: F.07 What's a Dyson spheres?
  709. Author: Anders Sandberg <nv91-asa@nada.kth.se>
  710.  
  711. Freeman Dyson noted that one of the limiting resources for
  712. civilizations is the amount of energy they can harness.  He proposed
  713. that an advanced civilization could harness a substantial fraction of
  714. its sun's energy by enclosing the star in a shell which would capture
  715. most of the radiation emitted by the star.  That energy could then be
  716. used to do work.
  717.  
  718. As originally proposed a Dyson sphere consisted of many solar
  719. collectors in independent orbits.  Many science fiction writers have
  720. modified the idea to make a Dyson sphere one complete shell.  In
  721. addition to capturing all of the available energy from the star, such
  722. a shell would have a huge surface area for living space.  While
  723. Dyson's original proposal of a number of solar collectors is stable,
  724. this later idea of a complete shell is not stable.  Without some
  725. stablizing mechanism, even small forces, e.g., a meteor hit, would
  726. cause the shell to drift and eventually hit the star.  Also, the
  727. stresses on a complete shell Dyson sphere are huge and no known
  728. material has enough strength to be used in the construction of such a
  729. shell.
  730.  
  731. There have been searches for Dyson spheres.  Such searches typically
  732. take place in the infrared.  Because the shell is trapping energy from
  733. the star, it will begin to heat up.  At some point it will radiate as
  734. much energy as it receives from the star.  For a Dyson sphere with a
  735. radius about the radius of Earth's orbit, most of the radiation
  736. emitted by the shell should be in the infrared.  Thus far, no search
  737. has been successful.
  738.  
  739. Considerably more discussion of Dyson spheres is in the Dyson sphere
  740. FAQ, <URL:http://www.student.nada.kth.se/~nv91-asa/dysonFAQ.html>.
  741.  
  742. ------------------------------
  743.  
  744. Subject: F.08 What is happening with SETI now?
  745. Author: Larry Klaes <larryk@cambridge.village.com>
  746.  
  747. Some of the following material is from SETIQuest Magazine, copyright
  748. Helmers Publishing, and used by permission.  
  749.  
  750. Project BETA (Billion-channel ExtraTerrestrial Assay) is a radio
  751. search begun 1995 October 30.  It is sponsored by the Planetary
  752. Society and is an upgraded version of Project META (Million...).
  753. (Actually META I; see below for META II.)  META I/BETA's observatory
  754. is the 26-meter radio antenna at Harvard, Massachusetts.  Their Web
  755. site is <URL:http://planetary.org/BETA/>.
  756.  
  757. META II uses a 30-meter antenna at the Argentine Institute for Radio
  758. Astronomy, near Buenos Aires, Argentina, and provides coverage of the
  759. southern sky.  <URL:http://seti.planetary.org/META2/>
  760.  
  761. META I/II monitored 8.4 million channels at once with a spectral
  762. resolution of 0.05 Hz, an instantaneous bandwidth of 0.4 MHz, a total
  763. frequency coverage of 1.2 MHz, a maximum sensitivity of 7x10^-24 W m^-2,
  764. and a combined sky coverage of 93 percent.  After five years of
  765. observations from the northern hemisphere and observing 6x10^13
  766. different signals, META I found 34 candidates, or "alerts".
  767. Unfortunately, the data are insufficient to determine their real origin.
  768. Interestingly, the observed signals seem to cluster near the galactic
  769. plane, where the major density of Milky Way stars dwell.  META II, after
  770. three years of observations and surveying the southern hemisphere sky
  771. almost three times, found nineteen signals with similar characteristics
  772. to the META I results.  META II has also observed eighty nearby, main
  773. sequence stars (less than fifty light years from the Sun) that have the
  774. same physical characteristics as Earth's star.  These observations were
  775. performed using the tracking mode for periods of one hour each at two
  776. different epochs.
  777.  
  778. On 1992 October 12, NASA began its first SETI program called
  779. HRMS---High-Resolution Microwave Survey.  Unfortunately for all,
  780. Congress decided the project was spending way too much money---even
  781. though it received less funds per year than your average big league
  782. sports star or film actor---and cut all money to NASA for SETI work.
  783. This act saved our national deficit by all of 0.0002 percent.
  784.  
  785. Fortunately, NASA SETI was saved as a private venture called Project
  786. Phoenix and run by The SETI Institute.  It operates between 1.0 and
  787. 3.2 GHz with 1 Hz resolution and 2.8E7 channels at a time.  Rather
  788. than trying to scan the entire sky, this survey focusses on
  789. approximately 1000 nearby stars.  They began observations in 1995
  790. February using the Parkes 64 m radio telescope in New South Wales,
  791. Australia, and have since moved to the 42 m radio telescope in Green
  792. Bank, West Virginia.  After completing about 1/3 of their targets,
  793. they had found no evidence of ET transmissions.  More details are in
  794. SETIQuest issue 3 and at the Project Phoenix home page
  795. <URL:http://www.seti-inst.edu/phoenix/Welcome.html>.  The Web site has
  796. lots of general information about SETI as well as details of the
  797. survey.
  798.  
  799. Since 1973, Ohio State University had conducted a radio search with a
  800. telescope consisting of a fixed parabolic reflector and a tiltable
  801. flat reflector, each about 110 m wide and 30 m high.  Information is
  802. available at <URL:http://everest.eng.ohio-state.edu/~klein/ro/> or a
  803. longer version in SETIQuest issue 3.  The "wow!" signal, detected in
  804. 1977, had the appearance of an extraterrestrial signal but was seen
  805. only briefly and never repeated.  However, the Ohio State University
  806. administration decided to let the landlord who owns the property on
  807. which Big Ear resides tear down the radio telescopes and put up condos
  808. and a golf course instead.  OSU SETI is considering its next step,
  809. Project Argus, at an undetermined location.
  810.  
  811. The UC Berkeley SETI Program, SERENDIP (Search for Extraterrestrial
  812. Radio Emissions from Nearby Developed Intelligent Populations) is an
  813. ongoing scientific research effort aimed at detecting radio signals
  814. from extraterrestrial civilizations.  The project is the world's only
  815. "piggyback" SETI system, operating alongside simultaneously conducted
  816. conventional radio astronomy observations.  SERENDIP is currently
  817. piggybacking on the 300 m dish at Arecibo Observatory in Puerto Rico,
  818. the largest radio telescope in the world.  Information at
  819. <URL:http://albert.ssl.berkeley.edu/serendip/>, from which this
  820. paragraph was extracted.  SERENDIP operates at 430 MHz; more
  821. information is given in SETIQuest issue 3.
  822.  
  823. Project BAMBI is an amateur SETI effort operating at a radio frequency
  824. of 4 GHz.  See SETIQuest issue 5 and
  825. <URL:http://wbs.net/sara/bambi.htm> for status reports.
  826.  
  827. The Columbus Optical SETI Observatory uses visible light instead of
  828. radio waves.  The COSETI Observatory is a prototype observatory
  829. located in Bexley, Ohio, USA.  Telescope aperture size is 30 cm.  More
  830. information in SETIQuest issue 4 and at <URL:http://www.coseti.org/>.
  831. Much of the work on "Optical SETI" comes from Dr. Stuart A. Kingsley
  832. <skingsle@magnus.acs.ohio-state.edu>, who also maintains BBS on
  833. Optical SETI.
  834.  
  835. The Planetary Society maintains a list of online SETI-related material
  836. at <URL:http://seti.planetary.org/>.
  837.  
  838. And of course SETIQuest magazine, Larry Klaes, Editor.  For
  839. subscription or other information, contact Helmers Publishing, 174
  840. Concord Street, Peterborough, NH 03458-0874.  Phone (603) 924-9631,
  841. FAX (603) 924-7408, Internet: sqinqnet@pixelacres.mv.com or see
  842. <URL:http://www.setiquest.com/>.
  843.  
  844.  
  845. Other references:
  846.  
  847. Frank Drake, Dava Sobel, Is Anyone Out There: The Scientific
  848.   Search For Extraterrestrial Intelligence, 1992, Delacorte
  849.   Press, ISBN 0-385-30532-X.
  850.  
  851. Frank White, The SETI Factor, 1990, Walker Publishing Company, 
  852.   Inc., ISBN 0-8027-1105-7. 
  853.  
  854. Donald Goldsmith and Tobias Owen, The Search For Life in the
  855.   Universe, Second Edition, 1992, Addison-Wesley Publishing 
  856.   Company, Inc., ISBN 0-201-56949-3.
  857.  
  858. Walter Sullivan, We Are Not Alone: The Continuing Search for
  859.   Extraterrestrial Intelligence, 1993, Dutton, ISBN 
  860.   0-525-93674-2.
  861.  
  862. G. Seth Shostak, Editor, Progress In The Search For 
  863.   Extraterrestrial Life, 1993 Bioastronomy Symposium, Santa 
  864.   Cruz, California, 16--20 August 1993.  Published in 1995 by The 
  865.   Astronomical Society of the Pacific (ASP).  ISBN 0-937707-93-7. 
  866.  
  867. The journals Icarus, <URL:http://astrosun.tn.cornell.edu/Icarus/>, and
  868.   Astronomy & Geophysics often feature papers concerning SETI.
  869.  
  870. ------------------------------
  871.  
  872. Subject: F.09 Why search for extraterrestrial intelligence using
  873.     radio?  Why not <fill in the blank> method?
  874. Author: Joseph Lazio <jlazio@patriot.net>
  875.  
  876. There are two possibilities for sending information to other
  877. technological civilizations over interstellar distances: send matter
  878. or send radiation.  The focus in SETI has been on detecting
  879. electromagnetic radiation, particularly radio, because compared to all
  880. other known possibilities, it is cheap, easy to produce, and can
  881. travel across the Milky Way Galaxy.
  882.  
  883. Compared to radiation, most matter has a distinct disadvantage: it is
  884. slow.  Radiation can travel at the speed of light whereas (most)
  885. matter is constrained to travel slower.  Distances between stars are
  886. so large, it makes no sense to use a slow mode of communication when a
  887. faster one is available.  The speed at which spacecraft travel is the
  888. primary justification why there is little effort spent within the SETI
  889. community searching for interstellar spacecraft (that and the fact
  890. that there is no evidence that there are any such interstellar
  891. spacecraft from other civilizations in our vicinity).  A secondary
  892. justification is that spacecraft are relatively expensive.  The launch
  893. of a single Earth-orbiting spacecraft can cost US $100 million.  It
  894. is difficult to imagine building and launching a fleet of interstellar
  895. spacecraft for US $500 million, yet this is the estimated cost of a
  896. next-generation radio telescope capable of detecting TV signals over
  897. interstellar distances.  It is possible that future technology will
  898. make spacecraft cheaper.  It is difficult to imagine a technology that
  899. would make spacecraft cheaper without also lowering the cost of a new
  900. telescope.
  901.  
  902. Although chunks of matter, i.e., spacecraft, seem a rather inefficient
  903. way to communicate across interstellar space, what about a beam of
  904. matter.   Most often suggested in this context is a beam of neutrinos.
  905. Neutrinos are nearly massless so they travel at almost the speed of
  906. light.  They also interact only weakly with matter, so a beam of
  907. neutrinos could cross the Milky Way Galaxy without any significant
  908. absorption by interstellar gas and dust clouds.  This advantage is
  909. also a disadvantage:  The weakness of their interaction makes it
  910. difficult to detect a beam of neutrinos, far more difficult than
  911. detecting a beam of electromagnetic radiation.
  912.  
  913. (A beam of electrons or protons could be accelerated to nearly the
  914. speed of light and would be far easier to detect.  However, electrons
  915. and protons are charged particles.  When travelling through
  916. interstellar space, the direction of their travel is influenced by the
  917. magnetic field of the Milky Way Galaxy.  The Milky Way's magnetic
  918. field has "small-scale" irregularities in it that would divert and
  919. scatter such a beam.  The result is that one could not "aim" such a
  920. beam in any particular direction [except possibly to the very closest
  921. stars] because its actual path would be influenced by the [unknown]
  922. direction[s] of the magnetic field it would encounter.)
  923.  
  924. The known forms of radiation are electromagnetic and gravitational.
  925. Electromagnetic radiation results from the acceleration of charged
  926. particles and is used commonly:  Radio and TV broadcasts are radio
  927. radiation, microwave ovens produce microwave radiation, X-ray machines
  928. produce X-ray radiation, overhead lights produce visible radiation,
  929. etc.  Gravitational radiation results from the acceleration of massive
  930. objects.  Gravitational radiation has never been detected directly,
  931. and its indirect detection resulted in the 1993 Nobel Prize.  Gravity is
  932. a much weaker force than electromagnetism.  Thus, detectable amounts
  933. of gravitational radiation result only from events like the explosion
  934. of a massive star or the gravitational interaction between two closely
  935. orbiting neutron stars or black holes.  Again, it is possible that a
  936. future technology might result in gravitational radiation becoming
  937. easier to detect.  It is still difficult to imagine that it would not
  938. also result in electromagnetic radiation.
  939.  
  940. Of the various forms of electromagnetic radiation---radio, microwave,
  941. infrared, visible, ultraviolet, X-ray, and gamma-ray---only radio and
  942. gamma-ray can cross the Milky Way Galaxy.  The other forms suffer
  943. varying amounts of absorption by interstellar dust and gas clouds
  944. (though they could still be used to communicate over shorter
  945. distances).  Gamma rays are extremely energetic and are produced by
  946. events like the explosion of nuclear bombs.  Radio radiation is far
  947. less energetic.  Thus, to send the same amount of information requires
  948. far less energy (i.e., it's cheaper) to send it via radio than gamma
  949. ray.
  950.  
  951. The above are merely plausibility arguments to suggest why radio is
  952. likely to be a preferred method of communication among technological
  953. civilizations.  Of course, they may reason that they are only
  954. interested in communicating with other civilizations technologically
  955. advanced enough to transmit and detect neutrino beams or gravitational
  956. radiation (or maybe even some undiscovered method).  If so, the
  957. existing radio SETI programs are doomed to failure.  Nonetheless, it
  958. does seem sensible to search first using the most simple technology.
  959.  
  960. ------------------------------
  961.  
  962. Subject: F.10  Why do we assume that other beings must be based on
  963.      carbon?  Why couldn't organisms be based on other substances?
  964. Author: Joseph Lazio <jlazio@patriot.net>
  965.  
  966. [A portion of this entry is based on a lecture by Alain Leger (IAS) at
  967. the SPIE Astronomical Telescopes and Instrumentation 2000 Conference.]
  968.  
  969. As far as SETI, the search for extraterrestrial intelligence, is
  970. concerned, we do not assume that other being must be based on carbon.
  971. In fact, SETI is a bit of a misnomer.  We are searching for
  972. extraterrestrial *technological* intelligences, technological
  973. intelligences capable of broadcasting their existence over
  974. interstellar distances.  Whether the technological civilizations is
  975. based on carbon or some other substance is largely irrelevant.  (Of
  976. course, one might worry that intelligences based on some substance
  977. other than carbon might have such different perspectives on the
  978. Universe that, even if they broadcast electromagnetic radiation, they
  979. would do so in a fashion that we would never consider.)
  980.  
  981. However, when one moves to finding life on other bodies in the solar
  982. system or traces of life on extrasolar planets, there is a definite
  983. carbon chauvinism in our thinking.  The most commonly mentioned
  984. alternate to carbon (C) is silicon (Si).  It has similar chemical
  985. properties as C, lying just below C in the periodic table of the
  986. elements.
  987.  
  988. Carbon chauvinism has arisen because C is able to form quite
  989. complicated molecules, in part because its atomic structure is such
  990. that C can bond with up to four other elements.  Not only can it bond
  991. with up to four other elements, but C can form multiple bonds with
  992. other elements, particularly itself.  (Atoms bond by sharing
  993. electrons, when two atoms share more than one electron they have a
  994. multiple bond.  For instance, water is formed by an oxygen atom
  995. sharing the two electrons from two hydrogen atoms.  In contrast, there
  996. are many C compounds in which a single C atom shares multiple
  997. electrons with other atom.)
  998.  
  999. A clear indication of the versatility of C is found in interstellar
  1000. chemistry.  Interstellar chemistry typically occurs on the surface of
  1001. microscopic dust grains contained with large clouds of gas between the
  1002. stars.  The physical conditions are much different than anything on
  1003. the surface of a habitable planet.  Nonetheless, of the molecules
  1004. identified in interstellar space as of 1998, 84 are based on C and 8
  1005. are based on Si.  Moreover of the eight Si-based compounds, 4 also
  1006. include C.
  1007.  
  1008. Thus, while there is definitely a C bias in our thinking, there is at
  1009. least some evidence from Nature supporting this bias.
  1010.  
  1011. ------------------------------
  1012.  
  1013. Subject: F.11 Could life occur on an interstellar planet?
  1014. Author: Joseph Lazio <jlazio@patriot.net> 
  1015.  
  1016. This question has taken on increased importance with the discovery of
  1017. giant planets close to their primary stars.  It is thought that these
  1018. giant planets did not form this close to their host stars but
  1019. migrated.  (See the FAQ entry on the formation of the solar system.)
  1020. In general, the possibility of migration has alerted (or re-awakened)
  1021. astronomers to the possibility that a planetary system can change over
  1022. time.  If a giant planet migrates inward from the position at which it
  1023. formed, it can scatter terrestrial planets.  These terrestrial planets
  1024. might plunge into the host star or be kicked into interstellar space.
  1025. (Another possibility, though probably even less likely, is for a
  1026. passing star to disrupt a planetary system.)
  1027.  
  1028. What would happen if the Earth were kicked into interstellar space?
  1029. Life on the surface would certainly be doomed as it gets its energy to
  1030. survive from the Sun.  In fairly short order, the oceans would freeze
  1031. over.  However, the Earth is still generating heat by radioactive
  1032. decay in its interior.  Some of this heat leaks out through
  1033. hydrothermal vents on the floors of the oceans.  Thus, the lower
  1034. levels of the oceans would remain liquid, and the hydrothermal vents
  1035. would remain active.  Organisms that depend only on the hydrothermal
  1036. vents could survive probably quite happily for several billion years
  1037. after the Earth was ejected from the solar system.  (Indeed, since the
  1038. oceans will probably boil away in the next few billion years as the
  1039. Sun's luminosity increases, these organisms might prefer the Earth to
  1040. be ejected into interstellar space!)
  1041.  
  1042. For additional reading see "The Frozen Earth" by Adams & Laughlin,
  1043. <URL:
  1044. http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-bib_query?bibcode=1999AAS...194.1511A
  1045. > and Stevenson, "Life-sustaining planets in interstellar space?",
  1046. Nature, v. 400, 1 Jul 1999, p. 32.
  1047.  
  1048.  
  1049. ------------------------------
  1050.  
  1051. Subject: Copyright
  1052.  
  1053. This document, as a collection, is Copyright 1995--2003 by T. Joseph
  1054. W. Lazio (jlazio@patriot.net).  The individual articles are copyright
  1055. by the individual authors listed.  All rights are reserved.
  1056. Permission to use, copy and distribute this unmodified document by any
  1057. means and for any purpose EXCEPT PROFIT PURPOSES is hereby granted,
  1058. provided that both the above Copyright notice and this permission
  1059. notice appear in all copies of the FAQ itself.  Reproducing this FAQ
  1060. by any means, included, but not limited to, printing, copying existing
  1061. prints, publishing by electronic or other means, implies full
  1062. agreement to the above non-profit-use clause, unless upon prior
  1063. written permission of the authors.
  1064.  
  1065.  This FAQ is provided by the authors "as is," with all its faults.
  1066. Any express or implied warranties, including, but not limited to, any
  1067. implied warranties of merchantability, accuracy, or fitness for any
  1068. particular purpose, are disclaimed.  If you use the information in
  1069. this document, in any way, you do so at your own risk.
  1070.