SOMMAIRE :

• Transformée de Fourier rapide
• Nettoyage et régularisation des données (Baseline Smoothing, littéralement : lissage de la ligne de base)
• Données déformées
• Interférences en radio-fréquence (IRF)
• Fréquence barycentrique

Transformée de Fourier rapide

Les données brutes des ondes radios varient en fonction du temps - comme la courbe d'un oscilloscope qui s'agite vers le haut et vers le bas en réponse à votre voix dans un microphone. Dans ce cas, la composante horizontale est en abscisse, c'est le temps, et la composante verticale est en ordonnée, c'est la tension du signal (pression de l'air). Le signal radio brut sortie du télescope ne nous est pas très utile. Ce que nous voulons découvrir c'est s'il n'y a pas une tonalité constante (et forte) dans le signal. Nous regarderons alors les fréquences du graphique qui s'affichent sur l'axe horizontal des abscisses , et la puissance sur l'axe vertical des ordonnées. N'importe quel pic dans ce graphique signifie un signal fort sur une fréquence unique.

Pour transformer un ensemble de données temporelles en un ensemble de données basés sur les fréquences, nous appliquons un algorithme mathématique relativement complexe appelée "transformée de Fourier rapide" (acronyme anglais : FFT ou Fast Fourier Transform).

Le graphique dans la partie inférieure de l'écran de veille SETI@home montre les données résultant du traitement de la transformée de Fourier rapide (FFT). Au début d'une unité de travail, nous calculons 15 FFT différentes, chacune examinant les données avec une résolution différente. Nous commençons en recherchant des détails aussi petits que 0,07 hertz de large. Il y a des différences avec ce type d'analyse. Si vous voulez être très précis dans la fréquence, vous devez observer les données durant une période plus longue de temps. Par exemple, pour une résolution de fréquence de 0.075 hertz, nous devons regarder une série de données sur une longueur de temps de 13.42 secondes. Pour analyser entièrement notre échantillon de 107 secondes, nous pouvons faire 8 FFT. Quand nous ramenons la résolution de fréquence à 0.14 hertz nous devons seulement garder un échantillon de 6.7 secondes. Nous avons maintenant moins de résolution pour la fréquence, mais nous avons plus de résolution pour la durée. Nous pouvons observer deux fois plus de FFT (16) pour couvrir nos 107 secondes de données ! Nous pouvons analyser 15 résolutions différentes de fréquence (0.075, 0.15, 0.3, 0.6, 1.2, 2.5, 5, 10, 20, 40, 75, 150, 300, 600, et 1200 hertz). A chaque fois que l'on réduit de moitié la résolution de fréquence nous pouvons calculer deux fois plus de FFT pour couvrir les 107 secondes de données contenues dans l'unité de travail. La quantité de calcul nécessaire est impressionnante.

Nettoyage et régularisation des données

Le radiotélescope d'Arecibo détecte les ondes radio pour toutes sortes de largeurs de bande. Nous pensons que les civilisations extraterrestres pourraient utiliser les signaux en bande étroite pour communiquer, alors que les événements à bande large sont très probablement dus à des phénomènes astronomiques normaux. (Il faudrait une quantité énorme d'énergie pour envoyer un signal à bande large.) Par conséquent, SETI@home se concentre sur les signaux à largeur de bande étroite (bien que les ondes à bande large soient aussi étudiées).

L'écran de veille de SETI@home exécute un algorythme qui moyenne la série, il est appelé « lissage de la ligne de bases » qui élimine les bruits en bande large et réduit à une « ligne de base » tous les autres événements en largeur de bande étroite (où les accentue, selon la taille de la largeur de bande). En outre, parfois les données d'Arecibo enregistrent un signal d'ensemble un peu plus faible et/où plus modéré sur la durée, la moyenne des lignes de base permet d'égaliser cet effet.

Données déformées

Inutile de dire, qu'il est très peu probable qu'une exo-planète soit fixe par rapport à la Terre. Vous devez vous rappeler que nous (et notre radiotélescope d'Arecibo) sommes sur une planète tournant autour du soleil, et dans le même temps en orbite autour du centre de notre galaxie, la voie lactée, etc. Nous pouvons supposer que nos amis extraterrestres sont dans la même situation.

Les ondes radio émises par une source en mouvement et/où reçues par un observateur en mouvement est un phénomène appelé "effet de Doppler". Par exemple, quand vous entendez une voiture klaxonner lorsqu'elle passe devant vous, la fréquence, ou la musique, du son change en fonction de l'éloignement du véhicule.

Bien que nos camarades situés à distance ne klaxonnent pas vers notre direction, ils envoient des ondes (ondes électromagnétiques) vers nous. Leur signal sera plus ou moins déformé avec les mouvements conjoints de nos deux systèmes que des klaxons mobiles de voiture sont tordus. Ce signal déformé semblerait changer dans la fréquence avec le temps, comme montré par la figure en la droite. Pour contrôler ces déformations, l'écran de veille de SETI@home analyse les données plusieurs fois en essayant une grande variété d'accélérations Doppler possibles. D'abord, l'écran de veille mathématiquement « défait » une accélération ou une déformation spécifique de Doppler des données. Il alimente alors les données « De-accélérées » résultantes aux routines de FFT (transformée de Fourier rapide). Ceci s'appelle le "de-chirping" des données. SETI@home exécute ce procédé pour beaucoup de points entre -50 Hz/sec et +50 Hz/sec. Pour la résolution de fréquence la plus fine de 0.075 hertz, nous vérifions 5409 taux de déformation différents entre -10 Hz/sec et +10 Hz/sec !

Interférence en radio-fréquence (IRF)

SETI@home est certainement un des projets Internet les plus passionnants jamais tentés. Au seul moyen d'un programme écran de veille, vous pouvez participer à la plus grande quête de toutes - rechercher une vie intelligente ailleurs dans le cosmos. Votre écran de veille SETI@home recueille les données du radio-télescope le plus sensible du monde et fait une analyse très détaillée des signaux reçus. Une telle sensibilité à la fois dans la perception du télescope et l'analyse de données fait qu'il est possible de capter des signaux qui ne proviennent pas de sources extra-terrestres. Beaucoup de nos participants ont vu ces signaux et nous ont écrit ou appelés bouillonnant d'excitation au sujet de leur spectaculaire découverte. Malheureusement il est énormément plus facile de détecter les signaux nés sur Terre que ça ne l'est pour les signaux extra-terrestres. Considérons donc quelques exemples de ces interférences.

Rappelez-vous que le radio-télescope reste en position fixe. Bien que les antennes de réception puissent être déplacées pour suivre des objets pendant une courte période, SETI@home ne le fait pas. SETI@home est un système en parrallèle et utilise le télescope même quand personne ne le contrôle ou lorsque d'autres astronomes continuent leur travail. SETI@home préfère (et même requière) que l'antenne SETI@home ne suive PAS le ciel. SETI@home recherche spécifiquement les signaux qui commencent très faibles, deviennent plus fort, puis retombe dans une période de 12 secondes. Pourquoi 12 secondes ? C'est le temps que met un objet du ciel pour traverser le "faisceau" (angle de vue) du télescope. Si un signal a une puissance stable dans le temps, nous pouvois savoir qu'il s'agit d'une interférence d'une source terrestre.

Cliquez sur l'un ou l'autre des aperçus ci-contre pour voir à quoi cela peut ressembler sur votre écran de veille. Ici il s'agit d'un signal en bande étroite, c'est à dire que sa fréquence est restreinte à un domaine très étroit du spectre de fréquences. Vous pouvez le voir aisément car le "mur" que forme le signal dans le graphique n'est guère plus large qu'un seul pixel. Notez que le signal est continu durant les 107 secondes de données - preuve de son origine terrestre. Dans notre cas, ce n'est pas ce qui nous intéresse.

L'interférence en bande étroite n'est pas le seul type d'I.R.F. (Interférence en Radio-Fréquences) que vous verrez dans vos graphiques. Les signaux en bande large - ceux qui couvrent un large spectre de fréquences - peuvent également être générés sur Terre et détectés par SETI@home. Nous ne pensons pas que les extraterrestres vont nous envoyer ces types de signaux. La couverture d'une large bande de fréquences avec la puissance nécessaire pour réaliser celà serait un gaspillage inutile de leurs ressources énergétiques. Plus le spectre de fréquence est étendu, moins on peut fournir l'énergie d'une fréquence de signal qui se distingue du bruit sidéral. Parfois, des interférences liées à la Terre produisent ces types de signaux.

Cliquez sur l'aperçu pour voir un exemple de ces signaux. Dans ce cas, un puissant signal radar a complètement saturé le dispositif de détection et l'antenne. Ce n'est pas non plus ce que nous recherchons.

S'il y a un signal intelligent à détecter, il sera très certainement occulté par le bruit dans notre graphe, probablement invisible à l'oeil nu, mais il deviendra évident avec l'analyse détaillée de votre ordinateur. Les milliards de calculs que vous faites dévoileront, espérons-le, ce message dont nous rêvons tous. Si vous voyez la moindre preuve d'un signal sur votre écran, il est très important que vous ne contactiez PAS les médias avant que le signal ait été vérifié et certifié. Les fausses alarmes entameraient sérieusement la crédibilité de SETI@home et tous les autres programmes SETI sérieux. Soyez patient et n'attendez rien. S'il y a un véritable signal, nous nous engageons à vous en informer personnellement, et nous vous tiendrons "dans le cercle" des personnes informées durant la progression de la recherche.

Cliquez sur l'aperçu. Si vous voyez quoi que ce soit qui ressemble à ça, alors vous pouvez vous sentir un peu enthousiaste ou fasciné (et peut-être un peu effrayé ou déçu, voire les deux). Vous n'avez toutefois pas de quoi être survolté. Votre découverte doit encore subir un ensemble rigoureux de tests et de vérifications pour prouver qu'il est réellement d'origine extra-terrestre. Consultez la "Déclaration de Principes" qui explique ce qui doit se passer si un signal est détecté. Si votre signal passe tous les tests et vérifications, alors nous aurons de quoi être enthousiaste !

Fréquence barycentrique

Les signaux radio sont des ondes électromagnétiques mesurables par leur fréquence (le nombre d'oscillations par seconde). Comme la fréquence est dépendante du temps, le fait de se rapprocher ou de s'éloigner d'une onde radio affectera la fréquence à laquelle elle est détectée. (Ce phénomène est connu sous le nom d'effet de Doppler) Une solution pour contrôler ce mouvement est de mesurer la fréquence barycentrique au lieu de la fréquence brute. Le calcul de la fréquence barycentrique permet de prendre en compte la rotation de la terre et sa révolution autour du soleil.

Voir également notre explication sur des données de de-chirping, une méthode de contrôle le mouvement de la sources des signaux émis.