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Bulletin d'information n°7
(04-mai.-2001).

Par Eric Person, David Anderson, Dan Werthimer, Jeff Cobb, Eric Korpela, Steve Fulton, Matt Lebofsky.

Examinons précisément les signaux trouvés avec des graphes cliquables.

Les scientifiques de SETI@home doivent faire face au défi d'identifier les communications possibles extraterrestres parmi l'énorme quantité de signaux (ou pics) capturés parmi les données du radio-télescope. Les utilisateurs de SETI@home détectent près d'un million de signaux puissants pour chaque période de 15 heures d'écoute des données du radiotélescope. Comme rapporté dans notre précédent bulletin n°6, la plus grande partie (sinon tous) des signaux que nous détectons sont attribuables au bruit ou aux I.R.F. (Interférences en Radio-Fréquences — signaux d'origine Terrestre.) Vouloir y discriminer des signaux E.T. est la quintessence même du problème de l'aiguille à trouver dans une meule de foin.

Une approche importante pour interpréter les signaux est d'afficher les données d'une façon telle que les scientifiques peuvent visuellement distinguer les signaux anormalement puissants dans toute cette foule. Les signaux habituels pourraient être des signaux d'une force excessive ("puissance"), ou démontrer une consistance au travers de leur fréquence, du temps et/ou de la position, ou se produire en motifs inhabituels qui se détachent nettement de leur champ. Les graphiques de cascades (graphiques obtenus en traçant les signaux en fonction de la fréquence et du temps) sont d'excellents outils pour ces tâches d'identification. (Voyez le bulletin n°6 pour une discussion sur ces graphiques de cascades.)

La figure 1 ci-dessous est un graphe de cascade des signaux de crête trouvés dans les données du 23 septembre 2000. L'axe vertical y (le temps) représente une bande d'enregistrement d'environ 57 000 secondes, et l'axe horizontal x (la fréquence) représente l' étendue des fréquences que couvre nos données (de 1 418,5 à 1 421,5 MHz). Croyez-le ou non, prêt de 100 000 unités de travail ont été traitées pour produire ces données, ce qui signifie que jusqu'à 100 000 utilisateurs de SETI@home ont contribué à cette analyse. Ces utilisateurs ont détecté et retourné un total de 985 599 pics de crête. La figure 1 affiche en fait 1/16ème de ces points, puisque le tracé de d'avantage de points rendrait le graphique ridiculement encombré. Sachant que la zone de tracé dans la figure 1 est haute de près de 220 pixels et large de 510 pixels, le graphique peut contenir un total de 112 200 pixels (220 * 510 = 112 200.) Aussi, pour plus de lisibilité nous nous sommes fixé une densité maximale de remplissage d'environ 50 %, soit près de 61 100 points tracés, au lieu de près d'un million.

Le codage en couleur des puissances de signaux de crête est effectué comme suit :

Noir pas de signal détecté.
Bleu foncé signal d'une puissance de 0 à 20.
Rouge foncé signal d'une puissance de 20 à 25.
Rouge signal d'une puissance de 25 à 50.
Orange signal d'une puissance de 50 à 100.
Jaune signal d'une puissance de 100 à 1 000.
Blanc signal d'une puissance supérieure à 1 000.

Comme vous pouvez le voir en figure 1, la plupart des signaux ont des puissances entre 20 et 25 (rouge sombre), avec une portion significative entre 25 et 50 (rouge). Note : pour mieux distinguer les deux nuances de rouge sur un écran à cristaux liquides, changez l'angle vertical de vision vers le haut ou vers le bas, ou réduisez la luminosité de l'écran).

Figure 1 - Cascade des signaux de crêtes du 23 septembre 2000 (horizontalement: fréquence de 1 418,749 à 1 421 MHz, verticalement: temps de 0 à 60 000 secondes toutes les 16 secondes depuis le début du fichier)

Caractéristiques communes d'une distribution de signaux de crête.

Notez les éléments visibles de la figure 1. Les deux lignes jaunes verticales aux fréquences de 1 419 à 1 421 MHz sont des "chants d'oiseau" (ou "birdies" en Anglais) — des signaux de test injectés dans le récepteur du télescope par SETI@home pour s'assurer que l'instrumentation et les logiciels fonctionnent correctement. Si nous ne voyions pas ces chants d'oiseau aux positions attendues, nous saurions qu'il y a eu un problème avec notre équipement de mesure et de collecte ou dans le codage.

La bande verticale épaisse située à 1 420 MHz (correspondant à une longueur d'onde radio proche de 21,1 cm) est un artéfact de notre technologie de découpage. Sans entrer dans des détails trop précis, voici une tentative d'explication brève. Lorsque nous découpons les données de fréquences en unités de travail assez petites pour être analysées par les clients SETI@home, nous effectuons un calcul appelé Transformée de Fourier Rapide (FFT). Un effet de bord de ce calcul est que la puissance des signaux au centre exactement de la bande de fréquence étudiée sont artificiellement amplifiés ; le centre exact de cette bande de fréquences se situe justement à 1 420 MHz.

Nous ôtons alors cette donnée erronée, mais en procédant ainsi, nous abaissons la ligne de base de la puissance des signaux immédiatement adjacents à 1 420 MHz, ce qui fait en retour que les signaux "normaux" avec ces fréquences apparaissent plus puissants qu'ils ne le sont réellement (c'est à dire plus puissant que la "moyenne" représentée par la ligne de base de puissance des signaux sur toute l'étendue des fréquences retournées par une FFT, et cela affecte toutes les unités de travail portant sur cette fréquence centrale, dont le seuil de détection est plus facilement atteint). Aussi, la bande à 1 420 MHz apparaît plus épaisse et d'avantage remplie car elle consiste en fait en des signaux plus nombreux détectés juste avant et juste après 1 420 MHz.

Voyez également la ligne verticale rouge à environ 1420,8 MHz. C'est un exemple d'un signal puissant à une fréquence spécifique qui reste consistant à travers le temps. Il s'agit probablement d'une sorte de diffusion de télécommunication ou d'un signal test de la Terre ; une exploration plus fine sera nécessaire pour en déterminer la source.

Regardons de plus près

Maintenant que nous avons une idée générale sur la façon dons les pics sont distribués à travers le temps et la fréquence, regardons de plus près quelques unes des caractéristiques les plus intéressantes.

La figure 2 ci-dessous trace les pics dans une étendue plus faible de temps et de fréquence (de 15 000 à 30 000 secondes et de 1 420,6 à 1 421,2 MHz, respectivement). Ce graphique produit une vision rapproché à la fois du chant d'oiseau à 1 421 MHz, et de la bande verticale à 1 420,8 MHz. Avec une vue suffisamment rapprochée, il est possible de prendre en compte tous les signaux détectés dans cet étendue sans dépasser la limite de densité que nous nous étions fixé dns le graphique initial.

Les bandes horizontales noires sont claires également (correspondant à des réductions momentanées, mais heureusement pas trop fréquentes, de la sensibilité du télescope, probablement à cause de phénomènes météorologiques qui peuvent provoquer des changements de la température du capteur cryogénique suspendu au dessus du foyer du télescope, et saturer le système de contrôle du gain du capteur).

Notez également le petit groupe de signaux blancs à 21 000 secondes et 1421,1 MHz. Rapprochons nous encore de cet amas.

Figure 2 - Cascade des signaux de crêtes du 23 septembre 2000 (horizontalement: fréquence de 1 420,624 à 1 421,249 MHz, verticalement: temps de 15 000 à 30 000 secondes depuis le début du fichier)

La figure 3 ci-dessous est une cascade tracée sur l'étendue de 18 750 à 22 500 secondes et de 1 421,09 à 1421,25 MHz. L'amas blanc a en fait la forme d'un petit rectangle large de près de 0,01 MHz et haut de 107 secondes. Cette taille correspond à exactement une unité de travail. (Les utilisateurs de SETI@home analysent les données en incréments d'une unité de travail à la fois.) Clairement il y a eu un problème avec les résultats retournés pour cette unité de travail. La plupart du temps, nous recevons des résultats erronés de la part de participants SETI@home qui utilisent des microprocesseurs surcadencés dans leurs ordinateurs ; ces processeurs surcadencés, même s'ils ne plantent pas le système d'exploitation ou le logiciel, tendent à produire des erreurs lors des calculs complexes en virgule flottante, ce qui produit parfois des résultats avec des puissances de signaux boguées (comme c'est le cas ici).

Figure 3 - Cascade des signaux de crêtes du 23 septembre 2000 (horizontalement: fréquence de 1 421,093 à 1 421,249 MHz, verticalement: temps de 18 750 à 22 500 secondes depuis le début du fichier)

Graphes cliquables — Comment rassembler le tout.

Comme démontré dans les 3 exemples de graphiques ci-dessus, nous voulons clairement disposer de la capacité de zoomer sur des caractéristiques particulières d'un tracé tout en restant capable de voir la figure entière. Un tel scénario permet une grande efficacité pour identifier et éliminer les caractéristiques de signaux. Nous accomplissons cette tâche d'une manière assez simple et directe — nous générons des graphes cliquables (ou "clickplots"). Les graphes cliquables sont simplement des fichiers GIF avec une carte d'image insérée dans un document HTML tel qu'un clic souris sur une portion particulière du graphique affiche un graphique d'une résolution plus élevée dans la zone sélectionnée. Ces graphiques cliquables sont rapides, et leur production est facilement automatisée, implémentable, et maintenable sur de grandes quantités d'ensembles de données très larges.

Dans un futur proche, nous prévoyons de développer un répertoire de graphes cliquables et utilisables par chacun sur le web, incluant également les tracés des gaussiens, impulsions et triplets. Nous prévoyons également de lier ces graphes cliquables à une carte des étoiles, de sorte que pour chaque point dans le ciel vous pourrez voir un graphe cliquable des signaux collectés par SETI@home à cet endroit. Restez en ligne et revenez nous visitez pour d'autres ajouts et de nouvelles possibilités.

Les liens suivants affichent des graphes cliquables pour différentes classifications des résultats à partir des données collectées le 23 septembre 2000 (incluant les vitesses de dérives en fréquences et les longueurs de FFT).

Notez ci-dessus que la longueur de FFT = 128K correspond à la résolution la plus fine en fréquence de 0,075 Hz, mais aussi à la résolution la plus faible dans le temps (seulement 8 valeurs d'amplitudes calculées sur chaque fréquence, durant les 107 secondes d'une unité de travail comprenant 1M d'échantillons, soit au plus un signal toutes les 13,3 secondes).

Instructions simples pour utiliser un graphe cliquable.

Essayez de jouer avec les graphes cliquables ci-dessus. Cliquez sur une portion particulière du graphique pour charger une vue rapprochée de cette portion. Il est actuellement suffisant de pouvoir cliquer à une profondeur de 2 niveaux ; après 2 clics, vous attendrez le niveau bas de l'image cliquable. Pour étendre à nouveau l'image, utilisez simplement le bouton "Retour arrière" de votre navigateur.


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