Dado que mi área de especialización son las telecomunicaciones, creo que primero debería tratar de explicar un poco cómo funciona todo, para que al menos podamos hacer algunas especulaciones informadas sobre lo que los extraterrestres podrían o no recibir y lo que podrían hacer. de eso

Tenga en cuenta que esta respuesta actualmente se trata principalmente de la parte de plausibilidad.

El primer concepto que me gustaría presentar es la directividad de la antena. Comenzaré con luz visible paralela antes de moverme hacia abajo en el eje de frecuencia hacia las ondas de radio. Luego, intentaré explicar cómo nos permite comparar los niveles de potencia de diferentes transmisores en diferentes puntos. Después de eso, escribiré un poco sobre la densidad espectral de potencia y el piso de ruido, lo que nos permitirá comparar las probabilidades de detección de diferentes tipos de modulaciones. Finalmente, terminaré esto con un poco de mi propia especulación.

Así que imagina que tomas un encendedor y lo enciendes. Obtendrías una pequeña llama que emitiría luz, más o menos por igual en todas las direcciones.

La versión de radio de eso sería la llamada "fuente puntual isotrópica", es decir, una antena infinitamente pequeña que irradia igualmente bien en todas las direcciones. Tal cosa, por supuesto, no existe, pero es bastante útil en los cálculos, especialmente cuando necesitamos comparar transmisores con diferentes niveles de potencia y diferentes antenas. Tenga en cuenta que en realidad irradiaría igualmente bien por encima de sí mismo que hacia abajo y hacia los lados.

Aquí hay una imagen de cómo se vería su patrón de radiación:

Luego tenemos patrones de radiación de diferentes tipos de antenas. Aquí hay un patrón de radiación de una matriz Yagi-Uda que se usa comúnmente para la recepción de TV en algunas áreas:

Lo que esta imagen nos muestra es que la antena recibe mejor cuando el lado frontal "largo" de la antena y tiene una recepción muy pobre en el lado trasero muy corto. En este caso particular, tenemos una radio de adelante hacia atrás de alrededor de 25 dB. Cuando convertimos eso en unidades lineales, eso significa que si la parte frontal de la antena apunta hacia nuestra fuente de señal, la señal se recibiría unas 317 veces más fuerte en comparación con el caso en que la parte posterior recibiera la misma señal. de la antena

Esto nos lleva al concepto de "potencia radiada isotrópica efectiva". Así que digamos que tengo un transmisor que da 5 W de potencia y que tengo un receptor con una antena isotrópica, solo por el bien de la comparación. Tomo mi transmisor y lo conecto a una de mis antenas isotrópicas imaginarias, apunto la antena hacia el receptor y mido EIRP de 5 W. A continuación, tomo mi antena Yagi, del ejemplo anterior, la apunto a la antena recibida y hacer la medida. Yo mediría de esta manera una EIRP de 158 watts. ¡Menuda diferencia tenemos ahí! Pero, ¿qué pasa si no apunto el lado frontal de mi antena Yagi al receptor, sino que apunto el lado? Bueno, del diagrama de radiación podemos ver que en los lados tenemos unos -20 dB de ganancia, así que eso me daría 50 milivatios en los lados de la antena.

También hay un concepto de "potencia radiada efectiva". La diferencia entre ERP y EIRP es que ERP asume que la antena es una antena dipolo ideal en el espacio libre que tiene una ganancia de 2,15 dBi. Esa suposición está mucho más cerca de los sistemas de antena realistas que la antena isotrópica y, por lo tanto, a menudo se usa en la industria de la radiodifusión como una unidad de medida para la potencia radiada.

Entonces, ¿por qué es importante todo este material de la antena para llegar a los extraterrestres? Bueno, el trabajo de los diseñadores de sistemas de transmisión no es contactar extraterrestres (excepto cuando lo es, pero hablaremos de eso más adelante), es proporcionar televisión y radio a los oyentes, sin interferir con otras personas que hacen lo mismo. Esto significa que las antenas de transmisión de TV por lo general no van a tener un patrón de radiación que envíe la señal al cielo, sino que tendrán un patrón de radiación que tratará de mantener la señal cerca de la Tierra. Además, el EIRP se limitará por razones de seguridad e interferencia. Esto no quiere decir que ninguno de esos muchos megavatios vaya a llegar al espacio. Lo harán, es solo que la energía que sale al espacio será limitada. ¡Tenga en cuenta que alguien debe pagar por toda la electricidad consumida y que los transmisores de radio no funcionan con una eficiencia del 100 %! ¡Hay una razón económica directa para mantener su potencia lo más baja posible!

A continuación, tenemos la densidad espectral de potencia. Creo que este es un punto que no he visto discutido mucho en los escenarios de detección, pero que creo que es de extrema importancia. Primero echemos un vistazo al nombre en sí: la densidad espectral de potencia es una densidad. Densidad de que? ¡De poder! ¿Sobre qué? Espectro. Entonces, las unidades son vatios por hercio. ¿Recuerdas el poder de la publicación anterior? Bueno, aquí podemos ver qué tan distribuida está en el eje del ancho de banda de nuestra señal y cómo nuestra modulación afecta eso. Aquí, daré una comparación muy, muy aproximada de PAL y DVB-T, utilizados para televisión, FM de radio VHF (quería hacer DAB, pero no pude encontrar números realistas) y un código Morse de FM especial señal.

Primero, solo para hacer los cálculos un poco más fáciles y esta respuesta tan larga un poco más corta, supondré que todas las modulaciones tienen un espectro plano. Esto es más cierto para las modulaciones digitales y no tanto para las modulaciones analógicas.

Entonces, comencemos con PAL. Nuestro canal, en la banda UHF, y me estoy restringiendo a la banda UHF, ya que las partes bajas de la banda VHF pueden tener problemas para salir de la atmósfera, tiene un ancho de alrededor de 8 MHz. También hay una versión de 6 MHz de ancho. Así que veamos la densidad espectral de potencia "idealizada". Para los niveles de potencia, solo usaré información de un transmisor local, para que podamos obtener algunos valores de la vida real. Este transmisor, mientras transmitía PAL, tenía para un canal particular ERP de 250 kW. Cuando dividimos 250 kW por 8 MHz, obtenemos 31,25 milivatios por hercio de densidad espectral de potencia. El mismo transmisor ahora está transmitiendo canal DVB-T con ERP de 25 kW. Esto nos da una densidad espectral de potencia de 3,125 milivatios por hercio. ¡Mucho más bajo!

El mismo transmisor está ejecutando una estación de radio FM a 15 kW. El ancho de banda de la estación es de alrededor de 300 kHz, por lo que esto nos da una PSD de alrededor de 500 milivatios por hercio. Mucho más alto que la televisión analógica!

A continuación, me gustaría mencionar el mensaje Morse . Esta fue en realidad una prueba de un radar interplanetario, pero está aquí como representante del llamado Active SETI . Por lo tanto, tienen modulación de frecuencia con una desviación de 62,5 Hz y una frecuencia de señal de entrada máxima de menos de 1 Hz. Usaré 1 Hz para el cálculo. De acuerdo con la regla de Carson, podemos obtener una estimación del ancho de banda en el que está contenido el 98% de la potencia de la señal de FM. Nos da un ancho de banda de 125 Hz. ERP de transmisión fue de 50 kW. ¡Esto nos da una PSD de 392 vatios por hercio! Muy por encima de la radio FM, pero por otro lado, una transmisión de prueba y por lo tanto no continua.

Ahora, ¿por qué entré en estas explicaciones básicas sobre PSD? Bueno, para detectar que tenemos una señal, primero necesitamos una señal de radio lo suficientemente buena como para hacer ruido. Nuestro ruido podría provenir de numerosas fuentes, como ruido térmico, ruido de disparo, etc. Va a ser una propiedad del receptor y también se caracteriza por la densidad espectral de potencia. Una cosa común acerca de los receptores es que, por lo general, podemos afectar fácilmente su ancho de banda de recepción. Cuanto menor sea el ancho de banda de recepción que tengamos, menor será nuestra potencia de ruido en el receptor. En un mundo ideal, nuestro receptor tendrá un filtro adaptado al ancho de banda de nuestra señal transitada. Básicamente, esto significa que si nuestra potencia es constante, será más fácil detectar una señal con un ancho de banda más bajo que una señal con un ancho de banda más alto, como se ilustra en este dibujo:

Básicamente, mi idea es que los extraterrestres, si van a detectar señales en primer lugar, es más probable que detecten intentos SETI activos, si es que los están buscando en ese momento. De lo contrario, creo que la radio FM tiene más posibilidades de ser captada que la televisión. Además, en una señal de TV analógica, ¡no todos los componentes se transmiten con la misma potencia! La parte de la señal que lleva el color (componentes de croma) suele ser más débil que la parte que lleva la señal en blanco y negro (luma). Además, dependiendo de la implementación, podría ser posible obtener señales de audio de la televisión incluso si la recepción de video no es posible.

EDITAR1:

Como respuesta al comentario, digamos que tenemos una nave espacial en la órbita de la Tierra con un transmisor de TV a bordo. Digamos también que nuestra nave espacial apunta su antena hacia nuestros oyentes y está emitiendo el programa con 5 MW de ERP y utiliza un canal de 6 MHz de ancho. Digamos que estamos transmitiendo en la frecuencia de 430 MHz (no en la banda de TV, pero cercana, elegida por los datos disponibles) y que nuestros extraterrestres construyeron su propia versión de Arecibo con las mismas especificaciones, es decir 60,5 dBi ganancia en 430 MHz. Digamos también que el ruido de fondo es −106 dBm para nuestro canal en el receptor.

La ecuación de transmisión de Friis es algo así: Prx=Gtx Grx (λ/4πR)^2*Ptx, donde:
Prx es la potencia en el receptor y debería ser -106 dBm,
Gtx es la ganancia de la antena del transmisor, Grx es la ganancia de la antena del receptor, Ptx es la potencia del transmisor, λ es la longitud de onda, R es la distancia.

De esta ecuación, debemos derivar R y cambiarlo para que tengamos en cuenta la mezcla de decibelios y unidades lineales. Tenga en cuenta que en nuestro caso, tenemos 5 MW de ERP, por lo que para convertir eso en EIRP, vamos a utilizar una antena de transmisión con una ganancia de -2,15 dBi. También tenga en cuenta que el borde superior de nuestra señal está en 436 MHz, que tienen una longitud de onda de alrededor de 0,688 m.

Dividimos todo con las ganancias de la antena y la potencia de transmisión y tomamos 10*lg de todo para llegar a los decibeles. Entonces tenemos:

10lg(Prx)-10lg(Ptx)-10lg(Grx)-10lg(Gtx)=20lg(λ/4πR)

Ahora ponemos nuestros números en eso:
96.9897 dBm + 106 dBm +2,15 dBi -60,5 dBi=20lg(λ/4πR)

Ahora podemos usar una de esas prácticas calculadoras de ecuaciones de Friis Transmission y obtener un número para el rango. Usando este , obtengo un rango de 638 420 000 000 m, eso es 638.42 Gm o 4,26 AU.
¡Eso es muy, muy poco! Incluso si tomamos valores mucho mejores para la temperatura de ruido del sistema, como por ejemplo 100 K, o incluso más bajos, seguiremos teniendo rangos muy bajos. Entonces, para la televisión, realmente no tenemos una gran posibilidad de que los extraterrestres reciban una señal.

Para la radio FM en cambio, si tomamos un transmisor ERP de 100 kW a 97 MHz, basado en algunas limitaciones de EE.UU. para la potencia, e imaginamos que los extraterrestres tienen una antena de 60,5 dBi de ganancia para FM con una temperatura del sistema de 35 K obtenemos un resultado mucho mejor de 5 349 800 000 000 mo 5,349 Tm o 35,76 AU. Aún así, es un rango bastante corto. El alcance es mucho mayor, pero aún no es suficiente para alcanzar los sistemas estelares cercanos, suponiendo que la temperatura del sistema sea razonable.

Así que TL; DR:

No creo que sea factible que las señales de radio o televisión analógicas transmitidas accidentalmente puedan llegar a un sistema estelar cercano en un estado razonablemente detectable, pero eso también depende mucho de sus capacidades de detección. Creo que los extraterrestres que pasan cerca de los bordes de nuestro sistema solar podrían detectar nuestras transmisiones.

También tenga en cuenta que una señal de radio de 100 kW tiene un alcance mayor que una señal de TV de 5 MW, así que tenga en cuenta que no todo está en la potencia del transmisor.

Cabe señalar que para las señales SETI activas intencionales, especialmente si son digitales, la situación puede ser algo diferente. Tendríamos poderes mucho más altos, tendríamos ganancias de los códigos de corrección de errores, suponiendo que los extraterrestres puedan decodificarlos. También utilicé radio de señal a ruido de 0 dB como límite inferior para la recepción del sistema analógico. En la vida real, se ha demostrado que la decodificación de señales digitales es posible con relaciones señal/ruido un poco por debajo de 0 dB, por lo que eso también podría tener algún impacto.

Acabo de ver una presentación en SETI que explica cómo los arreglos de receptores en un futuro cercano serán lo suficientemente sensibles para captar el radar de nuestra aeronave desde cientos de años luz. Esa es una fuga de uso común. También tenemos un radar interplanetario que se emite ocasionalmente.

Entonces, para responder a su pregunta, mire el extremo opuesto: ¿qué esperan poder detectar los investigadores de SETI, modelando la situación de nuestra propia historia tecnológica?

Si bien la radio ahorra energía y es sutil, el radar, por su naturaleza, debe ser lo suficientemente brillante como para reflejarse en objetivos pasivos. Mucho más detectable.

Aquí hay un comunicado de prensa :

Alcance sin precedentes

El programa incluirá un estudio de las 1.000.000 de estrellas más cercanas a la Tierra. Escaneará el centro de nuestra galaxia y todo el plano galáctico. Más allá de la Vía Láctea, escuchará mensajes de las 100 galaxias más cercanas. Los telescopios utilizados son exquisitamente sensibles a las señales de larga distancia, incluso de baja o moderada potencia:

• Si una civilización basada en una de las 1.000 estrellas más cercanas nos transmite con la potencia del radar de un avión común, los telescopios Breakthrough Listen podrían detectarla.

• Si una civilización transmite desde el centro de la Vía Láctea, con más de 12 veces la salida de los radares interplanetarios que usamos para sondear el Sistema Solar, los telescopios Breakthrough Listen podrían detectarla.

• Desde una estrella cercana (a 25 billones de millas de distancia), la búsqueda óptica de Breakthrough Listen podría detectar un láser de 100 vatios (salida de energía de una bombilla doméstica normal).