Arecibo-Botschaft
Die Arecibo-Botschaft ist eine Botschaft von der Erde an mögliche Außerirdische in Form eines Radiowellen-Signals. Sie wurde am 16. November 1974 um 1.00 Uhr AST (Atlantische Standard Zeit) ausgehend vom Arecibo Observatorium gesendet, dem weltweit größten Radioteleskop in der Nähe von Arecibo, Puerto Rico.
Als Hauptautor der Botschaft gilt der Astronom und Astrophysiker Frank Drake.
Zielpunkt des Signals
Ziel des Signals ist der Kugelsternhaufen Messier 13 im Sternbild Herkules. Dieser Kugelsternhaufen ist 22.800 Lichtjahre von uns entfernt und besteht aus gut 300.000 Sternen.
Das Signal
Inhalt
Die Botschaft enthält binär codierte Informationen über die Biologie und Anatomie des Menschen, sowie über die menschliche Population und die Herkunft des Signals. In der obigen Grafik sind die mit dem Signal übertragenen Nullen und Einsen farbig gruppiert dargestellt, um die zusammenhängenden Objekte zu zeigen. Diese Farbinformation steht einem möglichen Empfänger nicht zur Verfügung.
Codierung
Die Nachricht besteht aus insgesamt 1.679 Bit. Ein Empfänger müsste diese Anzahl in seine Primzahlen, 23 und 73, zerlegen und die Folge von Bits anschließend in einer 23x73 Matrix als Schwarzweißbild anordnen. Um die enthaltenen Objekte der Nachricht zu erkennen, müsste ein Empfänger anschließend Leerzeilen als Absätze und leere Spalten als seitliche Abtrennungen benachbarter Objekte identifizieren.
Der 1. Absatz - Zahlen
Der erste, in der Grafik weiß gefärbte Teil der Botschaft zeigt zehn Objekte, die die Zahlen 0 bis 10 in binärer Kodierung darstellen. Dabei stellt ein farbiges Rechteck eine Eins dar, ein nicht farbiges, schwarzes Rechteck eine Null. Die zehn Objekte sind durch Leerspalten seitlich getrennt. Damit ist der erste Teil wie folgt zu interpretieren:
0 0 0 1 1 1 1 00 00 00 0 1 1 0 0 1 1 00 00 10 1 0 1 0 1 0 1 01 11 01 X X X X X X X X X X <- markiert die Informationseinheit mit der kleinsten Wertigkeit
Zu lesen sind von links nach rechts die Binärcodes 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111, 001000, 001001, 001010; in dezimaler Form die Zahlen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10.
Um die Bedeutung dieses Absatzes zu verstehen müsste ein Empfänger ihn also als Binärcode decodieren und hätte in Folge die Leseanleitung, Binärzahlen von einem Basispunkt aus zu lesen.
Der 2. Absatz - chemische Elemente
Der zweite, in der nebenstehenden Grafik violett eingefärbte Teil der Botschaft stellt eine Leseanleitung für den auf ihn folgenden, dritten Teil der Botschaft dar.
Er besteht aus einem Objekt, das 5x5 Felder misst. Die fünf Spalten ergeben gemäß der Leseanleitung des ersten Abschnitts von Links nach Rechts die Zahlenfolge "1 6 7 8 15". Diese sind als die Ordnungszahlen bzw. Protonenanzahlen der chemischen Elemente "Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Phosphor" zu decodieren. Alle fünf Stoffe stellen wichtige Elemente der Biochemie dar und sind die Elemente, aus denen die menschliche DNA aufgebaut ist.
Der 3. Absatz - Nukleotide
Gemäß vorhergehender Leseanleitung ergibt der dritte, in der nebenstehenden Grafik grün eingefärbte Teil vier Nukleotide, die Bausteine der menschlichen DNA. Dabei gibt jedes der 10 Objekte jeweils von Links nach Rechts die Anzahl der enthaltenen Elemente an. Die erste Spalte zeigt die Anzahl der enthaltenen Wasserstoffmoleküle (Ordnungszahl 1), die zweite die Anzahl der Kohlenstoffmoleküle (Ordnungszahl 2), usw.
Damit stellen die 10 Objekte folgende Stoffe dar:
| Desoxyribose () | Cytosin () | Adenin () | Desoxyribose () |
| Phosphat () | Phosphat () | ||
| Desoxyribose () | Thymin () | Guanin () | Desoxyribose () |
| Phosphat () | Phosphat () |
Die zehn Objekte bauen in der dargestellten Form zwei Sprossen der DNA auf. Die vier heterozyklischen Nukleobasen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin in der Mitte bilden die Querstangen der Leiter und die Objekte an den Seiten das DNA-Gerüst. Mit diesem Teil der Nachricht wird einem Empfänger der Aufbau der DNA mitgeteilt.
Der 4. Absatz - Struktur der DNA
Der zweispaltige, in der nebenstehenden Grafik weiß eingefärbte Streifen in der Mitte des vierten Teils der Botschaft repräsentiert die Zahl 3.000.000.000 (3 mio.). Dies ist die ungefähre Anzahl der Nukleotide des menschlichen Genoms darstellen.
Die den Streifen umgebene, in der Abbildung blau eingefärbte Doppelhelix zeigt die Form der menschlichen DNA.
Der 5. Absatz - Menschheit
Nachdem in den ersten vier Teilen der Nachricht Informationen über die Biochemie des Menschen codiert wurde, geht der fünfte Teil mit insgesamt drei Objekten auf die menschliche Anatomie und die Menschheit ein.
Das erste, in der Grafik blau-weiß eingefärbte Objekt zeigt die Größe des Menschen. Der weiß eingefärbte Teil zeigt die Zahl 14 (binär 1110 von Rechts nach Links gelesen) in der Mitte eines senkrechten Balkens. Der senkrechte, in der Grafik blau eingefärbte Balken deutet an, dass es sich um eine Höhenangabe handelt. Die Höhe errechnet sich aus der dargestellten Zahl 14 multipliziert mit der Wellenlänge der Nachricht, 12,6 cm. Das Ergebnis lautet 176,4 cm, die ungefähr Größe eines Menschen.
Das mittlere, rot eingefärbte Objekt zeigt die grobe Skizze der menschlichen Gestalt. Somit ist mit den beiden ersten Objekten codiert, dass es sich bei dem Menschen um einen ca. 1,76 Meter hohen Zweifüsser handelt. Der Kopf des Strichmännchens ist umgeben von der Doppelhelix des vierten Absatzes um einen Bezug dazu herzustellen.
Das rechte Objekt zeigt die Zahl 4.000.000.000 (4 Mrd.), die grobe Anzahl der Erdbevölkerung zur Zeit der Absendung der Botschaft (1974).
Der 6. Absatz - Planet Erde
Der sechste, in der nebenstehenden Grafik gelb eingefärbte Teil der Nachricht stellt unser Sonnensystem und die Position des Planeten Erde darin dar.
Die Größe der Objekte repräsentiert dabei die ungefähren Größenverhätnisse der Himmelskörper. Die Sonne ist insgesamt 3x3, also neun Felder groß, der fünfte und sechste Planet, die Gasriesen Jupiter und Saturn, ist jeweils drei Felder, Uranus und Neptun zwei Felder und alle anderen Planeten ein Feld groß.
Um den Heimatplaneten der Menschheit zu kennzeichnen befindet sich das Objekt, das die Erde repräsentiert direkt unter dem Strichmännchen des fünften Absatzes und ist um ein Feld nach oben verschoben.
Der 7. Absatz - Teleskop/Sender
Der siebte und letzte Teil zeigt Informationen über das sendende Observatorium, das Arecibo Observatorium dar. Genau unter der Erde des sechsten Teils der Nachricht befindet sich, in der Grafik violett gefärbt, eine Skizze des Observatoriums.
Der weiß eingefärbte Teil zeigt die binär codierte Zahl 2430 in der Mitte eines waagerechten Balkens. Dieser, in der Grafik blau eingefärbte Balken deutet an, dass es sich um eine Breitenangabe handelt. Die Breite errechnet sich aus der dargestellten Zahl 2430 multipliziert mit der Wellenlänge der Nachricht, 12,6 cm. Das Ergebnis lautet ca. 306 m, der ungefähre Durchmesser der Antenne.
Technik
Das Signal wurde mit einer Grundfrequenz von genau 2.388 Megahertz (MHz) entsprechend einer Wellenlänge von 12,6 cm übertragen. Der Wechsel der Grundfrequenz mit einer zweiten Frequenz diente dabei als Binärcode um die Daten der Botschaft zu codieren. Die beiden in einer Frequenz von 75 Hertz wechselnden Frequenzen repräsentieren die Ziffern Null und Eins.
Die Grundfrequenz von genau 2.388 wurde gewählt, um beste Übertragungsbedingungen gewährleisten. Der ideale Frequenzbereich für eine Funkübermittlung liegt zwischen 1000 MHz und 10000 MHz. Höhere Frequenzen werden vom Wasserdampf in der Atmosphäre eines Planeten absorbiert, niedrigere Frequenzen würden im lärmenden Hintergrund der Radioemissionen unserer Galaxie untergehen.
Als Übertragungsrate wurde eine Geschwindigkeit von 10 bps) gewählt, um Übertragungsfehler weitgehend ausschließen zu können. Die gesamte Übertragung ähnelt einem Informationsaustausch, wie er früher mit Akkustikkopplern über die Telefonleitung durchgeführt wurde. Da die gesamte Botschaft eine Länge von 1679 Bits hat, dauerte die einmalige Übertragung genau 167,9 Sekunden, also etwa 2 Minuten und 50 Sekunden. Die Geschwindigkeit wurde auch gewählt, um die Übertragung bei der feierlichen Eröffnung des Observatoriums für die Gäste nicht zu langatmig werden zu lassen.
Da die Botschaft mit Lichtgeschwindigkeit reist, wird sie im Jahr 24770 ihr Ziel, den Kugelsternhaufen Messier 13 erreichen. Falls die Nachricht dort Empfangen und dekodiert wird, sowie umgehend eine Antwort geschickt wird, kann diese frühestens im Jahr 47574 die Erde erreichen.
Diskussion um Interpretierbarkeit
Seit dem Senden des Signals wird viel über die Interpretierbarkeit des Signals diskutiert. Einige Kritiker sind der Meinung, die Botschaft sei unverständlich, da sehr viele mathematische Tricks notwendig seien, um die Nachricht zu dekodieren.
Voraussetzungen
Notwendig zum Entschlüsseln der Nachricht seien laut der Kritiker folgende Voraussetzungen.
Primalität und Zahlensystem
Ein Empfänger müsste die Anzahl der übertragenen Bits in ihre Primzahlen zerlegen, um die Abmessungen des Rechtecks zu erhalten. Dies sei laut der Kritiker nur möglich, wenn der Empfänger das Dezimalsystem benutzt.
Dieser Kritikpunkt ist unberechtigt, da die Eigenschaft der Primalität nicht vom verwendeten Zahlensystem abhägt. Eine Primzahl im Dezimalsystem ist auch in jedem anderen System prim. Als fundamentales Element aller Zahlen ist die Primalität für eine solche Botschaft daher besonders geeignet.
Rechteckform
Zweitens müsse der Empfänger in der Lage sein, die enthaltenen Primzahlen als Längen- und Breitenangaben für ein Rechteck zu erkennen. Sollte er keine Rechtecke kennen, sondern z.B. die im Insektenreich verbreitete Wabenform bevorzugen, wäre er nicht in der Lage, die weiteren Informationen zu dekodieren. Voraussetzung für eine erfolgreiche Entschlüsselung ist also, dass die empfangende Zivilisation unseren Wissensstand in Algebra und Geometrie besitzt.
Die Zahl 1679 lässt sich ausschließlich in die Primfaktoren 23 und 73 zerlegen. Dies ist eebenfalls eine fundamentale Eigenschaft dieser Zahl in jedem Zahlensystem. Das Rechteck als Grundform in zwei Dimensionen und der rechte Winkel durch die Eigenschaft der Orthogonalität sind bereits bei grundlegendem Verständnis der Geometrie offensichtlich. Allein die Orientierung des Rechteckes ist nicht selbstverständlich oder vorgegeben. Aus den beiden möglichen Anordnungen, waagerechtes oder senkrechtes Rechteck, müsste die richtige erschlossen werden.
Darstellung als binäres Bild
Ist das Rechteck erkannt, muss nun das Binäre Zahlensystem benutzt, um die verschlüsselten Informationen zu lesen. Nun muss der Empfänger in der Lage sein, das Signal bzw. des Rechteck optisch darstellen und die enthaltenen Objekte erkennen.
Test der Interpretierbarkeit
Nach dem Entwurf der Nachricht legte sie Frank Drake seinem Kollegen Carl Sagan vor, der die Nachricht nahezu komplett entschlüsselte. Angeblich wurde die Botschaft weiteren Personen vorgelegt, von denen diejenigen Wissenschaftler, die auf diesem Gebiet aktiv sind die Nachricht angeblich in vielen Teilen korrekt interpretieren konnten. Verlässliche Quellen für diese Tests gibt es nicht.
Unabhängig von dem Ergebnis dieser Tests ist unklar, inwieweit daraus Interpretationen zur Entschlüsselung seitens einer fremden Zivilisation gezogen werden können.
Interessant in diesem Zusammenhang ist die Frage, ob eine künstliche Intelligenz (KI) die Botschaft deuten könnte. Sollte es jemals möglich sein, eine KI zu erschaffen und würde diese die Botschaft deuten können, wäre dies ein Indiz für die Interpretierbarkeit der Botschaft.
Weitere extraterristrische Kommunikation
Botschaften von der Erde
- Auf den Raumsonden Pioneer 10 und Pioneer 11 wurde die Pioneer-Plakette installiert. Sie enthält grafisch dargestellt grundlegende Informationen über unser Sonnensystem.
- Die Raumsonden Voyager 1 und Voyager 2 transportieren die Schallplatte Sounds of Earth. Auch sie enthält eingravierte Grafiken, außerdem beinhaltet sie analog kodierte Audio- und Videoaufnahmen.
Botschaften für die Erde?
Im Jahr 1977 empfing man auf der Erde das Wow-Signal im Rahmen eines SETI-Projektes, welches mit Sicherheit ein extraterrestrisches Signal ist und evtl. von einer künstlichen Quelle stammen könnte.
Literatur
- Frank Drake, Dava Sobel, Signale von anderen Welten. Mit dem NASA-SETI-Projekt auf der Suche nach fremden Intelligenzen, 1994, ISBN 3-8849-8065-3
Weblinks
- naic.edu/ - Homepage des Arecibo Observatoriums
- Signale.de - Private Homepage mit ausführlichen Informationen zum Lesen der Botschaft
