Arecibo-Botschaft

Die Arecibo-Botschaft (mit farblichen Hervorhebungen)

Die Arecibo-Botschaft ist eine Botschaft von der Erde an mögliche Außerirdische in Form eines Radiowellen-Signals. Sie wurde einmalig am 16. November 1974 um 1:00 Uhr AST (Atlantische Standard-Zeit) ausgehend vom Arecibo-Observatorium gesendet, dem weltweit zweitgrößten 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 war der Kugelsternhaufen Messier 13 im Sternbild Herkules. Dieser Kugelsternhaufen ist 22.800 Lichtjahre von uns entfernt und besteht aus mehr als 300.000 Sternen.

Das Signal

Inhalt

Die Botschaft enthält binär codierte Informationen über die Biologie des Menschen, sowie über die menschliche Population und die Herkunft des Signals. In den nebenstehenden Grafiken 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 Zahl in ihre Primfaktoren, 23 und 73, zerlegen und die Folge von Bits anschließend in einer 23×73-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 erste Absatz – Zahlen

Binäre Kodierung der Zahlen 1 bis 10

Der erste, in der Grafik weiß gefärbte Teil der Botschaft zeigt zehn Objekte, die die Zahlen 1 bis 10 in binärer Kodierung darstellen. Dabei stellt ein farbiges Rechteck eine Eins dar, ein nicht farbiges, schwarzes Rechteck eine Null. Die unterste Zeile zählt nicht zur binären Codierung, sondern gibt die Position des kleinstwertigen Bits an. 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 (Dezimalcodes in Klammern) 001 (1), 010 (2), 011 (3), 100 (4), 101 (5), 110 (6), 111 (7), 001000 (8), 001001 (9), 001010 (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.

wichtige chemische Elemente

Der zweite 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 5×5 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 DNA aufgebaut ist.

Der dritte Absatz – Nukleotide

Abbildung der 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 zwölf Objekte jeweils von links nach rechts die Anzahl der enthaltenen Elemente an. Die erste Spalte zeigt die Anzahl der enthaltenen Wasserstoffatome (Ordnungszahl 1), die zweite die Anzahl der Kohlenstoffatome (Ordnungszahl 6), usw.

Damit stellen die zwölf Objekte folgende Stoffe dar:

Desoxyribose (C5OH7)	Adenin (C5H4N5)1	Thymin (C5H5N2O2)1	Desoxyribose (C5OH7)
Phosphat (PO4)			Phosphat (PO4)
Desoxyribose (C5OH7)	Cytosin (C4H4N3O)1	Guanin (C5H4N5O)1	Desoxyribose (C5OH7)
Phosphat (PO4)			Phosphat (PO4)

¹Die in der Nachricht codierten Summenformeln entsprechen der gebundenen Form der Nukleobasen in der Doppelhelix und enthalten wegen der Wasserstoffbrücken ein Wasserstoffatom weniger als die der freien Form.

Die zwölf 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-Rückgrat. Mit diesem Teil der Nachricht wird einem Empfänger der Aufbau der DNA mitgeteilt.

DNA

Der vierte Absatz – Struktur der DNA

Der zweispaltige, in der nebenstehenden Grafik weiß eingefärbte Streifen in der Mitte des vierten Teils der Botschaft repräsentiert die Zahl 4.294.441.822. Dies soll die ungefähre Anzahl der Nukleotide des menschlichen Genoms darstellen, welche allerdings nur ca. 3×10⁹ beträgt.

Die den Streifen umgebende, in der Abbildung blau eingefärbte Doppelhelix zeigt die räumliche Struktur der DNA.

Der fünfte Absatz – Menschheit

Nachdem in den ersten vier Teilen der Nachricht Informationen über die Biochemie einschließlich der des Menschen codiert wurde, geht der fünfte Teil mit insgesamt drei Objekten auf die menschliche Anatomie und die Menschheit ein.

Informationen über Mensch und Menschheit

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 ungefähre 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 4.292.853.750 (von rechts nach links und von oben nach unten gelesen), die ungefähre Anzahl der Erdbevölkerung zur Zeit der Absendung der Botschaft (1974).

Der sechste Absatz – Planet Erde

Unser Sonnensystem

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 Größenverhältnisse der Himmelskörper. Die Sonne ist insgesamt 3x3, also neun Felder groß, der fünfte und sechste Planet, die Gasriesen Jupiter und Saturn, sind jeweils drei Felder, Uranus und Neptun zwei Felder und alle anderen Planeten (Merkur, Venus, Erde, Mars und Pluto, der zum Zeitpunkt der Arecibo-Botschaft noch offiziell ein Planet war) jeweils 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 siebte Absatz – Teleskop/Sender

Der Sender

Der siebte und letzte Teil stellt 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 (eigentlich 304,8 m).

Technik

Das sendende Arecibo-Observatorium

Das Signal wurde mit einer Sendeleistung von 1000 kW auf einer Grundfrequenz von genau 2,388 Gigahertz (GHz), 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 einem Abstand von 75 Hertz wechselnden Frequenzen repräsentieren die Ziffern Null und Eins.

Die Grundfrequenz von genau 2,388 GHz wurde gewählt, um beste Übertragungsbedingungen zu gewährleisten. Der ideale Frequenzbereich für eine interstellare Funkübermittlung liegt zwischen 1 GHz und 10 GHz. Höhere Frequenzen werden vom Wasserdampf in der Atmosphäre eines Planeten absorbiert, niedrigere Frequenzen würden im lärmenden Hintergrund der Radioemissionen unserer Galaxie untergehen.

Als Datenübertragungsrate wurde 10 bit/s gewählt, um Übertragungsfehler weitgehend ausschließen zu können. Die gesamte Übertragung ähnelt einem Informationsaustausch, wie er früher mit Akustikkopplern 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 24.770 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 47.574 die Erde erreichen.

Messier 13 war ausgewählt worden, weil dort sehr viele Sterne auf sehr dichtem Raum konzentriert sind. Allerdings muss angenommen werden, dass Kugelsternhaufen unwahrscheinliche Kandidaten für die Entwicklung von Leben sind, weil ihnen großteils die schweren Elemente fehlen, die es nur in Population-I-Sternen gibt.

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. Man stelle sich vor, eine vergleichbare Nachricht wäre vor 150 Jahren hier angekommen – sie wäre nicht begreifbar gewesen (allerdings wäre sie auch nicht empfangen worden).

Voraussetzungen

Notwendig zum Entschlüsseln der Nachricht seien laut der Kritiker folgende Voraussetzungen:

Rechteckform

Der Empfänger müsse 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 ebenfalls 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 werden, um die verschlüsselten Informationen zu lesen. Nun muss der Empfänger in der Lage sein, das Signal bzw. das Rechteck optisch darzustellen und die enthaltenen Objekte zu 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 in vielen Teilen hätten korrekt interpretieren können. 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.

Kritik

Der Astronom Martin Ryle brachte bei der IAU eine Beschwerde ein und forderte, jede weitere Botschaft zu unterlassen. Er befürchtete im Falle einer Detektion durch eine feindlich-gesinnte, intelligente außerirdische Spezies weitreichende Konsequenzen, wie eine Invasion, Kolonisation und eine Ausbeutung der terrestrischen Ressourcen.^[1][2]

Weitere extraterrestrische Kommunikation

Botschaften von der Erde

1. Auf den Raumsonden Pioneer 10 und Pioneer 11 (gestartet am 3. März bzw. 6. April 1977) wurde die Pioneer-Plakette installiert. Sie enthält grafisch dargestellt grundlegende Informationen über unser Sonnensystem.
2. Die Raumsonden Voyager 1 und Voyager 2 (gestartet am 5. September bzw. 20. August 1977) transportieren die Schallplatte Voyager Golden Record. Auch sie enthält eingravierte Grafiken, außerdem beinhaltet sie analog kodierte Audio- und Videoaufnahmen.

Weitere Projekte für interstellare Nachrichten waren: Cosmic Call 1999 & 2003^[3], Teen Age Message 2001^[4], A Message From Earth 2008 und andere. ^[5]

Botschaften für die Erde?

Am 15. August 1977 empfing man auf der Erde das Wow!-Signal im Rahmen eines SETI-Projektes. Es ist unwahrscheinlich, jedoch möglich, dass das Signal lediglich terrestrischen Ursprungs ist beziehungsweise von einem Objekt innerhalb des Sonnensystems stammt.

Antwort auf das Signal?

Pixeldarstellung der angeblichen Antwort von Chilbolton

Im Jahr 2001 tauchten auf einem Kornfeld in Großbritannien zwei Kornpiktogramme^[6] auf, von denen eines eine außergewöhnliche Ähnlichkeit zur Arecibo-Botschaft aufwies.^[7]

Das in seiner Echtheit umstrittene Phänomen wird von Ufologen und Parawissenschaftlern als mögliche extraterrestrische Antwort auf das Signal von 1974 verstanden.^[8]

Der Kugelsternhaufen Messier 13 ist 22800 Lichtjahre entfernt. Das Funksignal benötigt somit 22800 Jahre für den Hinweg, eine Antwort 22800 Jahre für den Rückweg, sofern sie ebenfalls an die Lichtgeschwindigkeit gebunden ist. In diesem Fall könnte eine Antwort die Erde frühestens in ca. 45600 Jahren erreichen.

Siehe auch

• San-Marino-Skala
• Rio-Skala

Literatur

• Frank Drake, Dava Sobel: Signale von anderen Welten. Mit dem NASA-SETI-Projekt auf der Suche nach fremden Intelligenzen. Bettendorf, Essen u.a. 1994, ISBN 3-88498-065-3.
• The Staff at the National Astronomy and Ionosphere Center: The Arecibo message of November, 1974. In: Icarus. Vol. 26, Issue 4, Dezember 1975, S. 462-446, (Abstract) @NASA ADS, abgerufen am 2. März 2011

Weblinks

 Commons: Arecibo – Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien

• naic.edu/ – Homepage des Arecibo Observatoriums
• Signale.de – Private Homepage mit ausführlichen Informationen zum Lesen der Botschaft

Einzelnachweise

1. ↑ Ryle brought a formal complaint to the International Astronomical Union. He asked the union to halt all further attempts by astronomers to contact other civilizations because of the possible harmful consequences to the human race. Ryle worried that terrestrial contact with intelligent aliens might lead to invade the Earth with the intention of colonizing us or stealing our mineral resources. In: George Basalla: Civilized life in the universe - scientists on intelligent extraterrestrials. Oxford University Press, New York 2006, ISBN 0-19-517181-0, S. 123.
2. ↑ Should Mankind Hide? In: New York Times. 22. November 1976. adsabs.harvard.edu
3. ↑ Broadcast for Extra-Terrestrial Intelligence cplire.ru
4. ↑ A Teen-Age Message to the Stars setileague.org
5. ↑ Is anybody listening out there? bbc.co.uk; List of interstellar radio messages en.wikipedia, abgerufen am 23. Juni 2011
6. ↑ Luftaufnahme des Kornpiktogramms auf einer privaten Homepage. Zuletzt aufgerufen am 14. Januar 2008.
7. ↑ Video mit einem Entschlüsselungsvorschlag zur Chibolton-Antwort. Zuletzt aufgerufen am 14. Mai 2010.
8. ↑ „The Chilbolton 'Arecibo message' Formation“ - Englischsprachige Untersuchung zum Kornpiktogramm. Zuletzt aufgerufen am 14. Januar 2008.

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