Message d'Arecibo

Le message d'Arecibo est un message radio de 1 679 bits émis vers l'espace le 16 novembre 1974 à l'occasion de la transformation du radiotélescope d'Arecibo[1]. Il est envoyé vers l'amas globulaire M13 (plus communément appelé Amas d'Hercule) qui se trouve à environ 22 200 années-lumière. Le nombre 1 679 bits est choisi parce qu'il est le produit de deux nombres premiers et ne peut donc être divisé qu'en 73 lignes et 23 colonnes. Cela suppose que ceux qui pourraient le lire choisiront de l'arranger comme un quadrilatère (voir paragraphe « Décodage du message »). L'information arrangée de la première façon ne présente aucun sens alors que si elle est arrangée de la seconde façon, l'image contient des informations à propos de la Terre et de l'humanité. Si on lit de gauche à droite, elle montre les nombres de un à dix, les numéros atomiques de l'hydrogène, carbone, azote, oxygène et phosphore, les formules chimiques des sucres et bases dans les nucléotides de l'ADN, les nombres de nucléotides dans l'ADN, la structure en double hélice de l'ADN, un croquis de l'être humain et sa taille, la population de la Terre, le Système solaire et une image du radiotélescope d'Arecibo avec son diamètre.

Des couleurs ont été ajoutées à ce message pour mieux voir les différentes parties mais le message réel ne comportait pas de couleurs.

Parce que le message mettra plus de 22 000 ans pour atteindre la destination voulue (de même qu'une éventuelle réponse pour nous revenir), le message d'Arecibo est plus une démonstration de l'avancée technologique de l'Humanité qu'un réel essai d'entrer en contact avec une civilisation extraterrestre.

Le docteur Frank Drake, créateur de la célèbre équation de Drake, a écrit le message avec l'aide entre autres de Carl Sagan.

Description du message

Nombres

En lisant de gauche à droite, les nombres 1 à 10 apparaissent en format binaire (la ligne du bas montre la position verticale de chaque nombre).

Même en connaissant le système binaire, l'encodage des nombres ne semble pas totalement évident, à cause de la façon dont ils ont été écrits. Pour lire les sept premiers nombres, en ignorant la ligne du bas, il faut les lire en prenant les trois nombres binaires du haut vers le bas. Les nombres 8, 9 et 10 sont un peu différents puisqu'ils comportent une autre colonne, à droite de la première. Ultérieurement dans le message d’Arecibo, les nombres de 1 à 15 sont représentés sur une seule colonne, sous forme de quatre bits significatifs suivis du « bit de repérage ».

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   ← repère montrant la position de chaque nombre

Éléments constituant l'ADN

Les nombres 1, 6, 7, 8 et 15 (en binaire, verticalement) représentent respectivement l'hydrogène (H), le carbone (C), l'azote (N), l'oxygène (O) et le phosphore (P). Ce sont les éléments qui constituent l'ADN.

H  C  N  O  P
1  6  7  8 15
-------------
0  0  0  1  1
0  1  1  0  1
0  1  1  0  1
1  0  1  0  1
X  X  X  X  X

Nucléotides


Désoxyribose (C₅H₇O)	Adenine (C₅H₄N₅)	Thymine (C₅H₅N₂O₂)	Désoxyribose (C₅H₇O)
Phosphate (PO₄)			Phosphate (PO₄)
Désoxyribose (C₅H₇O)	Cytosine (C₄H₄N₃O)	Guanine (C₅H₄N₅O)	Désoxyribose (C₅H₇O)
Phosphate (PO₄)			Phosphate (PO₄)

Par exemple, le désoxyribose (C₅H₇O dans l'ADN) est codé ainsi :

1 1 0 0 0
1 0 0 0 0
1 1 0 1 0
X X X X X
---------
7 5 0 1 0
H C N O P  <- toujours classés selon l'ordre des éléments constituant l'ADN (voir section ci-dessus)

donc 7 atomes H, 5 atomes C, 0 atome N, 1 atome O, 0 atome P, soit C₅H₇O en formule moléculaire.

Remarque : les formules moléculaires des nucléotides sont données dans la configuration incorporée à l’ADN (typiquement, un hydrogène en moins par rapport au nucléotide libre).

Double hélice

Double hélice de l'ADN (la barre verticale représente le nombre de nucléotides, soit 4 294 441 822, qui était le nombre supposé à l’époque où le message a été envoyé. Suite aux progrès de la recherche, nous savons que le nombre de paires de bases du génome humain est de l’ordre de 3,2 milliards).

Humanité

L’élément au centre représente la silhouette d'un humain vue de face, ou de dos. L’élément sur la gauche illustre la taille moyenne d’un humain : 1 764 mm. Cela correspond au nombre binaire 14 écrit horizontalement multiplié par la longueur d’onde du message (126 mm). L’élément sur la droite correspond à la population humaine en 1974 encodée en 32 bits soit 4 292 853 750.

Planètes

Le Système solaire : le Soleil, Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune et Pluton (à l’époque de l’envoi du message, Pluton était considérée comme une planète).

La Terre est décalée vers le dessin de l'homme pour montrer d’où vient le message.

Télescope

La dernière partie représente le radiotélescope d’Arecibo avec son diamètre (2 430 multiplié par la longueur d’onde, ce qui donne 306,18 m).

Décodage du message

Les seize possibilités pour le décodage du message d’Arecibo.

Il existe seize façons d’arranger l’image : il y a quatre coins dans un rectangle donc quatre possibilités pour le premier chiffre binaire, il reste ensuite la manière de les ranger soit ligne par ligne soit colonne par colonne donc deux possibilités et il y a aussi les dimensions du rectangle soit 23 × 73 soit 73 × 23 donc deux possibilités. Au total 4 × 2 × 2 = 16 possibilités, mais on peut les regrouper en deux groupes : pour huit possibilités on obtient le Message d’Arecibo (cf. la moitié supérieure de l'image, avec une rotation de 90°, 180°, 270°, avec une inversion horizontale (miroir), inversion horizontale + 90°, inversion horizontale + 180° et inversion horizontale + 270°) et avec les huit autres possibilités on obtient le message visible tout à gauche sur la moitié inférieure de l'image (comme précédemment avec une rotation de 90°, 180°, 270°, avec une inversion horizontale (miroir), inversion horizontale + 90°, inversion horizontale + 180° et inversion horizontale + 270°).

Description du signal radio support

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Caractéristiques du signal émis

Le message a été émis à une fréquence porteuse de 2 380 MHz en utilisant la technique de modulation par déplacement de fréquence avec une déviation en fréquence de 10 Hz.

Cette fréquence de porteuse présente l'avantage d'être faiblement absorbée par l'atmosphère terrestre et est proche du point d'eau qui est une gamme de fréquence où le niveau de bruit est particulièrement faible dans le milieu interstellaire.

Au moment où le message d'Arecibo a été émis (c'est-à-dire après modernisation des installations du début des années 1970), la puissance de l'émetteur du radiotélescope était de 1 MW à cette fréquence.

Le gain d'une antenne parabolique est donné par la formule suivante :

G=\left({\frac {\pi d}{\lambda }}\right)^{2}e_{A}

où :

$d$ est le diamètre de l'antenne ;
$\lambda$ est la longueur d'onde du signal ;
$e_{A}$ est un nombre adimensionnel entre 0 et 1 associé à l'efficacité de l'antenne (pertes).

Sachant que le diamètre de l'antenne d'Arecibo est de 305 mètres, l'ordre de grandeur du gain de celle-ci, à la fréquence de 2 380 MHz (et en prenant une valeur pessimiste de l'efficacité de 0,5), est d'environ 75 dB soit un facteur multiplicatif d'environ 30 000 000. À proximité de la Terre, la puissance apparente rayonnée du signal émis par Arecibo était donc d'environ 30 TW ou $165\ dB_{m}$ .

Capacité du signal à être détecté à son arrivée

La puissance d'un signal radioélectrique varie en $1/r^{2}$ à mesure où il s'éloigne de son point d'émission. Lorsque le signal atteindra les systèmes stellaires de M13 situés 22 200 années-lumière plus loin, sa puissance ne sera donc plus que de $6,5\times 10^{-28}W$ ou $-240\ dB_{m}$ .

Cette puissance, bien qu’extrêmement faible, est à comparer à celle d'autres signaux comme par exemple ceux émis par la sonde Voyager 1. L'émetteur en bande X de cette sonde a une puissance de 23 W et son antenne HGA fourni un gain de $48\ dB$ . La puissance du signal provenant de Voyager 1 (qui a passé une des frontières conventionnelles du Système solaire) est donc de l'ordre de $10^{-20}W$ ou $-170\ dB_{m}$ quand il arrive sur Terre et celui-ci est détectable (et détecté) par exemple par l'antenne du Green Bank Telescope qui fait 100 mètres de diamètre.

En effet, la capacité de détection d'un signal radioélectrique est essentiellement liée au rapport signal sur bruit dans la gamme de fréquence écoutée. À la fréquence de 2 380 MHz, les sources naturelles de bruit sont largement inférieures au bruit thermique des capteurs électroniques qui constitue la source de bruit dominante. Pour une bande de fréquence correspondant à plus ou moins 10 Hz, avec de l'électronique à la température ambiante, le niveau de bruit thermique est de $-161\ dB_{m}$ .

Une valeur de $6\ dB$ est couramment retenue en termes de rapport signal sur bruit pour définir un seuil de détection. Après amplification par une antenne réceptrice, le signal doit donc avoir une puissance minimale de $-155\ dB_{m}$ . Le gain de l'antenne réceptrice minimal est donc de $85\ dB$ .

En employant la formule de gain ci-dessus, on peut alors déterminer que le diamètre de l'antenne réceptrice doit être supérieur à 1 km pour pouvoir détecter le signal. Ces dimensions sont à la portée de la technologie humaine. La détection est donc techniquement possible d'autant que de nombreuses techniques peuvent être mises en œuvre pour améliorer les capacités de détection à dimensions d'antenne fixées (comme la réfrigération des moyens de détection à des températures cryogéniques pour limiter le niveau du bruit thermique) ou pour limiter la taille des antennes à performances de détection fixées (utilisation d'un ensemble d'antennes par la technique de l'interférométrie radio).

La difficulté de la détection réside alors plutôt dans le fait de savoir où et quand écouter (zone du ciel, gamme de fréquence, taille de la bande passante).

Notes et références

(en) Steven Johnson, « Greetings, E.T. (Please Don’t Murder Us.) », The New York Times Magazine, 28 juin 2017 (consulté le 16 novembre 2018).

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

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[1] (en) Steven Johnson, « Greetings, E.T. (Please Don’t Murder Us.) », The New York Times Magazine, 28 juin 2017 (consulté le 16 novembre 2018).