Симулятор "Paradox Fermi 5D"

[Павел Васильев]

Коллеги,
для open source проекта симулятора парадокса Ферми "Fermi Paradox Simulator"
https://github.com/GLScene/FermiParadox5D
нужны декартовы координаты звёзд и в радиусе 1000 св.лет от солнца из Gaia dr3.
Для 120 тыс. звёзд обзора Гиппарха один астроном выложил в своё время пересчёты  на Гитхаб - https://github.com/astronexus/HYG-Database .  Можно, конечно, на лету вычислять как в Celestia, или запросами к БД в интернете, но в симуляторе надо для разных периодов времени эволюции кубической ячейки Галактики на основе этих координат перевычислять меш-сетки Делоне и Вороного, а это требует больших вычислительных ресурсов. Gaia очень большой обзор. Но здесь все поля не нужны, достаточно id, x, y, z, vx, vy, vz и spectrum  в формате файла csv. Если у кого-то есть, то подключайтесь к проекту, пришлите выборку или дайте пожалуйста ссылку.

[Павел Васильев]

Да, там конечно помимо StarID должно быть ещё и поле ProperName для 429 известных утверждённых имён звёзд, включая Sol, и имя Star для неизвестных вместо null ('' в файлах .csv).  Аппетиты растут,  желательно иметь там же и поле номера принадлежности звезды к одному из 88 созвездий для определения  без лишних вопросов к базе при триангуляции и тетраэдрализации.

[Павел Васильев]

должно быть ещё и поле ProperName

Желательно, но необязательно, поскольку есть класс и magAbs. Ещё и рядом файл звёзд с экзопланетами.
На данный момент подготовки входных данных. В результате импорта бинарного файла stars.dat (по обзору Gaia dr3) из Celestia Origin в базу stars_xyz.sqlite получена таблица с  координатами x,y,z для 2472034 звёзд.
Да, таблица  stars_xyz.sqlite потянула в объёме 129 548 kb, что почти в три раза больше бинарника stars.dat с его 48 282 kb, но существенно меньше, чем хранение в обычном текстовом формате stars.csv (197 283 kb), зато открываются неограниченные возможности быстрых SQL запросов по ключевым полям с индексами. Можно, конечно, и на PostgreSQL конвертировать, но смысла пока в особом администрировании и сложных клиент-серверных технологиях пока нет. SQLite удобна как файл-серверная СУБД и вполне надёжно и с большой скоростью работает с базами объёмом до терабайта, а м.б. и больше. А скорость крайне важна, особенно при извлечения объектов по координатам в различных областях, выборкам по спектральным классам, создании сеток и т.п., особенно при обработке данных следующих обзоров dr4/5 + пр. каталогов, где число звёзд в запросах станет побольше.   

[Павел Васильев]

Описание схемы 

В основе парадокса Ферми (ПФ) лежит предположение об обитаемости Вселенной, о существовании в ней разумной жизни, но не вообще любого уровня развития, а способной вести межзвёздные коммуникации или перелёты, т.е. космические внеземные цивилизации (КВЦ). Если исходить от обратного, о необитаемости Вселенной, то это не иначе как антипарадокс Ферми, который исповедуют многие сторонники антропоцентризма и уникальности Земли.
Исходя из этих предпосылок в проект Симулятора ПФ  заложен метод моделирования, основанный на поиске ответа на следующий постулат :

Постулат I (Intelligence):
Разум во Вселенной локален и ограничен локусами обитаемости в пространстве и времени.

Это главный и верифицируемый научными методами и техническими средствами постулат, требующий доказательства на основе а) точных астрономических наблюдений, б) получения достоверного радиопослания в рамках SETI/METI или в) путём прямого контакта.  Все остальные предполагаемые  парадоксальные «решения» ПФ  так или иначе связаны с этим Постулатом и могут быть объяснены им. 
Доказать видимую структурную неоднородность Вселенной не трудно  – достаточно посмотреть на звёздное небо невооружённым взглядом. Но в какой степени с неоднородностью планетных систем, скоплениях звёзд, галактик и групп галактик связана распространённость КВЦ в пространстве и на шкале времени?  Накопленные в последние годы астрофизические данные и постоянно обновляемые звёздные каталоги позволяют использовать их  как базу данных для моделирования Галактики с целевой функцией доказательства и уточнения Постулата I. В отличие от интегрального подхода Ф.Дрейка с его известной формулой оценки числа коммуникационных цивилизаций, в данной симуляции используется дифференциальный подход с построением динамических сеточных моделей Делоне/Вороного для звёзд окрестности Солнца (в радиусе 1kly/1kpc) из обзора Gaia RD3+dataset nasa по экзопланетам. 
На основе моделирования оценивается верхний и нижний порог вероятности существования у одиночных звёзд классов FGKM в обитаемых зонах  планет с литосферами, гидросферами (включая океаниды), биосферами, техносферами и ноосферами (включая КВЦ). Если когда-либо будут получены достоверные данные о контакте или из наблюдений, то это ьбудет в данной наиболее изученной области. Далее выполняется экстраполяция и интерполяция по дискретным ячейкам регулярной грид модели на весь объём Галактики, с учётом её спирального строения, обитаемой зоны, опасных   областей в ядре и рукавах с интенсивным звёздообразованием, металличности, стерилизации биосфер в результате вспышек сверхновых и. Моделирование в Симуляторе должно показать, что структурных пустот в галактической обитаемости вполне достаточно для объяснения «великого молчания вселенной» и локальная неоднородность обитаемости – является главной первопричиной ПФ в  Галактике. Астроархеология поможет найти следы древних вымерших КВЦ, но эти факты можно будет использовать для установления картины на текущую дату. На временной шкале в периоды на миллиарды лет скорее всего там не было, нет и не будет никаких биосфер, не то что техносфер.   Искать там бесполезно.

[Павел Васильев]

Для информации.

Проект «Симулятор Парадокса Ферми 5D» сменил репозиторий на Github и переехал на страницу:
https://github.com/geoblock/FermiPX

Описание из Wiki, перевод - https://github.com/geoblock/FermiPX/wiki/Description


1.Для решения парадокса Ферми строится регулярная сеточная модель Галактики – Milky Way Grid (MWG), состоящая из галаблоков 100х100х100. Каждый галаблок представляет собой кубическую ячейку с размером ребра в 1000 световых лет. Галаблок catSGB с Солнцем в центре является базовым,  имеющий наиболее достоверно определенный звёздный состав, представленный в астрономических каталогах.

2.В рамках catSGB создается тетраэдральная сеть Делоне со звездами в вершинах тетраэдров и ее двойственный граф полиэдров Вороного. Последнее необходимо для построения пространственно-временной объёмной мозаики с возможностью мгновенного определения ближайших соседей звёзд, кластеров с благоприятными обитаемыми зонами и распределения в галаблоке опасных районов с катастрофическими космическими явлениями и процессами.

3.Модель учитывает интенсивность звездообразования в ходе эволюции Галактики и времена жизни основных спектральных классов звезд OBAFGKM+SH, включая коричневые карлики + SH (сверхновые и опасные области с новыми звездами, пульсарами, нейтронными звёздами и черными дырами). Имеющиеся в настоящее время спутниковые данные по экзопланетам используются для вероятностной оценки количества планет с литосферами, предполагаемыми биосферами, ноосферами и техносферами.

4.Параллельно процедурно формируется рандомный galablock – ranSGB, путём генерации случайного расположения звёзд одинакового с catSGB звездного состава. Его средние характеристики, атрибуты с обитаемостью экзопланет, аппроксимируются для соответствия значениям фактического catSGB.

5. В симуляторе используются операция свертки рождения и гибели различных спектральных классов звезд в зависимости от продолжительности их существования c пересчётом мозаики Вороного и исключающими SH и пустоты, чтобы получить динамическую модель в масштабе времени галактической жизни. Учитывается принцип стереологии интегральной геометрии о достоверности статистических оценок для представительных объемов множества геометрических тел.

6.Далее вероятности для ranSGB распространяются на остальные галаблоки на основе подобия и корректируются с учетом астрономических данных наблюдений наземных и спутниковых телескопов с изображениями галактического диска, ядра, спиральных рукавов и гало.

7.Окончательные результаты обитаемости экзопланет в MWG, в частности, вероятности обнаружения техносфер со способностью вести межзвёздные коммуникации, могут быть получены в суммарном виде.  Их можно представить и для подстановки в  формулу Ф. Дрейка. Однако, в отличие от интегрального подхода, примененного в 1960 г. Ф. Дрейком для Млечного Пути, в общем случае в настоящее время при моделировании используется дифференциальный подход. В случае экспансии коммуницирующей цивилизации в другие звездные системы, вплоть до колонизации ей большой области Млечного Пути за непроницаемым ядром, интегральный подход Дрейка не предполагает возможность оценки количества отдельных звезд с экзопланетами, которые имеют техносферы и  передают сигналы, которые могут быть обнаружены в программах SETI/METI.
----------------------------------
Открытый opensource проект,
Приглашаются астрономы-программисты,
владеющие языками С++/Delphi в RAD Studio
и имеющие опыт коллективной работы на Github.

[Павел Васильев]

NotSodern
«покажите как надо. с удовольствием почитаем.»

Показать пока не могу, попробую объяснить на словах.
Если учесть имеющиеся в настоящий момент астрономические данные, то глобальная модель строения Галактики, включая формирование, рождение и гибель землеподобных экзопланет, получается крайне сложной и громоздкой, и недостаточно достоверной. Более того, если рассчитывать на получение всех необходимых данных о вероятности образования биосфер с техносферами, то придётся ждать ещё неопределённо долго, а информацию о том, что находится за  непроницаемым ядром мы вообще вряд ли когда-либо получим. Разве что от инопланетян.То-есть такие симуляции, включая точечные модели N-body (вида https://www.youtube.com/watch?v=aYUiUKkQcEc) или на основе теории волн плотности (2D -  https://beltoforion.de/en/spiral_galaxy_renderer/spiral-galaxy-renderer.html ) с точки зрения самого качественного состава звёздного населения звёзд не пригодны для симуляции парадокса Ферми. Так что придётся довольствоваться построением локальной модели эволюции звёздной популяции окрестности Солнца и затем распространить эти результаты с некоторой долей вероятности на остальную часть Галактики.     
Есть много различных схем моделирования больших систем множеств объектов, эволюционирующих в пространстве и времени, но исходя из поставленной задачи построения локальной модели решения парадокса Ферми симуляция включает следующие основные шаги (https://www.researchgate.net/publication/369229538_Spatio-Temporal_Milky_Way_Grid_for_Finding_Fermi_Paradox_Solution_Proceedings_of_the_International_Conference_Scientific_research_of_the_SCO_countries_synergy_and_integration_March_10_2023_Beijing_PRC):
1.   На основании данных звёздных каталогов строится точечная модель окрестности Солнца в сфере радиусом 1кпс или в пределах кубического галаблока с ребром, например, в 1 тыс.св. лет. В данном случае точками являются звёзды, как одиночные так и кратные, со всеми измеренными параметрами и атрибутами, включая подтверждённые экзопланеты с характеристиками. Определяется вероятность формирования литосфер или задаётся потенциальное значение вероятности образования биосфер и техносфер у землеподобных планет и суперземель.
2.   По точечной модели строится неоднородная сетевая или меш модель звёздной популяции галаблока – тетраэдрализация Делоне DT и двойственный граф полиэдров Вороного VD. Это необходимо для быстрого поиска соседей, объединения однородных областей по количественным параметрам или качественным признакам и оптимизации путей кратчайших коммуникаций с учётом ограничений и обхода опасных зон (звездообразования, сверхновых и т.п.).
3.   По меш модели DT/VD строится регулярная грид модель галаблока GSN (Grid for Sol Neighbor) с интерполяцией параметров в узлах решетки. Минимальный размер ячейки может быть равен среднему расстоянию между звёздами в галаблоке. Это необходимо для расчёта изоповерхностей областей с заданным уровнем вещественных показателей по алгоритму Marching Cubes, и в т.ч. для поиска кратчайших безопасных путей между удалёнными звёздами в зонах обитания по алгоритмам Astar или др. на регулярной 3D грид модели.
4.   На временной шкале от настоящего в прошлое на 10 Gyr и в будущее на 10 Gyr экстраполируется соответственно инволюция и эволюция современного состояния галаблока окрестности Солнца. Для данной совокупности звёзд (не меньше 2 млн),  используется теория Марковских цепей, матрица переходных вероятнстей для дискретных временных интервалов, во взаимодействии с уравнением свертки рождения и гибели различных спектральных классов звёзд.
5.   После оценки вероятности распределения техносфер в галаблоке рассчитываются возможные варианты распространении жизни для масимальной скорости экспансии 1с или минимальной, например скорости панспермии 0.001с. Вычисляются возможные перекрёстные безопасные кратчайшие пути между зонами достоверной обитаемости.
6.   По данным звёздных каталогов и обработки астрофотографий моделируется спиральная структура Галактики с ядром, перемычкой и гало и с учётом теории подобия экстраполируются результаты моделирования галаблока на остальную область Млечного Пути.
7.   Определяются закономерности распределения данных по Галактике и интегральные характеристики обитаемости с потенциальной экспансией возникающих в различных зонах техносфер, включая коммуникации между ними с обменом информацией по CETI. Делается вывод о возможности или невозможности существования многозвёздных цивилизаций в Галактике, тем самым подходя к объяснению вопроса о великом молчании вселенной и решая парадокс Ферми,  конечно с определённой долей вероятности. 

[Павел Васильев]

Разработка симулятора галактической ноосети распространения жизни и разума продолжается.
На Delphi.
Печальная весть пришла 1-го января 2024 года - умер создатель языка Паскаль, Модула, Оберон и других языков Николаус Вирт в возрасте 90 лет. Великий программист, кстати, выучивший русский язык. Но дело его живёт и  Object Pascal развивается.

Ноосеть строится в предположении, что ноосферы преодолевают главный порог эволюции и переходят к автоэволюции после технологической сингулярности.  Подключиться к программированию и обсудить детали построения галактической тетраэдральной ноосети можно здесь - https://t.me/galablock . Это некоммерческий проект с открытым исходным кодом на Object Pascal и C++Builder 

[Павел Васильев]

Разработка симулятора галактической ноосети распространения жизни и разума продолжается.

Да, вот ссылка на алгоритм построения ноосетевой модели Галактики в статье в китайской конференции, но на английском языке https://www.researchgate.net/publication/369229538_Spatio-Temporal_Milky_Way_Grid_for_Finding_Fermi_Paradox_Solution_Proceedings_of_the_International_Conference_Scientific_research_of_the_SCO_countries_synergy_and_integration_March_10_2023_Beijing_PRC?_sg%5B0%5D=E6tSkYD09Xz3rdftWN-cW_aCg5xkjrE3TRI0-AcGStTBNJ7B_9KOZYrDkqm1DsxXfzPD-Ni3bNF4iqkFLmag-TBifzQa6yFwwo2Hapys.LsJYlEV0hx9Mqmu2cgCcJ1ixYEXhVtoqsbaTcduHw30hID_yvdLUiTbahaLYxTpx9ze6FRlXUfrl1mNLZ6hdSg&_tp=eyJjb250ZXh0Ijp7ImZpcnN0UGFnZSI6InByb2ZpbGUiLCJwYWdlIjoicHJvZmlsZSIsInByZXZpb3VzUGFnZSI6InByb2ZpbGUiLCJwb3NpdGlvbiI6InBhZ2VDb250ZW50In19

[Павел Васильев]

Вот, прошёл год, а воз и ныне там. Хотя проблема по прежнему интересует астрономов, судя по теме "50 решений парадокса Ферми", но симулятор программировать никто не спешит.  Программисты в астрономии заняты более серьёзными, высоко оплачиваемыми стартапами, в основном на яваскриптах, в крайнем случае на питоне. Или осваивают гранты. За бесплатно программировать никто не хочет. Посмотрел на гитхабе - там пара близких по теме опенсорс стохастических симуляторов с выходом на уравнение Дрейка тоже заглохла. Да и теперь возможны какие-то рестрикции. Так что я решил перебраться на наши российские платформы gitflic & gitverse  и включить сокращённую версию решателя Парадокса Ферми в виде плагина в систему Galaktika MW в  репозитории AstrobloQ. Если кто-то заинтересован в дальнейшей разработке этой темы, то подключайтесь там в репозитории  - для неё свободна вакансия администратора и разработчика. https://gitverse.ru/glscene/AstrobloQ