ПРОБЛЕМА СВЯЗИ С ВНЕЗЕМНЫМИ ЦИВИЛИЗАЦИЯМИ
РАДИОВЕЩАНИЕ НА ВСЕЛЕННУЮ
Что нужно для того, чтобы начать радиовещание с Земли на Вселенную, хотя бы на расстояния 100 — 1000 световых лет от Земли? Поскольку мы не знаем, в каком конкретном направлении находятся наши корреспонденты-цивилизации, кажется логичным вещать сразу во всех направлениях, то есть использовать всенаправленную передающую антенну. При организации такого космического радиовещания возникают два вопроса: как обеспечить такую большую мощность передатчика, чтобы нас могли услышать на удалении 100 — 1000 световых лет, и как (и где) построить необходимую для передающего центра антенну. Собственно, эти два вопроса взаимосвязаны.
Вопрос о мощности передатчика является центральным. Только цивилизация с достаточным энергетическим потенциалом сможет обеспечить необходимую мощность. При межзвездной связи именно от мощности передатчика зависят дальность обнаружения и связи, объем передаваемой информации, характер сигналов и методы их обнаружения.
Важно не только то, сколько энергии можно излучить, но и то, сколько ее будет рассеяно в окружающее нас пространство. Чем больше рассеянная энергия, тем больше мы нагреваем Землю и ее атмосферу, изменяя таким образом среду нашего обитания. Ясно, что эти изменения не могут быть беспредельными, а только такими, при которых сохраняются нормальными условия функционирования биосферы, в том числе и человека.
В настоящее время потребление энергии на Земле в год составляет около 1,5·1027 эрг; это соответствует мощности порядка 5 · 1013 Вт. Вся используемая энергия в конечном счете преобразуется в тепло и излучается обратно в космическое пространство. Для того чтобы наше излучение могло быть обнаружено хотя бы на удалении 10 световых лет (если передачу вести на частоте 3 см с полосой частот в 1 Гц), необходима мощность 2·1017 Вт, что более чем в тысячу раз больше всей мощности, потребляемой на Земле. Приток энергии от Солнца составляет 1017 Вт. Где нам сейчас взять такое количество энергии? Если мы овладеем технологией получения энергии в результате управляемого термоядерного синтеза, то останется вопрос рассеяния энергии в среде обитания. Мы не можем рассеивать на своей планете (и в ее атмосфере) энергии больше, нежели получаем от Солнца, так как нарушим существующие экологические условия. Специалисты считают, что величина расхода энергии, равная 1017 Вт, является предельной не только для нашей цивилизации, но и для любой другой планетной цивилизации. Где же выход? Как можно обойти эти ограничения? Выход указал еще Циолковский: цивилизация должна выходить за пределы своей планеты и ее атмосферы. Если цивилизация выйдет за пределы своей планеты и расселится вокруг своей звезды, то предельная рассеиваемая мощность увеличивается более чем на девять порядков (она станет равной 3·1026 Вт). Значит и нам с нашим передающим центром (антенной и передатчиком) надо выбраться за пределы Земли, если мы хотим вещать на космос.
Специалисты рассчитали, что антенна с передатчиком должна быть вынесена за пределы орбиты Юпитера. Это нужно и потому, чтобы защитить биосферу Земли от излучения мощного радиопередатчика. Имея дело с антеннами, предназначенными для излучения столь большой мощности, надо решать непростой вопрос охлаждения антенны, отвода от нее тепла. Для этого надо строить весьма массивные радиаторы, отбирающие это лишнее тепло.
Размер антенны определяется многими факторами. Но главным из них является излучаемая мощность, а более определенно — та энергия, которую надо отводить от антенны в виде тепла. Было рассчитано, что для того. чтобы наше вещание было услышано на удалении 30 тысяч световых лет, необходимо соорудить антенну в виде шара, радиус которого в шесть раз больше радиуса Солнца! Диаметр этой антенны составляет десятую часть расстояния между Землей и Солнцем!
Так обстоит дело с величиной излучаемой мощности и размерами антенны. Резонно задаться вопросом: как быстро можно осуществить такое строительство? Для него понадобится соответствующий материал (и немало!), который надо будет доставить к месту строительства космическим транспортом. Понадобится и многое другое. В С. Троицкий рассчитал, что время транспортировки растянется на треть миллиона лет. Результат, прямо скажем, неутешительный. Причем он неутешителен вдвойне. Во-первых, мы должны выбросить из головы мысли о создании всенаправленного радиовещания на Вселенную с целью установить связь с другими цивилизациями. Во-вторых, мы поняли, что и другие цивилизации, которые находятся на таком же уровне технологического развития, что и мы, не построят таких передающих центров и не начнут вещать на нас. Конечно, можно себе представить, что имеются цивилизации с разным уровнем технологического развития. Если некоторые, к которым относится и наша цивилизация, овладели энергией только своей планеты, то цивилизации более высоко-го уровня овладели всей энергией звезды. Энергетические возможности таких цивилизаций значительно (примерно на 10 порядков в сравнении с нашей Солнечной системой) выше. Нельзя исключить также существование и еще более развитых в плане технологий цивилизаций. Эти цивилизации, если они имеются, овладели энергией всей своей галактики. Естественно их назвать сверхцивилизациями. Такое деление цивилизаций на типы I, II, III предложено Н С. Кардашевым.
Используя эту терминологию, можно ожидать, что радиовещание на космос могут себе позволить только цивилизации II и III типа. Означает ли это, что надо отказаться от попыток выйти через радиоокно в космос и что не стоит направлять свои приемники на космические радиопередачи? Нет, поскольку имеются и другие, кроме рассмотренных выше, возможности.
Здравый смысл подсказывает, что если мы не имеем возможности обеспечить энергией всенаправленные радиопередачи, то мы должны искать другие, менее энергоемкие пути связи с внеземными цивилизациями. Собственно, такие пути для связи в земных условиях давно разработаны. Нам надо только применить их к новым, космическим условиям. Рассмотрим эти пути.
МЕЖЗВЕЗДНАЯ РАДИОСВЯЗЬ
Опыт, описанный в предыдущем разделе, говорит о том, что нам надо использовать узконаправленные антенны, излучающие в пределах определенного телесного угла. Применение таких антенн позволит не рассеивать энергию во все окружающее пространство, а направлять ее в заданном направлении. Отсюда и получается выигрыш в энергии (мощности), причем чем меньше телесный угол, или как говорят специалисты, чем уже главный лепесток диаграммы направленности антенны, тем выигрыш по мощности больше.
Смысл диаграммы направленности антенны состоит в следующем. Она представляет собой кривую, которая характеризует изменение потока энергии, излучаемой антенной в зависимости от направления.
Можно подсчитать, какой выигрыш энергии мы можем получить, если вместо всенаправленной антенны будем использовать узконаправленную. Такой подсчет легко выполнить, если знать коэффициент направленного действия антенны (который самым тесным образом связан с формой диаграммы антенны). Чтобы определить этот коэффициент, надо мощность, излучаемую антенной в направлении главного лепестка, поделить на мощность, излучаемую всенаправленной антенной, но в обоих случаях надо брать излучаемые мощности в расчете на единичный телесный угол. Отношение этих мощностей и даст нам численное значение выигрыша в мощности при использовании узконаправленной антенны. Это отношение и есть коэффициент направленного действия. Ясно, что если во всех направлениях он равен единице, то никакого направленного действия антенны нет, она является всенаправленной, или, как еще говорят, «изотропной» (изо — равный, тропос — направление), то есть излучающей одинаково во всех направлениях.
Если использовать для передачи антенну с диаметром 300 метров, то на волне длиной 10 сантиметров получим «выигрыш» в сто миллионов, то есть в 108 раз. Так что игра стоит свеч, и строительство узконаправленных антенн, каким бы дорогим оно ни было, окупается теми результатами, которые с их помощью получаются.
Читатель понял, что мы охотимся за максимальным выигрышем. Но его можно увеличивать не только путем увеличения площади антенны, но также и путем уменьшения длины излучаемой волны. Ведь нам не обязательно работать на частоте 10 сантиметров. Если мы длину волны уменьшим до 1 миллиметра, то выигрыш увеличится в сто раз.
Что касается антенны, то чем ее площадь больше, тем больше «выигрыш» (если только она построена с соблюдением всех требований, которые к ней предъявляются). Что же касается выбора длины волны, то мы не можем ее уменьшать произвольно в погоне за выигрышем. Надо выбирать такую длину волны, излучение на которой могло бы дойти до радиокорреспондента. Это правило должно выполняться даже в том случае, если выбор длины волны не обеспечивает максимального выигрыша в энергии.
ВЫБОР ДЛИНЫ ВОЛНЫ
Связисты знают, что выбрать правильную длину волны (или частоту) — это значит обеспечить надежную радиосвязь. Существует целая служба радиопрогнозов, в задачи которой входит предсказывать оптимальные радиочастоты с определенной заблаговременностью (за год, месяц, сутки и т. д.). Эти службы распространяют долгосрочные, месячные прогнозы и прогнозы меньшей заблаговременности.
Почему же в земных условиях надо все время следить за правильным выбором радиочастоты? Дело в том, что короткие радиоволны, с помощью которых осуществляется связь на Земле, направляются от одного пункта к другому примерно так же, как световые лучи направляются зеркалом. Зеркало, которое направляет радиоволны, находится в атмосфере на высотах от 50 до 350 километров. Оно состоит из заряженных частиц электронов и атомов, от которых оторвано по одному электрону. Такие атомы называются ионами. Их электрический заряд положительный. Процесс отрыва электронов от атомов, в результате которого образуются ионы, называется ионизацией. Та часть атмосферы, где содержится достаточное количество ионов (по крайней мере более ста штук в одном кубическом сантиметре), была названа ионосферой, то есть сферой ионов. С таким же основанием ее можно было назвать и электроносферой, поскольку свободных электронов там столько же (по крайней мере выше 90 километров). Это было бы тем более оправданным, что на распространение радиоволн оказывают влияние именно электроны. Поскольку их масса в тысячи раз меньше массы ионов, они быстрее отзываются на проходящую радиоволну. Отражательная способность ионосферного зеркала определяется концентрацией свободных электронов. Чем эта концентрация больше, тем большей частоты радиоволну ионосфера в этом месте способна отразить.
Если бы концентрация электронов в ионосфере все время оставалась неизменной, то, определив ее один раз, мы узнали бы те частоты, на которых следует вести радиосвязь. Но это не так. Ионосфера практически непрерывно меняется. Дело в том, что ионы и электроны образуются под действием солнечного излучения, а оно зависит от времени суток, широты места, сезона года и т. д. Мало того, часть ионов (и электронов) образуется в ионосфере также под действием не волнового излучения Солнца, а заряженных частиц, которые вторгаются в атмосферу Земли сверху. Эти частицы вторгаются, главным образом, в высоких широтах северного и южного полушарий, где они не только изменяют ионосферу, но и вызывают полярные сияния. Таким образом, ионосферное зеркало, которое должно направлять радиоволны, непрерывно меняется. Наибольшие его изменения имеют место в высоких широтах, где по этой причине труднее всего обеспечить надежную радиосвязь. Служба радиопрогнозов практически пытается определить, какой будет ионосфера на предстоящий период. Зная ионосферу, то есть концентрацию электронов на разных высотах, не представляет труда определить оптимальную рабочую частоту для радиосвязи.
Наша задача — исследовать возможности космической радиосвязи, а не связи в пределах Земли. При этом нельзя не учитывать ионосферу. Волны длиной больше примерно 10–15 метров через ионосферу Земли в космос не пробьются. Они ионосферным зеркалом отразятся обратно к Земле. Но и в этом случае, если длина волны меньше указанного предела и волна пройдет сквозь ионосферу, ионосфера будет оказывать определенное влияние на распространение в ней радиоволны. Ионосфера не только отражает радиоволны, но и поглощает их. Как и отражение, поглощение радиоволны зависит от длины волны. Но радиоволны поглощаются не только ионосферой, но и атомами и молекулами нейтральной атмосферы. Но нейтральные частицы поглощают только волны со строго определенной длиной. Кислород и вода поглощают на длине волны 1,35 сантиметра, гидроксил — на 18 сантиметрах, формальдегид — на 6 сантиметрах. На длинах волн от 21 до 18 сантиметров (это соответствует частотам 1400–1700 МГц) размещается так называемый «водяной диапазон», в котором поглощение меньше, чем на более коротких волнах.
Но не только ионосфера и атмосфера накладывают ограничения на выбор рабочей частоты для осуществления межзвездной радиосвязи. При выборе частоты надо учитывать также радиопомехи, исходящие из Галактики и Метагалактики. Ведь радиосигналы на межзвездных радиотрассах вряд ли будут интенсивными. А обнаруживать слабые сигналы на фоне шумов очень непросто. Интенсивность радиоизлучения Галактики и Метагалактики тем меньше, чем больше частота. Значит, рабочую частоту для межзвездной связи надо выбирать в том диапазоне, где помехи уже невелики. Из сказанного ясно, что чем меньше длина волны, тем лучше: ее распространению не будет мешать ионосфера Земли, а радиопомехи Галактики и Метагалактики будут меньше. Но не тут-то было: очень короткие волны весьма сложно принимать. Это связано с устройством радиоприемников, а точнее, с физической природой самого излучения. Как известно, электромагнитное излучение обладает одновременно свойствами волн и частиц, то есть квантов. Энергия кванта тем больше, чем больше частота излучения. Регистрировать слабое излучение на высоких частотах трудно потому, что оно проявляет свои дискретные, квантовые («квант» — значит порция) свойства. Даже идеальный радиоприемник не может достоверно регистрировать это излучение. Из-за квантовой природы излучения создается впечатление, что имеются шумы, возникающие внутри приемника. Чем больше частота, тем выше уровень этих квантовых шумов, то есть уровень квантового шума прямо пропорционален частоте излучения.
Таким образом, мы ограничены в выборе рабочей частоты снизу (со стороны низких частот) наличием космического радиошума, а сверху (со стороны высоких частот) — наличием возрастающего с частотой квантового шума приемника. С учетом тех и других шумов получается, что участок с минимальным уровнем помех находится между частотами 1000 и 10 000 Гц. Это соответствует диапазону длин волн от 30 до 3 сантиметров.
В 1959 году в английском журнале «Нейчур» была опубликована статья Дж. Коккони и Ф. Моррисона. Считается, что она положила начало поиску внеземных цивилизаций, поскольку в ней впервые было показано, что имеющиеся в то время радиотехнические (а точнее, радиоастрономические) средства позволяют поставить проблему множественности миров на практическую основу. В этой пионерской работе авторы решали главный вопрос, а именно — на какой частоте надо вести межзвездную радиосвязь. Они, конечно, учли все то, о чем говорилось выше. Но этого для выбора рабочей длины волны недостаточно. Ведь надо не только оптимально выбрать рабочую длину, но и сообщить об этом радиокорреспонденту (находящемуся где-нибудь на планете около своей звезды), с тем чтобы он настроил свой приемник именно на эту частоту, а передачи для нас вел также на этой частоте. Это сложнее, чем поднять себя за волосы! Что же делать? Представим себе, что нашего радиокорреспондента мучают те же мысли: как связаться с нами, какую частоту для этого выбрать и т. д. Естественно, перед ним встанут те же вопросы, что и перед нами. Послать к нам гонца, чтобы узнать у нас рабочую частоту или сообщить нам выбранную им частоту, естественно, он не может. Остается одно — выбрать такую частоту, о которой мы догадались бы не сговариваясь. Коккони и Моррисон не без основания решили, что такая длина волны должна быть равна 21 сантиметру (частота 1420 МГц). На эту частоту не могли не обратить внимание жители Вселенной, поскольку она содержится в спектре космического радиоизлучения. Волны с длиной 21 сантиметр излучает межзвездный газ, состоящий из водорода, самого распространенного элемента во Вселенной. Этого не могут не знать другие цивилизации, а заслуги этой длины слишком велики (исследования Вселенной на волне 21 сантиметр — мощнейший метод познания ее природы), чтобы она не была воспринята всеми как основной, главный ориентир среди всех частот.
Выбор этой длины волны был одобрен практически всеми учеными мира, работающими над данной проблемой. И. С. Шкловский по поводу этого выбора высказался так: «Логически неизбежен вывод, что язык самой природы должен быть понятен и универсален для всех разумных существ Вселенной, как бы сильно они ни отличались друг от друга. Законы природы объективны и поэтому одинаковы для всех разумных существ».
Эта длина волны всем хороша, однако на ней весьма сильно излучение межзвездного водорода, которое для познания Вселенной бесценно, но в данном случае служит помехой. Ученые предложили уменьшить длину волны вдвое (частота 2840 МГц). Полагали, что инопланетяне без труда догадаются о таком удвоении частоты, поскольку она позволяет отделаться от космического радиошума. Предлагались и другие модификации этой вселенской длины волны, равной 21 сантиметру.
РАБОЧИЙ ГРАФИК МЕЖЗВЕЗДНОЙ СВЯЗИ
Для составления такого графика кроме длины волны надо знать (и указать в графике) направление излучения (поскольку наша антенна не всенаправленная) и время рабочих сеансов. Здесь трудность та же, что и при выборе частоты: надо каким-то образом сообщить радиокорреспонденту время сеансов связи. Но это, естественно, невозможно. Поэтому мы снова пытаемся мыслить так же, как и наши братья по разуму на других планетах, которые стремятся связаться с нами. Казалось бы, все без исключения должны прийти к одному и тому же решению, а именно: за начало сеанса связи принять какой-либо световой сигнал, который наблюдается в пределах всей Вселенной, но появляется не слишком часто. Таким световым сигналом является вспышка Сверхновой (или Новой) звезды. Ее наблюдают инопланетяне в разных местах Галактики, она должна послужить для всех сигналом начала сеанса радиосвязи. Эта идея была высказана П. В. Маковецким. Она обсуждалась в 1975 году участниками семинара, который проходил в Специальной астрофизической обсерватории АН СССР. Материалы этого совещания, в котором приняли участие ведущие специалисты, занимающиеся проблемой поиска внеземных цивилизаций, опубликованы в 1981 году отдельной книгой «Проблема поиска внеземных цивилизаций».
На Всесоюзном симпозиуме в Таллине в декабре 1981 года идея П. В. Маковецкого (которая в 1975 году осенила и зарубежных ученых) была признана «блестящим решением проблемы». В чем конкретно состоит идея организации межзвездной радиосвязи по определенному расписанию?
Чтобы пояснить ее, нам придется прибегнуть к изображению ситуации на бумаге. Представим себе, что вблизи каждой из звезд существует планета с цивилизацией.
Каждая из этих цивилизаций имеет один всенаправленный передатчик и один всенаправленный приемник, настроенные на одну и ту же частоту. Все цивилизации, не договариваясь между собой, поняли, что сигналом к началу передачи должна быть вспышка очередной Новой или Сверхновой звезды. В какой-то момент времени вспышка произошла. Через некоторое время вспышка Новой будет замечена на Земле. Это время определяется расстоянием, которое должен пройти световой сигнал, то есть расстоянием между Новой и Землей. (По традиции слова Новая и Сверхновая пишутся с заглавной буквы, а слово звезда опускается.) Поделив это расстояние на скорость распространения света (300 000 км/ с), получим это время. Ясно, что чем дальше от Новой будет находиться данная цивилизация, тем позднее до нее дойдет световой сигнал от вспыхнувшей Новой, тем позднее она включит свой передатчик. Это значит, что сигналы от разных цивилизаций поступят к нам в разное время. Но в очередности такого поступления сигналов есть определенная закономерность.
Если бы все цивилизации начали посылать сигналы в один и тот же момент Вселенского времени (назовем так единое для всей Вселенной время), то быстрее всего на Земле мы зарегистрировали бы сигналы тех цивилизаций, которые находятся ближе к нам. Сигнал на Земле регистрировался бы одновременно от всех тех цивилизаций, которые находятся на одинаковом удалении от Земли, то есть на поверхности сферы, в центре которой находится сама Земля. Чем больше радиус этой сферы, то есть чем дальше находится цивилизация, тем позднее приходили бы сигналы от них.
Но использовать Вселенское время цивилизации не могут. Они могут только привязать время начала работы своих передатчиков к тому моменту, когда к ним придет световой сигнал от Новой или Сверхновой. Но поскольку цивилизации находятся на разных удалениях от вспыхнувшей Новой, то этот сигнал они получат в разное время: те, что находятся к Новой ближе, получат этот сигнал раньше. Это значит, что они раньше включат свои передатчики и радиосигнал от них отправится в путь к нам раньше. На первый взгляд, никакой синхронизации не получается. Но так ли это? Рассмотрим ситуацию внимательнее.
Соединим Новую и Землю прямой линией. Если цивилизация находится на этой прямой линии где-то между Землей и Новой, то сигнал от этой цивилизации должен поступить на Землю одновременно с сигналом от вспыхнувшей Новой. Это легко понять, так как оба сигнала (световой и радио) распространяются с одинаковой скоростью — скоростью света. Представим себе, что от Новой одновременно выбежали два «посланца» (световых сигнала) с одинаковой скоростью в одном и том же направлении. Один должен добежать до Земли, а другой — до находящейся на этом пути цивилизации. Когда второй сигнал достигнет этой цивилизации, он моментально передаст свою эстафету посланцу цивилизации (радиосигналу), который побежит по тому же пути к Земле вместе с первым сигналом. Поскольку они движутся с одинаковой скоростью, то и достигнут Земли одновременно. Но одновременно достигнут Земли не только сигналы от тех цивилизаций, которые находятся между Новой и Землей на линии, их соединяющей. Имеются и другие варианты. Нетрудно сообразить, что поскольку скорость светового сигнала такая же, как и скорость радиосигнала, то важно только то, какой общий путь пройдет сигнал от Новой через цивилизацию к Земле. То, что сигнал в месте нахождения цивилизации передает эстафету, то есть вместо светового становится радиосигналом, дела не меняет, поскольку на эту передачу время не тратится. Значит, на Землю придут одновременно радиосигналы от тех цивилизаций, пути через которые от Новой к Земле одинаковы по длине. Каждый такой путь состоит из двух отрезков ломаной линии, соединяющей Землю и Новую и упирающейся своим изломом в место нахождения данной цивилизации. Но условие постоянства суммарной длины ломаной линии, концы которой жестко закреплены и которая состоит из двух отрезков, означает, что все точки излома (то есть места, где находятся цивилизации) должны составить эллипс.
Мы не можем пользоваться сферическим представлением расположения цивилизаций, от которых сигнал придет на Землю одновременно. Это потому, что цивилизации включают свои передатчики не одновременно. Но оказалось, что поскольку цивилизации включают свои передатчики по сигналу одной и той же Новой, то определенная закономерность в поступлении сигналов на Землю проявляется в том, что на Землю будут одновременно поступать радиосигналы от цивилизаций, находящихся на поверхности эллипсоида, полученного вращением описанного выше эллипса вокруг своей большой оси, проходящей через Землю и Новую.
События будут развиваться во времени следующим образом: в определенный момент времени мы на Земле зарегистрируем вспышку Новой или Сверхновой и строго одновременно зарегистрируем радиосигналы от цивилизаций, находящихся между Землей и Новой на соединяющей их линии. Затем начнут поступать сигналы от цивилизаций, немного удаленных от этой линии, но только от тех, которые находятся на поверхности эллипсоида. Если мы хотим узнать, от каких цивилизаций мы получим радиосигналы между двумя моментами времени (например, в течение суток) после вспышки Новой, то мы должны нарисовать соответствующие этим моментам эллипсоиды. Если цивилизация попадает в пространство между этими эллипсоидами, то ее радиосигналы будут зарегистрированы на Земле в этом промежутке времени, то есть в течение указанных суток. Это пространство между эллипсоидами автор идеи назвал «дынной коркой». Ясно, что чем дальше по времени от момента вспышки Новой, тем от более далеких цивилизаций будут приходить на Землю сигналы. Здесь будет точнее говорить не о более далеких цивилизациях, а о тех из них, путь через которые от Новой к Земле наиболее длинный. Если провести расчет применительно к Земле, то получим, что на Земле после вспышки Новой в течение одних суток должны прийти радиосигналы от 260 звезд, которые попадают в эту «дынную корку» суточной толщины. Но с течением времени услышанные ранее цивилизации перестают быть слышимыми, они выходят из игры, оказываясь за пределами этой «дынной корки». Если говорить об интервале регистрации сигналов в 10 суток, то за это время в «дынной корке» содержится в 10 раз больше звезд (то есть 2600), они за это время полностью обновляются: сколько их входит в «корку» за этот интервал времени, столько же и выходит из нее. Эллипсоид очень вытянут. Земля находится в одном из его эксцентриситетов. Наблюдая с Земли (в радиодиапазоне), больше всего звезд мы увидим в том случае, если будем «смотреть» в направлении Новой. Это понятно, так как угол, под которым видна половина эллипсоида (в него попадает половина цивилизаций, излучающих в данное время), очень небольшой. Из сказанного выше ясно, что с течением времени после вспышки Новой этот угол будет меняться, поскольку оси эллипсоида увеличиваются. Например, для Новой Лебедя, которая вспыхнула 30 августа 1975 года, на 1979 год этот угол составил 2°18. Это значит, что в этом телесном угле возникло в 1979 году 1300 потенциальных позывных (если интервал наблюдения был принят равным 10 суткам). Если этот угол увеличить до 4°, то в него уже попадало около 90 % всех звезд, попадающих в десятисуточную «дынную корку». Наибольшая угловая плотность звезд (105 звезд на один градус) наблюдается на удалении 1°22 от Новой. Максимум плотности звезд (цивилизаций) имеет кольцевую форму, центром ее является вспыхнувшая Новая. С течением времени от вспышки Новой центр этой кольцевой зоны удаляется от Новой. Например, через двадцать лет после вспышки он уже приходится на 4° от Новой. Одновременно плотность звезд с радиопозывными уменьшается. Но расчеты показывают, что даже спустя 40 лет после вспышки Новой угловая плотность звезд в максимуме указанного кольца достигает 10 звезд на градус.
Преимуществ организации приема позывных по такому расписанию много. Одно из них состоит в эффективности приема. Так, если вести прием радиосигналов с помощью радиотелескопа без учета этой системы, то есть по индивидуальному расписанию, то для поиска позывных от одной звезды (например, звезды Барнарда) наблюдения необходимо вести в течение 10 суток непрерывно. Если использовать предложенную выше систему и в согласии с ней просматривать ежедневно вокруг вспыхнувшей Новой круг радиусом 4°, можно обследовать одновременно 2300 звезд.
Читатель, очевидно, сообразил, что число прослушиваемых звезд, или, другими словами, форма «дыни» определяется тем, как далеко от Земли находится вспыхнувшая Новая. Чем она дальше, тем «дыня» более вытянута, тем больше звезд попадает в кольцо вокруг Новой. Это и хорошо и плохо. Хорошо, потому что в поле зрения нашего радиотелескопа, направленного на вспыхнувшую Новую, попадает одновременно больше звезд, вокруг которых на планетах возможно существование цивилизаций. Это значит, что вероятность зарегистрировать позывные от них больше. Но чем дальше находится Новая, тем труднее определить скорости в направлении луча. Если вспышка Новой возникает в 3 раза ближе, чем описанная выше вспышка Новой Лебедя 1975 года, то мощность ее расписания будет в 32=9 раз меньше, а угловая плотность позывных вокруг Новой уменьшится в 33=27 раз.
Из описанной выше ситуации ясно, что условия для приема сигналов от звезд, находящихся в разных частях Галактики, различны. Ведь если звезда с цивилизацией находится очень далеко от линии Земля — Новая, то радиопозывные от нее начнут поступать через очень большой интервал времени после вспышки Новой. Этот интервал времени может измеряться сотнями и тысячами лет. Ясно, что такие звезды включать в расписание радиосвязи не стоит. Следует ограничиться звездами той части Галактики, позывные от которых могут достичь Земли в течение первых 10–20 лет после вспышки Новой или Сверхновой. Другие звезды надо исследовать на посылаемые ими (точнее — их цивилизациями) радиосигналы тогда, когда вспыхнет соответствующая Новая и они попадут в свою «дынную корку».
Автор данной идеи высказал и такую интересную мысль: «Чем меньше в Галактике цивилизаций, принадлежащих нашему коммуникационному горизонту, тем труднее установить контакт «хотя бы с кем-нибудь», тем выше опасность преждевременной утраты интереса к контактам, тем выше ценность принципа расписания, облегчающего и ускоряющего контакт, делающего поиск во времени осмысленным и, следовательно, более оптимистичным и результативным».
ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ
Мы прояснили в определенном смысле вопрос о частоте, времени и частично о направлении связи. Но вопрос о направлении связи надо рассмотреть шире. При проектировании и конструировании приемопередающей связи в пределах Земли без труда производится согласование всех технических решений для целой радиолинии, включающей как передачу, так и прием, то есть обоих радиокорреспондентов. Как мы уже говорили, в условиях первого поиска радио-корреспондента, то есть внеземной цивилизации, такой подход применить нельзя. Приходится строить линию радиосвязи независимо с двух концов. Будет ли она после этого работать? Для того чтобы она заработала, надо попытаться представить аргументы, которыми будет руководствоваться наш неизвестный радиокорреспондент. Можно подумать, что это угадывание является слишком маловероятным и посему безнадежным делом. Но в том-то и дело, что оно не должно быть просто угадыванием, оно должно быть догадкой, основанной на научной базе.
Как же должны выбирать место встречи во Вселенной те цивилизации, которые еще не установили контакта друг с другом (в том числе и наша цивилизация)? Если говорить только о нашей Галактике, то, несомненно, внимание всех ее жителей привлекает объект, названный нами — землянами — Крабовидной туманностью. Крабовидная туманность образовалась в результате взрыва Сверхновой звезды, она является источником радиоволн и рентгеновских лучей. В ней находится такой экзотический объект, как пульсар. К достоинствам Краба (так часто астрофизики называют туманность, подарившую им массу замечательных открытий) можно отнести и многие другие. Но и этих достаточно, чтобы не сомневаться в том, что она является особым объектом в Галактике, который исследуется цивилизациями, достигшими необходимого для этого технологического уровня. Представим эту ситуацию на рисунке 46. В центре находится Крабовидная туманность (обозначена буквой К), а вокруг нее имеется 12 внеземных цивилизаций (обозначены цифрами от 1 до 12). Каждая из этих цивилизаций может рассуждать так. Если все цивилизации направят свои радиотелескопы на Крабовидную туманность (а они вольно или невольно это делают, изучая ее радиоизлучение), то имеется определенная возможность того, что некоторые из цивилизаций окажутся на одной линии, как цивилизации 1, 6 и 7. Это значит, что, направляя свои радиотелескопы на Краба, они тем самым направляют их друг на друга. Для этих цивилизаций вопрос выбора направлений решен. Правда, каждая из них должна сообразить, что надо направлять радиотелескоп не только в сторону Крабовидной туманности, но и в противоположном направлении, для того чтобы встретиться с теми цивилизациями, которые находятся у нее за спиной и которые также смотрят на Краба, а значит, в ее спину. Это также показано на рисунке 4 6. Цивилизация 6 может передать свою информацию цивилизации 1, только развернувшись на 180°.
Рис. 46. Схема радиосвязи между внеземными цивилизациями (1 — 14) с использованием Крабовидной туманности (К).
Крабовидная туманность является не единственным объектом, достойным быть ориентиром при организации радиосвязи между цивилизациями. Так как наша Галактика по форме представляет собой не шар, а диск, у нее есть естественный экватор и экваториальная плоскость. Она также может служить ориентиром при организации радиосвязи. Кроме того, наша Галактика тоже имеет свой центр, который может служить ориентиром-маяком для всех цивилизаций Галактики. На симпозиуме в Таллине в 1981 году специалисты различных стран, занимавшиеся проблемой связи с внеземными цивилизациями, сошлись на том, что центр Галактики имеет не только коммуникационное значение. Имеются основания полагать, что внеземные цивилизации с большей вероятностью могут быть обнаружены именно здесь. Но это мы обсудим позднее.
При составлении расписания связи с внеземными цивилизациями должно быть учтено как коллективное расписание, в котором указаны те периоды, когда мы можем наблюдать целые коллективы звезд, направляя свой радиотелескоп в направлении вспыхнувшей Новой или Сверхновой, так и индивидуальное расписание, предусматривающее прием от отдельных звезд- «индивидуумов». Сюда должна быть включена также работа радиотелескопов, направленных на ориентиры-маяки в нашей Галактике и за ее пределами.
СИГНАЛЫ ДЛЯ МЕЖЗВЕЗДНОЙ СВЯЗИ
Радиосигналы, которые мы намерены посылать другим цивилизациям или принимать от них, должны удовлетворять определенным требованиям. Прежде всего нам понадобится два класса таких радиосигналов: сигналы одного класса будут использоваться в качестве позывных, а сигналы другого — для передачи информации. Ясно, что сигналы-позывные, не передающие никакой информации кроме той, что их послала цивилизация, проще информационных сигналов. Но к тем и к другим предъявляется обязательное требование: вид сигналов (их характеристики) должен однозначно свидетельствовать об их искусственном происхождении. Только это позволит нашим радиокорреспондентам выделить их из множества радиосигналов, которые создаются во Вселенной естественным путем и принимаются радиотелескопами нашей и других цивилизаций. Идеальным позывным радиосигналом был бы строго монохроматический сигнал, то есть идеальная синусоидальная электромагнитная волна с определенной длиной. Если бы такое излучение было принято нами из космоса, то никто не сомневался бы в том, что оно имеет искусственное происхождение. Но идеальную синусоидальную волну практически излучить невозможно, поэтому говорят о квазимонохроматических (квази значит почти) радиосигналах, длина волны которых может меняться только в узкой полосе. Поэтому их называют узкополосными сигналами. Преимущество таких сигналов не только в том, что их искусственность однозначно выявляется, но и в том, что они способны распространяться на большие дальности, чем широкополосные сигналы. Известно, что подавляющее число радиоисточников во Вселенной испускает сигналы с широким, а точнее сплошным, непрерывным спектром. Но межзвездная среда является неоднородной и поэтому значительно искажает даже монохроматический сигнал. В этом мы убедились, принимая радиосигналы от пульсаров. На основании этого эффекта сигналы от пульсаров анализируют соответствующим образом и из них получают информацию о характеристиках неоднородностей межзвездной среды. Такое же действие неоднородностей космической среды проявляется и на искусственных радиосигналах, которые исходят от космических аппаратов в Солнечной системе и принимаются на Земле. При этом меняется (флуктуирует) не только амплитуда сигналов, но и их фаза и частота.
Все это приводит к тому, что излученный монохроматический сигнал после прохождения космической среды перестает быть монохроматическим. Он скорее похож по характеристикам на флуктуационный шум, и обнаружить такой сигнал можно только тогда, когда он существенно превышает уровень шумов на входе приемника. Если его уровень меньше, то выделить его на фоне шумов очень сложно. В природе имеются и узкие естественные линии излучения. Это, например, излучение гидроксила ОН в диапазоне 18 сантиметров или излучение межзвездного водорода в диапазоне 21 сантиметр, о которых уже говорилось выше. Но ширина полосы первого излучения все же составляет несколько сотен герц, а второго — все 50 тысяч герц. Генераторы способны создавать радиосигналы с полосой всего в несколько герц или даже доли герца. Молекулярные генераторы сужают эту полосу даже до сотых долей герца. Ширина полосы генераторов определяется естественными шумами в системе.
Необходимо сказать и о полосе частот принимаемого устройства. Кто хоть немного знаком с радиотехникой и принципами радиосвязи (или хотя бы радиоприема), тот знает, что ширина полосы приемника является одной из основных его характеристик. Полосу частот приемника можно сравнить с воротами, вход через которые разрешен только излучению с определенными частотами. Ясно, что чем эже эта полоса, тем меньше пройдет в приемник ненужных нам, лишних излучений, являющихся помехой приему. Собственно, если мы точно знаем частоту принимаемого сигнала и он является узкополосным, то и полосу приемника следует выбрать минимальную: сузить ее до такой степени, чтобы пропустить в приемник только полезный сигнал. Правда, если на частоте сигнала имеется радиопомеха, то она, естественно, пройдет в приемник Но зато не пройдут помехи, частоты которых находятся за пределами полосы приемника. К сожалению, даже в идеальном варианте это сделать не удастся. Мешает то обстоятельство, что частота излученного радиосигнала будет регистрироваться в приемнике нашего радиокорреспондента несколько отличной в том случае, если мы удаляемся от него или же приближаемся к нему. Такие же изменения частоты будут регистрироваться нашим радиокорреспондентом в том случае, если он приближается к нам или удаляется от нас. Это любопытное явление наблюдается не только в радиодиапазоне электромагнитных волн, но и во всех других диапазонах (рентгеновском, видимом, инфракрасном и т. д.). Более того, этот эффект наблюдается и в звуковых колебаниях. Каждый из нас неоднократно имел возможность непосредственно слышать проявление этого эффекта, когда стоял на перроне, мимо которого проезжал поезд с гудком. По мере того как поезд приближается к нам, его звук становится более низким, то есть частота звуковых колебаний уменьшается. После того как он минует нас и начнет удаляться от нас, звук становится более высоким. Этот эффект назван именем физика Доплера. Он очень широко используется в физике и технике. Мы об этом эффекте говорили. Применительно к нашей проблеме поиска внеземных цивилизаций можно указать на такое возможное использование этого эффекта. Если на Земле принимать радиосигналы, передаваемые с какой-либо планеты в Галактике, то по измеренному доплеровскому смещению частоты принятых радиосигналов можно определить период обращения планеты вокруг своей звезды, то есть продолжительность года. Скорость вращения планеты вокруг своей оси меньше ее орбитальной скорости. За счет вращения планеты также происходят периодические изменения частоты, которые не выходят за пределы полосы частот сигнала. Это позволяет определить продолжительность суток. Далее по спектральному классу звезды можно определить ее массу. Зная период обращения планеты при помощи третьего закона Кеплера, можно найти расстояние между планетой и звездой. Зная это удаление, можно оценить, какие физические условия имеются на данной планете (например, какова средняя температура ее поверхности). Далее, зная продолжительность суток на планете и определив суточные изменения частоты сигнала, можно оценить величину радиуса планеты. Мало того, более тщательный анализ принятого радиосигнала дает возможность установить даже широту того места на планете, откуда исходит радиосигнал. Специалисты считают, что этим не исчерпывается информация о планете, которую можно получить из простого незакодированного сигнала только потому, что его частота изменяется в результате движения источника, то есть из-за эффекта Доплера.
Многие свойства Вселенной стали известны благодаря изучению доплеровского сдвига частоты естественных электромагнитных сигналов. Мы рассказали здесь об эффекте Доплера не только потому, что это пришлось к слову, а прежде всего потому, что это имеет прямое отношение к проблеме выбора радиосигналов для межзвездной связи и приема этих сигналов. Если мы готовимся принять монохроматический радиосигнал от внеземной цивилизации и знаем (или думаем, что знаем) частоту излучения, то, исходя из этого, мы и должны выбирать ширину полосы приемника. Но эффект Доплера этому мешает. За счет обращения планеты вокруг своей звезды происходит сдвиг частоты, который составляет сотни тысяч герц. Это в десятки раз больше той полосы частот, в которой может находиться сигнал. Как же после этого можно сужать полосу частот приемника без оглядки на эффект Доплера?
Но выход из этого положения был найден. Поскольку нельзя создать один приемник с узкой полосой, так как за пределами этой полосы может оказаться полезный сигнал, а широкополосный приемник плох тем, что в него лезут помехи и мешают выделению полезного сигнала, решили использовать не один приемник с широкой полосой, а миллион или даже несколько миллионов приемников, полоса частот каждого из которых является очень узкой. Она может измеряться даже долями герца. Конечно, этот вариант дорогостоящий — создавать миллион приемников, естественно, дороже, чем создавать один приемник. Но другого выхода специалисты не видят.
В радиосвязи, применяемой нашей цивилизацией для внутреннего пользования, для передачи информации применяется модуляция радиосигнала, который сам имеет определенную частоту. Напомним просто суть этого процесса. Синусоидальное электромагнитное колебание характеризуется амплитудой, частотой колебания и начальной фазой. Если мы хотим передать какое-либо сообщение из одного пункта в другой (то есть к радиоприемнику), то для этого используется электромагнитное колебание высокой частоты. Такое колебание свободно распространяется в пространстве. На это высокочастотное колебание, которое, если можно так сказать, служит ногами сообщения, нагружают те медленные изменения, которые отражают изменения давления воздуха на мембрану микрофона при разговоре или пении. Нагрузить эти медленные изменения во времени (называемые функцией сообщения) на высокочастотные колебания можно тремя способами. Во-первых, можно в такт медленных изменений изменять амплитуду высокочастотного колебания. Тогда в приемном пункте эти изменения амплитуды можно расшифровать и восстановить функцию сообщения. Высокочастотное колебание уже становится ненужным после того, как оно выполнило свою миссию — перенесло сообщение. Этот способ нагрузки информации называется амплитудной модуляцией, то есть изменением модуля (величины) амплитуды.
Для нагружения функции сообщения на высокочастотное колебание можно использовать и второй параметр колебаний — его начальную фазу. Для этого необходимо менять ее в соответствии с изменением функции сообщения. Это фазовая модуляция.
Конечно, далеко не все то, что мы применяем для радиосвязи здесь, пригодно для межзвездной радиосвязи. И это имеет место не только потому, что космическая радиолиния имеет, несомненно, свои особенности. Это прежде всего потому, что мы не можем сообщить свои технические решения нашему радиокорреспонденту. Именно поэтому мы вынуждены принимать только наиболее простые, подсказываемые самой природой, а потому и понятные всем цивилизациям, решения.
В настоящее время ученые единодушны в том, что сигналы, передаваемые цивилизациями как позывные, не должны быть модулированы. Это позволит сохранить их узко-полосными. На симпозиуме в Таллине был поставлен вопрос о том, что при организации межзвездной связи следует использовать другие методы, в отличие от тех, что были описаны выше. С докладом «Межзвездная связь с помощью от носит ельных методов передачи сигналов» выступил Н Т. Петрович.
В описанных выше методах важны были абсолютные изменения основных параметров высокочастотного колебания — амплитуды, частоты, фазы. Именно по абсолютным величинам этих параметров восстанавливалась функция сообщения, то есть та информация, которую мы стремимся передать. Но измерить с достаточной точностью эти абсолютные величины далеко не всегда можно. Эти абсолютные величины могут изменяться в процессе распространения высокочастотного колебания на длинной космической трассе. Как же избежать этих изменений?
Относительные методы позволяют это сделать. Они заключаются в оперировании не абсолютными величинами амплитуды, частоты и фазы, а их относительными значениями. Если проводится манипуляция с фазами (метод относительной фазовой манипуляции), то фазы двух соседних посылок вычитаются, то есть фаза одной посылки определяется относительно фазы предыдущей посылки. Таким образом, каждая посылка на приеме используется дважды. Один раз ее фаза определяется относительно предыдущей посылки, а второй раз она используется при определении относительной фазы последующей посылки. За счет чего здесь получается выигрыш и информация не теряется? Если по какой-то причине на трассе изменяется абсолютное значение фазы, то оно одинаково изменит фазы данной посылки, последующей за ней и предыдущей. Это значит, что при вычитании фаз соседних посылок это изменение нивелируется, сохранится только неизменная разница в фазах, которая и несет главную информационную нагрузку. Другими словами можно сказать, что в этом методе относительной фазовой манипуляции обеспечивается нечувствительность к случайным колебаниям фазы. Метод позволяет обеспечить также нечувствительность к сдвигам частоты, как и к линейному изменению частоты. Но в этих двух случаях обработка посылок проводится определенным образом. При этом используются уже не только две соседние посылки, а три посылки (во втором методе) и даже четыре следующие друг за другом посылки в третьем методе.
Относительные методы имеют и то преимущество, что они позволяют лучше защититься от помех при приеме позывных, а также сигналов с информацией. Обычно для снятия с высокочастотного колебания той информации, которую оно переносит, то есть функции сообщения, используют фазовый детектор. Н. Т. Петрович предлагает в качестве опорного сигнала для фазового детектора использовать непосредственно тот же сигнал, который мы принимаем от внеземной цивилизации. Этот сигнал должен быть сдвинут по времени на интервал, равный обратной величине полосы пропускания приемника. Применение такого относительного фазового детектора могло бы дать выигрыш в смысле защиты от помех минимум в два раза. Но с учетом реальной космической среды, в которой радиосигнал может распространяться несколькими лучами (это называют многолучевостью сигнала), этот выигрыш должен быть больше. Многолучевые распространения радиосигналов имеют место и в ионосфере Земли. Это плохо отражается на качестве приема потому, что на вход приемника поступают одновременно сигналы, прошедшие радиотрассу разными путями и поэтому имеющие разные характеристики (фазы). Результат их сложения может быть различным в зависимости от взаимного сочетания их фаз: если они находятся в противофазе, то погашают друг друга, а если они в фазе, то складываются. Возможны промежуточные ситуации. Важен результат этого эффекта. А он состоит в том, что принятый сигнал беспорядочно флуктуирует, то есть меняет свою величину. А поскольку величина сигнала содержит в себе нужную для нас информацию, то это равнозначно потере части информации. Применение относительного фазового детектора позволяет этого избежать.
Мы уже говорили о том, что посланный в космос монохроматический сигнал неоднородностями среды превращается в сигнал, похожий на флуктуационный шум. Поскольку такой сигнал проходит огромные расстояния в десятки и сотни световых лет (мы говорим о сигналах, которыми обмениваются внеземные цивилизации), то вряд ли можно ожидать, что его уровень будет значительно выше уровня шумов. Поэтому надо выудить такой сигнал из-под шумов. Одно из решений этого вопроса высказал Н. Т. Петрович. Он предлагает придать сигналу такую форму, которая помогла бы его обнаружить и в том случае, если его уровень ниже уровня шумов. Если мы это сделаем, то поможем внеземным цивилизациям принять наши сигналы. С другой стороны, мы вправе надеяться, что они сообразят сделать то же самое. Предлагается выбрать форму сигнала следующим образом: высокочастотный несущий радиосигнал промодулировать синусоидой с периодом, который на несколько порядков больше периода несущих колебаний. При такой манипуляции можно добиться того, что частота синусоиды или другой периодической функции не меняется из-за эффекта Доплера и доставляется адресату в неизменном виде. Меняется только частота высокочастотного несущего сигнала. Кроме того, частота наложенного периодического процесса не зависит и от стабильности частоты передатчика, которая также не может быть неизменной. Большой период позволяет при приеме использовать методы накопления и таким путем выделить полезный сигнал из шумов. Предлагается использовать для модуляции функции с периодом в несколько часов! Применение такой периодической модуляции позволяет лучше защититься от искажений принимаемого сигнала, которые вызваны многолучевым распространением. Периодически промодулированные сигналы могут служить одновременно и позывными, и несущими на себе конкретную информацию. При формировании радиосигналов для межзвездной радиосвязи можно модулировать периодически не только амплитуду, но и фазу или частоту, а также длительность. Было показано, что выгоднее в смысле повышения отношения сигнала к шуму применять частотную периодическую модуляцию. При этом средняя мощность сигнала больше, чем при амплитудной модуляции. В то же время для борьбы с искажениями, вызванными многолучевостью сигнала, предлагается плавно изменять несущую частоту по линейному закону. Можно подобрать такой режим перестройки несущей частоты, при котором замирания (флуктуации) сигнала из-за многолучевости устраняются, а средняя мощность посылки будет сохраняться постоянной. Ведь при плавной модуляции частоты в пределах одной посылки несущие частоты различных лучей будут отличаться. Поэтому у лучей, одновременно приходящих на вход приемника, меньше возможностей погасить друг друга при их сложении. Между несущими отдельных лучей будут происходить биения, а замирания сигнала наступят только в том случае, если более половины всей посылки окажется вблизи глубокого минимума огибающей биений. Но такая ситуация реализуется значительно реже, нежели это происходит при постоянной несущей частоте. А. Т. Голубков в книге «Гидролокатор дельфина» (Л.: Судостроение, 1977) пишет о том, что летучие мыши и дельфины уже миллионы лет используют колебания с переменной частотой с той же целью: ослабить искажение сигнала, происходящее в результате многолучевого его распространения.
Преимущество таких сигналов состоит и в том, что современные радиотехнические устройства позволяют их выделить на фоне шумов, которые во много раз выше уровня сигнала. Для этого надо использовать частотный детектор, на выход которого подключена система автоматической подстройки по частоте. Предлагается использовать не только частотную, но и периодическую фазовую модуляцию. Наибольшей помехозащищенностью обладают сигналы, фазы которых отличаются на 180° (поэтому такие сигналы называют противоположными). Поскольку для условий космической среды следует применять только относительную фазовую модуляцию (манипуляцию), то периодическая модуляция не будет означать изменения фазы на 180°. Так было бы при абсолютной фазовой модуляции. В данном случае фазу на передаче надо менять с периодом того периодического процесса, который наложен на несущую частоту. Так можно достигнуть практически полной, предельно возможной помехозащищенности. При этом предполагается, что разность фаз любых двух соседних посылок остается неизменной при распространении сигналов через космическую среду. Это накладывает ограничения на величину периода. Показано, что длительность периода должна быть выбрана в пределах между 5·10–4 и 5·10–3 секунд. Это соответствует диапазону частот между 200 и 2000 Гц. В этот диапазон попадает частота 1420 Гц, соответствующая длине волны 21 сантиметр, предлагаемой как природный стандарт для связи внеземных цивилизаций друг с другом и с нами. Поэтому автор разработки предлагает сделать этот природный стандарт двойным, то есть использовать частоту 1420 Гц как несущую для связи с внеземными цивилизациями и эту же частоту использовать для периодического процесса. Можно также выбрать частоту периодического процесса в 10, 100 и 1000 раз меньшую, то есть равную 142, 14,2 и 1,42 Гц. Последние две частоты можно использовать при частотной манипуляции или модуляции. Применяя периодическую модуляцию (частотно-фазовую), можно сформировать сигналы, которые будут сохранять свою периодичность и при передаче информации в виде отдельных импульсов, то есть дискретной, например двоичной, информации. Если использовать одновременно абсолютный метод для периодической модуляции частоты и относительный метод для модуляции фазы, то можно сформировать радиосигнал с четко выраженной периодической составляющей, позволяющей в то же время переносить дискретную информацию (например, в двоичном коде). Периодическая составляющая такого универсального сигнала может быть выделена путем накопления при любом уровне сигнала относительно уровня шумов, а постоянная составляющая может быть зарегистрирована в том случае, если уровень сигнала выше уровня шумов. Уровень сигнала, при котором возможно такое выделение, во многом определяется степенью совершенства приемной техники.
Ясно, что первым шагом в осуществлении радиосвязи с внеземными цивилизациями является их обнаружение путем приема от них радиосигналов. Если эти сигналы будут сформированы так, как описано выше, то есть будут содержать в себе периодические изменения, то обнаружить их будет значительно легче. Это станет возможным даже в том случае, если этот сигнал очень слабый, то есть его уровень находится ниже уровня шумов. Мы не можем знать, какой периодической функцией будет манипулирован сигнал от внеземных цивилизаций, поэтому в приемнике, ведущем поиск сигналов, надо предусмотреть амплитудный, частотный и относительно-фазовый детекторы. На выходе этих устройств должны быть подключены блоки, позволяющие обнаруживать периодические процессы.
ЯЗЫК ДЛЯ СВЯЗИ С ИНОПЛАНЕТЯНАМИ
Допустим, что мы уже решили все основные технические вопросы: создали необходимую антенну и радиоприемную аппаратуру, выбрали правильно направление и время радиосвязи, а также рабочую частоту. То есть мы готовы посылать в космос радиосигналы. Дальше необходимо решить вопрос, как на эти сигналы нагрузить полезную информацию, причем нагрузить не как угодно, а так, чтобы на том конце радиолинии, где радиосигналы будут приняты, эта информация была воспринята, понята. Технику нагружения информации мы также знаем. Поэтому нерешенным остается вопрос языка.
Американский ученый Дрейк на Бюраканской международной конференции по проблеме связи с внеземными цивилизациями (сентябрь 1971 года) сказал: «Предложение нацепить записку, послание на конец такого длинного шеста, чтобы он достал до ближайших звезд, вряд ли будет использовано в качестве средства связи, даже с учетом того, что такой шест станет самоподдерживающимся, когда он вытянется на 35 тысяч километров от Земли». Это шутка, но проблему тем не менее надо решать.
По-видимому, проще всего передавать в космос картинки, нарисованные крестиками и ноликами, как это делают в детской игре. Чтобы передать такую картинку корреспонденту в космосе, надо прочитать всю картину, изображенную крестиками на листке в клетку, построчно слева направо и сверху вниз. Тогда каждой клетке листа будет соответствовать либо нолик, либо крестик, то есть получится длинная последовательность ноликов и крестиков. Нолики можно передавать в космос одними сигналами, а крестики — другими. В этом случае имеется только одна закавыка: принявший на том конце радиолинии наше сообщение должен будет сообразить сам, без нашей и чьей-либо помощи, что это не одна длинная строка, а текст, состоящий из строчек. То есть он должен будет суметь правильно поделить все длинное сообщение на отдельные строки. Сделав это, он должен затем каждый принятый сигнал изобразить на бумаге или ноликом, или крестиком. Конечно, если он вместо нолика будет использовать любой другой знак (практически какой угодно), то ничего не изменится, картина все равно получится. Вместо крестика он также может использовать любой значок. Если он таким путем нанесет на картинку эти значки, то получит некоторое изображение, образ. Для того чтобы корреспонденту было легче установить длину строчки (число знаков в ней), можно первые картинки передавать простые. Тогда, пробуя разные длины строчек, корреспондент легко убедится в том, какой вариант является правильным. Можно, например, в качестве первой картинки выбрать круг. Тогда любое нарушение длины строчек корреспондент заметит сразу, так как части круга окажутся смещенными, а круг — деформированным. Можно выбрать и другую простую и четкую фигуру. Так мы научим нашего космического корреспондента определять длину строк и их число в нашем «телевизионном» кадре. Мы не оговорились, сказав «телевизионном», поскольку кадр на экране телевизора формируется именно таким способом.
Описанная выше идея очень проста. Она позволяет без знания языка и без всяких особых замысловатых хитростей передать изображение практически любого предмета или символа. То есть таким путем можно начать общаться.
На землянах такой способ передачи информации уже был испробован. Они оказались очень догадливыми и быстро сообразили, чему равна длина строк и что собой представляет передаваемая картинка. Это испытание провел тот же Дрейк на радиоастрономической конференции в Грин Бэнк (США). Он предложил участникам конференции последовательность ноликов-крестиков (вместо крестика была взята единица). Эта последовательность («космическое послание») показана на рисунке 47. Надо было понять, какая информация в ней содержится. Весьма быстро большинство участников конференции раскусили метод шифровки информации. Всего в послании был 1271 знак (нулей и единиц). Они их разбили на отдельные строки длиной по 41 знаку. Таких полных строк оказалось 31. Можно сказать, что был получен кадр телевизионного изображения, состоящий из 31 строки; каждая из 31 строки состояла из 41 элемента. Если нули на кадре не изображать (оставлять пустое место), а единицы изображать не крестиками, а черными кружками (это абсолютно не принципиально), то получится картинка, показанная на рисунке 48. Видимо, такую достаточно сложную картинку можно будет посылать уже тогда, когда наши радиокорреспонденты научатся расшифровывать более простые или, во всяком случае, научатся правильно определять длину строк.
Но раз «космическое послание» есть, то давайте попробуем понять, что в нем содержится, что изображено на картинке. Прежде всего мы без труда выделяем на картинке семью: папа слева, а мама справа от их ребенка (дочери!). Значит, те, кто нам послал это послание, живут семьями и размножаются таким же способом, как и мы. Справа от семьи находится «метка роста», по которой можно определить рост, если знать масштаб. Масштаб также можно определить по этой картинке. Будем считать, что сигналы этой последовательности передавались на волне длиной 21 сантиметр. Посередине «метки роста» изображена цифра 11. Значит, вся длина «метки роста» равна 11·21=231 см. Цифра 11 изображена в двоичной системе. Напомним, что в двоичной системе любое число n представляется суммой степеней 2 следующим образом : n=а02° + а121 + а222 +… Здесь коэффициенты а могут принимать только одно из двух значений (либо 1, либо 0). Любой может убедиться, что число 11 в этой системе представляется так: 11 = 1·23 + 1·21 + 2°. Если коэффициент а равен 1, то ставится точка, если же а равен 0, то оставляется пропуск. Таким образом, 11 в двоичной системе изображается тремя точками.
Рис. 47. Учебное послание внеземным цивилизациям, представленное Дрейком для расшифровки участникам семинара
Рис. 48. Расшифровка послания, показанного на рисунке 47.
На этой же картинке изображено Солнце (окружность в верхнем левом углу) и планеты (показаны точками сверху вниз). Здесь же в двоичной системе показан порядковый номер данной планеты. Обратите внимание, что на четвертую планету от Солнца указывает своей правой рукой мужчина — глава семейства. Это значит, что живые разумные существа, показанные на картинке, проживают на этой планете.
Против третьей планеты (если считать сверху) показана волнистая линия. Она должна навести корреспондента на мысль, что поверхность планеты покрыта жидкостью (водой). Под волнистой линией показано рыбообразное существо. Если жители четвертой планеты знают условия на третьей планете, то они способны совершать межпланетные перелеты.
В этом послании содержится и другая информация. В самой верхней части картинки слева направо показаны схематически атомы водорода, углерода и кислорода.
Мы описали это «игровое» космическое послание достаточно подробно для того, чтобы показать, что путем передачи изображений, не требующих какого-либо сложного языка, можно сообщить корреспондентам большой объем информации. Конечно, отнюдь не обязательно в одно-единственное сообщение загонять всю возможную информацию: и о себе, и о химических элементах. В реальных случаях это можно делать более осторожно, более надежно.
Ясно одно, что этот путь — путь передачи изображений очень многообещающий. На конференции в Бюракане в 1971 году обсуждалась даже возможность передать таким путем инопланетянам проект вычислительной машины и программы, по которой они смогли бы воспроизвести заложенные нами в программе сведения. Эти сведения могли бы быть самыми разнообразными. Еще раньше такую идею высказал видный ученый-астрофизик Ф. Хойл в своем научно-фантастическом романе «Андромеда». Если действительно сделать так, то необходимые сообщения инопланетянам будет выдавать созданная ими по нашему проекту ЭВМ, если они воспользуются посланной нами программой. Но в программе должны быть заложены эти возможности.
Ни у кого не вызывает сомнения, что человечество за свою жизнь накопило огромное, практически бесконечное количество информации, содержащейся в его опыте, технологиях и т. д. Не вся эта информация изложена в книгах, хотя именно в них содержится значительная ее часть. Было подсчитано, что человечество за всю свою историю создало около 100 миллионов книг. Если считать, что средний объем книги равен 10 авторским листам (то есть 400 тысяч печатных знаков), то можно определить, что всю информацию, содержащуюся во всех 100 миллионах книг, можно передать в космос за время, которое только немного больше одних суток. Конечно, этого не сделать, если посадить у микрофона диктора и воспроизводить текст этих книг. Но если каждый знак закодировать в двоичной системе, то это, как ни странно, станет возможным. Конечно, этого делать никто не будет, это бессмысленная работа для нас и вредная для принимающих эту информацию инопланетян.
Передавать другим цивилизациям имеет смысл только определенную информацию, в определенном порядке, с соответствующими пояснениями.
Когда говорят об инопланетянах, то иногда представляют их самыми несуразными, в том числе и без глаз. Мы будем исходить из того факта, что все возможные цивилизации не так уж существенно отличаются друг от друга. Доказательства этого были нами приведены. Таким образом, представители большинства цивилизаций являются зрячими.
Несмотря на то, что, как мы убедились, с помощью образов, изображений можно весьма эффективно передавать информацию инопланетянам, нужда в языке не отпадает. Ученые работают над этой проблемой очень серьезно, и уже получены обнадеживающие результаты. Один из таких языков для космической связи был создан в Нидерландах доктором Г. Фрейденталем. Он был назван языком линкос. Это мертвый язык, не предназначенный для произношения. Поэтому отпадают всякие правила, связанные с его звучанием. Язык построен на строго логической основе, не содержит никаких исключений из правил, синонимов и других ненужных сложностей и нагромождений. Такой язык (его знаки) может быть закодирован в двоичной системе, и сообщения могут быть переданы в космос серией радиоимпульсов.
Для того чтобы сообщение можно было расшифровать, язык, на котором оно было написано, должен иметь четкую логическую основу (классификацию, нумерацию отдельных частей и т. д.). Неискушенному человеку может показаться в принципе невозможным понять друг друга, если оба корреспондента находятся на космических расстояниях и не знают общего языка. Насколько эта задача сложна, если не сказать — безнадежна, иллюстрируют трудности, с которыми столкнулся Н. Н. Миклухо-Маклай при изучении языка папуасов. Когда он выяснял у туземцев, каким словом они называют зеленый лист, поднятый им с земли (грязной), то от каждого из папуасов он услышал разные слова, разные названия листа. Среди них были «зеленый», «грязь», «негодная» и т. д. Этот пример показывает, что даже в этом, казалось бы, очень простом случае добиться однозначности очень сложно. А ведь Н. Н. Миклухо-Маклай общался с себе подобными. Он писал: «Для ряда понятий и действий я никаким образом не мог получить соответствующих обозначений, для этого оказались недостаточными как моя сила воображения, так и моя мимика. Как я мог, например, представить понятие «сны» или «сон», как мог найти название понятия «друг», «дружба»? Даже для глагола «видеть» я узнал слово лишь по прошествии четырех месяцев, а для глагола «слышать» так и не мог узнать». Но, тем не менее, это дело не безнадежное. В подтверждение этого приведем пример обучения и установления контакта со слепоглухонемыми. Рекомендуем читателю обратиться к книге слепоглухонемой И. О. Скороходовой «Как я воспринимаю и представляю окружающий мир». Вы не только получите представление об исключительной сложности задачи установления контакта со слепоглухонемыми, но и убедитесь в том, что этот контакт возможен, несмотря на то, что имеется довольно большой набор действий, которые не пересекаются с нашими действиями, так как слепоглухонемые не видят, не слышат, не говорят.
Но вернемся к языку линкос. Чтобы общаться на этом языке с инопланетянами, мы должны их обучить ему. По-видимому, легче обучать математике. Например, первый урок можно было бы начать с обучения натуральному ряду чисел 1, 2, 3, 4 и т. д. Для этого надо передать один импульс, потом сразу два, один за другим, потом три и т. д. Далее должен следовать урок с задачей обучения кодированию этих импульсов. Надо им сообщить, что один импульс кодируется цифрой 1, два импульса — цифрой 2 и т. д. Мы не будем описывать построение следующих уроков. Нам важно убедиться, что это возможно. Так можно обучать старательных учеников на других планетах не только математике, но и другим наукам. Автор языка убежден, что так можно передать инопланетянам даже такие гуманитарные понятия, как «трусость», «альтруизм», «гнев» и др. Для этого достаточно разыграть соответствующие сцены с участием индивидуумов и создавшуюся ситуацию, или состояние духа, или действие закодировать соответствующим словом. Может, это и не очень просто, но все же возможно.
Очевидно, можно сочетать изображения со смысловыми текстами. В этих пояснениях можно давать любую информацию. Можно передать практически любую физическую, химическую или астрофизическую информацию. Единицу длины можно связать с радиочастотой, используемой для связи. За единицу массы можно принять, например, массу электрона. Более того, можно передать и единицу времени. Для этого следует использовать эталон скорости, то есть скорость распространения света и эталон длины. Отношение длины к скорости даст время. Так можно задачу постепенно усложнять. Это даст возможность передать практически любую по сложности информацию.
Проводились эксперименты, в которых на языке линкос предлагались для расшифровки тексты людям разных специальностей. Эти послания были составлены из фрагментов первых уроков, разработанных Г. Фрейденталем. Отдельные знаки языка линкос были закодированы геометрическими фигурами разного цвета. Их показывали испытуемым с помощью фильмоскопа или же просто записывали на бумаге. Сами тексты посланий сопровождались вводной инструкцией, в которой говорилось о происхождении послания. В одной инструкции содержалось четкое, недвусмысленное указание на то, что «поступили сигналы, посланные разумными существами какой-то отдаленной планеты с целью связаться с нами…». Некоторые послания сопровождались другой инструкцией, значительно менее определенной в смысле источника послания. В ней говорилось, что «был принят ряд сигналов. Постарайтесь их расшифровать…». Очень любопытно, что в том случае, когда инструкция вселяла уверенность, что сигналы посланы специально адресату, их смогли расшифровать в 69 % случаев. Когда же инструкция сообщала о сигналах неизвестного происхождения и предлагала «постараться понять, что это такое», то эти же послания были правильно расшифрованы только в 10 % случаев. Очень убедительное доказательство того, что проблемой внеземных цивилизаций, их поиска, дешифровки принимаемых сигналов должны заниматься оптимисты, люди, уверенные в том, что сигналы, исследуемые ими, посланы именно внеземными цивилизациями. Они имеют почти семикратное преимущество над пессимистами, которые, даже имея готовое послание от инопланетян, не могут его понять. Автор этой работы О. А. Чукреева пишет: «Неопределенность информации о сообщении, например неизвестность в отношении искусственности сигналов, приводит к существенному затруднению в поиске интерпретации».
Любопытно и другое. Чем проще был текст сообщения, чем очевидней была закономерность в его структуре, тем чаще возникали у испытуемых сомнения в том, что сообщения разумны. К таким результатам никто из специалистов не был готов. А ведь их придется учитывать.
Г. Фрейденталь выбрал такую структуру своего языка, что расчленение сообщения на значимые фрагменты не вызывает особых трудностей. Эксперименты подтвердили, что это так. Но при интерпретации довольно простого по структуре текста испытуемым предлагались самые различные варианты (более ста), в которые входили числовая запись, различные языки, изображение в виде икон, условные коды, формулы и другое.
На симпозиуме в Таллине было сделано заключение, что язык линкос не годится для контактов со всеми возможными внеземными цивилизациями. Безусловно, он пригоден в том случае, если общающиеся на нем системы являются космическими двойниками. Это научное определение предполагает, что обе системы имеют одинаковый подход и их природа одинакова. Идеальные двойники — это части одной и той же цивилизации. Можно сказать, что в описанных выше опытах посылали послание и расшифровывали их двойники, то есть те и другие были людьми, землянами.
Маловероятно, что мы встретим во Вселенной двойников. Наши братья по разуму в той или иной степени будут отличаться от нас. В этом случае специалисты считают язык линкос непригодным для общения. Предлагаются другие возможности. Разрабатывается теория контакта «разумных» систем, целью которой является выработка правил составления космических сообщений таким образом, чтобы они были понятны всем разумным системам. Мы не будем более глубоко анализировать проводимые научные исследования в этом направлении, укажем только, что специалисты считают проблему вполне разрешимой, хотя она и содержит на данном этапе трудности. О. А. Чукреева пишет: «Восприятие человеком сложного и непонятного явления, несущего определенную информацию, каким только и может быть космическое послание, — это одна из наиболее трудных проблем, касающихся восприятия человеком знака. Неузнавание человеком самых привычных, на первый взгляд, вещей, если они представлены в необычной форме или в необычной ситуации, создает пока непреодолимые трудности в разработке текста для космического послания, который бы надежно обеспечивал дешифровку».
Что касается трудностей дешифровки, о которых мы уже говорили, то они, конечно, существуют. И. С. Шкловский об этом пишет так: «Письменность значительного количества исчезнувших с поверхности Земли цивилизаций, несмотря на большие усилия нескольких поколений ученых, все еще не расшифрована. А ведь создавали эту письменность люди, то есть существа с системой мышления, с системой отражения в своем сознании внешнего мира, вполне тождественной нашей! К тому же соответствующие цивилизации были на гораздо более низком научном и технологическом уровне, чем наша цивилизация! Что же можно ожидать от «космического послания», составленного хотя и высокоинтеллектуальными, но совершенно другими существами? Ведь внешний мир в их сознании может отражаться совершенно иначе, чем в нашем». Правда, далее И. С. Шкловский пишет: «Короче говоря, мы полагаем, что были бы сигналы, точнее, цивилизации, их посылающие, а уж расшифровать их сумеют, как бы это ни было трудно…». Это хорошо иллюстрирует ход научного мышления: понимание трудностей и уверенность в успехе.
ЛАЗЕРНАЯ СВЯЗЬ С ИНОПЛАНЕТЯНАМИ
Радиоволны — не единственное средство связи с внеземными цивилизациями. Есть и другие способы, например световые сигналы. Поскольку световому сигналу придется преодолеть огромное расстояние, он должен обладать необходимыми свойствами: иметь достаточную для преодоления этого пути энергию. Легко убедиться, что для посылки таких световых сигналов оптические прожекторы непригодны. Они создают расходящиеся лучи света. Поэтому чем дальше от прожектора, тем ширина такого пучка становится больше. На огромных расстояниях она также очень большая. Это значит, что энергия, приходящаяся на единицу площади, очень малая.
Если использовать самый современный оптический прожектор, который создает пучок света (луч) шириной всего полградуса, то уже на расстоянии 50 километров световое пятно, создаваемое прожектором, составит 450 метров. Такой прожектор, установленный на Земле, будет создавать на Луне светлое пятно диаметром 3000 километров! Ясно, что при этом световая энергия рассеивается на большой площади и освещенность поверхности становится намного меньше, чем если бы это пятно составляло всего 10 или 100 метров. Образованное земным прожектором на поверхности Луны пятно обнаружить невозможно. Но Луна находится рядом с нами. Что же останется от плотности энергии на удалениях в сотни световых лет? Практически ничего. Поэтому рассматривать далее такой тривиальный источник световых сигналов нет смысла. Но необходимые оптические сигналы могут быть созданы с помощью лазеров, которые явились воплощением идей Алексея Толстого (гиперболоид инженера Гарина) и Г. Уэллса (тепловой луч марсиан).
Что касается лазерного излучения как средства связи с инопланетянами, то здесь важны два его свойства. Первое — возможность излучать практически не расходящийся пучок света (луч), что, как мы видели, нельзя сделать с помощью обычных прожекторов. Второе — возможность создавать мощные световые сигналы, которые способны достигнуть звезд, находящихся на удалениях в сотни и тысячи световых лет.
Важным свойством лазерного излучения является его монохроматичность (буквально «одноцветность»). Физически это означает, что излучение имеет строго неизменную длину волны, а значит, и цвет. В то же время имеются лазеры, которые излучают одну строго определенную длину волны, величина которой определяется «рабочим веществом» лазера. Такое вещество может быть газообразным, жидким или твердым. Вначале использовали главным образом синтетический рубиновый кристалл. При использовании стекла, активированного неодимом, длина волны излучения равна 1,06 мкм. В качестве рабочего вещества применяют, в частности, углекислый газ CO2 и многие другие вещества. Жидкостные лазеры позволяют излучать на разных длинах волн (в данном диапазоне). Излучение происходит попеременно, в каждый момент времени излучается одна строго определенная длина волны.
Важно и то, что лазерные установки позволяют излучать очень короткие импульсы света. Для передачи информации (последовательностями импульсов) это очень важно. Длина импульса может быть столь мала, что за время в одну секунду можно «уложить» до тысячи миллиардов импульсов. При излучении импульсы следуют друг за другом с определенной задержкой. Современные лазеры позволяют получать импульсы большой мощности. Так, даже столь короткие импульсы, как приведенные выше, могут иметь энергию больше 10 джоулей! Чем больше длина импульса, тем больше содержащаяся в нем энергия. В режиме» свободной генерации», когда лазер сам регулирует длину излучаемых импульсов и она составляет порядка тысячной доли секунды, энергия каждого импульса может достигать нескольких тысяч джоулей. Лазеры позволяют излучать не только короткие импульсы света, но и непрерывно. Например, газовые лазеры, работающие на углекислом газе, могут работать в режиме непрерывной генерации. В этом случае излучение характеризуется не энергией каждого импульса (т. к. отдельных импульсов нет), а энергией в единицу времени или, другими словами, мощностью. Так, мощность лазеров, работающих на углекислом газе, доходит до нескольких десятков киловатт.
Излучение лазера также рассеивается, но несравненно меньше, чем у прожекторов. Это определяется размерами рабочего вещества. Излучение с поверхности рабочего вещества происходит строго с одинаковой фазой (синфазно) по всей его поверхности. Поэтому ширина посылаемого лазером пучка зависит от размера блока «рабочего вещества», то есть чем больше поверхность, тем уже пучок излучаемого света. Зависимость ширины пучка от длины волны прямая: чем меньше длина волны, тем шире посылаемый лазером пучок. Но даже у рядовых лазеров, у которых размеры рабочего вещества составляют порядка 1 сантиметра, угол раствора светового пучка в 200 раз меньше, чем у прожектора. Он составляет 10 угловых секунд. Имеются, конечно, лазеры и со значительно меньшими углами светового излучения.
Чтобы избавиться от расхождения лучей, необходимо использовать оптическую систему типа телескопа, направляющую ход лучей. Если пучок лазерного излучения пропустить через линзу, у которой фокусное расстояние равно ее диаметру, то действительное изображение пучка в фокальной плоскости будет иметь размеры, равные длине волны. Далее, в том месте, где получено это действительное изображение пучка, поместим фокус другой линзы (или зеркала), диаметр которой намного больше, чем первой. Для второй линзы фокусное расстояние может быть больше ее диаметра, но может быть и равно ему (как и у первой линзы). Такая комбинация двух линз приводит к тому, что из второй большой линзы (зеркала) будет выходить пучок, у которого угол расхождения уменьшится (по сравнению с первоначальным, входящим в телескоп) во столько раз, во сколько раз диаметр второй линзы (зеркала) больше длины излучаемой волны. Таким образом, вполне реально сколь угодно уменьшить угол расходимости лазерного пучка.
Для связи с инопланетянами могут использоваться как связные системы, построенные на одном лазере, так и построенные на целой системе (батарее) лазеров. Если использовать непрерывно излучающий лазер мощностью 10 киловатт и дополнительное большое зеркало диаметром 5 метров, то можно сузить угол раствора пучка до 0,02 с дуги.
Можно использовать не одно большое зеркало, а определенное количество зеркал с малым диаметром (скажем, 10 сантиметров). Тогда система должна содержать столько же лазеров, сколько имеется зеркал. Вся она должна быть очень жестко ориентирована. Если взять 25 лазеров, то можно достичь угла раствора пучка, равного одной дуговой секунде.
Преимущество лазерных систем (батарей) для космической связи состоит в том, что при ее работе можно исключить влияние земной атмосферы. Если же работать с одним лазером, то из-за неспокойствия атмосферы угол раствора пучка становится значительно больше, чем при отсутствии такого влияния. Это влияние можно обойти, если лазерную систему поместить так, чтобы лазерный луч не проходил через атмосферу, то есть расположить ее на искусственном спутнике-платформе. Применять батарею лазерных установок в этом случае необходимости нет.
Впервые возможность связи с внеземными цивилизациями с помощью лазерного луча была научно проанализирована в 1961 году лауреатом Нобелевской премии Ч. Х. Таунсом и Р. И. Шварцем. С тех пор лазерная техника в мире усовершенствовалась и условия для осуществления лазерной связи стали более благоприятными. Главное, что должна обеспечить эта техника, это достаточная мощность излучения и возможность отделить лазерное излучение, посланное нам инопланетянами, от излучения звезд. Как отделить свет лазера от света звезды? Этот вопрос отнюдь не простой, и решать его можно только благодаря особому свойству лазерного излучения — его высокой монохроматичности. Звезда (например, Солнце) излучает свет с различными длинами волн. Лазер же излучает только на строго определенной длине волны, скажем 0,5 мкм. На этой длине волны Солнце излучает наибольшую энергию. Тем не менее излучение лазера в 25 раз больше, чем у Солнца или у другой такой же звезды. Конечно, это относится только к данной конкретной длине волны. На других длинах волн (например, в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра) это отношение было бы еще больше, поскольку на этих длинах волн Солнце излучает меньше, чем около зеленого света (0,5 мкм).
Таким образом, даже современная лазерная техника позволяет создать излучение, интенсивность которого на данной длине волны достаточна для того, чтобы его выделить из всего излучения звезд. Чтобы добиться еще лучшего выделения лазерного излучения, надо «работать» вблизи линий поглощения Солнца (или другой звезды), то есть в том диапазоне, где часть излучения Солнца поглощается и оно меньше мешает выделению лазерного излучения. Если лазер работает на длине волны 0,15 мкм, то его спектральная интенсивность может в десятки тысяч раз превосходить интенсивность солнечного излучения на этой длине волны, поскольку она находится в области поглощения солнечного излучения. Конечно, такая лазерная установка должна быть расположена за пределами земной атмосферы, иначе лазерное излучение будет поглощено атмосферным газом. Таким образом, регистрируя и анализируя свет от удаленных звезд, мы должны иметь в виду, что лазерное излучение, посланное внеземными цивилизациями, может быть обнаружено на фоне этого излучения. Оно проявится как узкая линия. Но для этого необходимо анализировать излучение звезд с помощью высококачественных спектрографов. Можно использовать также очень узкополосные фильтры. Конечно, указанные оптические устройства должны быть очень высококачественными: разрешающая способность спектрографа должна быть 0,03 А, для того чтобы получить 10 %-ную контрастность линии лазера над фоном. Современная оптическая техника позволяет это сделать. Поэтому уже сейчас мы можем на самых сильных телескопах начать вылавливание линий излучения, принадлежащих лазерным устройствам внеземных цивилизаций.
Мы неоднократно обсуждали различные аспекты действия эффекта Доплера на излучение движущегося источника. В данном случае этот эффект также необходимо учитывать, так как за счет движения приемников излучения в направлении самого излучения должно происходить смещение (доплеровский сдвиг) частоты излучения в ту или иную сторону. Чтобы регистрировать это излучение со смещенной частотой, надо располагать спектрографами с соответствующей разрешающей способностью.
Таким образом, даже современный уровень лазерной техники позволяет принимать лазерные сигналы от ближайших звезд и посылать их обратно. Но остается еще один, возможно самый главный, вопрос: куда посылать сигналы и откуда их принимать? В том и другом случае мы должны куда-то направлять наши телескопы, причем с очень большой точностью. То же самое требуется и от наших корреспондентов в космосе. Если они находятся на ближайших звездах (их планетах), то земную орбиту они будут наблюдать под углом в одну угловую секунду. Для того чтобы их лазерный луч попал на Землю, они должны направить его с угловым разрешением 0,02 секунды дуги. Нашим астрономам сейчас такая точность доступна. Поэтому мы полагаем, что она достижима и для внеземных цивилизаций, ищущих связи с нами.
Логично представить себе, что инопланетяне в поисках связи с нами будут «шарить» лазерным лучом в пределах Солнечной системы. Если они сделают ширину лазерного луча (пучка) больше, то при этом он будет все время освещать Землю и может относительно легко регистрироваться. Но чем шире луч, тем больше необходимо излучать энергии, чтобы ее хватило на всю освещаемую им поверхность, для того чтобы она могла быть зарегистрирована. Но можно думать, что эта трудность для инопланетян не будет неразрешимой. По крайней мере, в земных лабораториях увеличение мощности лазерного излучения происходит очень быстро.
Особенно эффективно лазерная связь может использоваться в пределах Солнечной системы. С помощью лазерного луча можно создать пятно на Марсе диаметром 5–7 километров, которое будет светиться примерно в 10 раз ярче, чем Венера при наблюдении с Земли. Лазерный луч может нести на себе любую информацию: его интенсивность можно изменять во времени по любому закону (другими словами, лазерное излучение можно модулировать соответствующим образом). Поверхность Луны была освещена лазерным лучом. На не освещенной Солнцем стороне Луны получается светящееся пятно диаметром 40 метров. Оно освещено в 100 раз меньше, чем в случае прямого падения солнечных лучей.
МЕЖЗВЕЗДНЫЕ ПЕРЕЛЕТЫ
Меньше всего в наше время специалисты обсуждают межзвездные путешествия на космических кораблях. И дело тут не в том, что эта тема набила оскомину, поскольку обсуждалась в деталях в течение столетий (правда, эти детали были из области фантастики). Дело также не в том, что отпала необходимость в межзвездных полетах и мы будем общаться с внеземными цивилизациями только с помощью различных сигналов. Никакими сигналами путешествие в другие миры не заменить. «Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать». Сигналы не дадут нам ни вещественных, осязаемых предметов, ни реальных представителей фауны и флоры. С помощью сигналов мы не сможем установить контакт с цивилизациями, которые к нему технологически еще не готовы. Можно указать и на другие стороны вселенской жизни, которые останутся за бортом, если мы не можем освоить космический транспорт. Так почему же эта проблема сейчас не рассматривается специалистами в практической плоскости? Ответ на этот вопрос очень прост: мы пока не готовы к таким полетам. Это «пока» может длиться еще сотни лет, хотя очень легко ошибиться, предсказывая развитие науки и техники на будущее.
Несмотря на столь неблагоприятное состояние дел с межзвездными перелетами, имеет смысл ознакомиться с самой проблемой. Если мы не хотим находиться в пути миллионы лет (а это абсурдно), то надо обеспечить большую скорость корабля. Скорость, превышающая скорость света, невозможна, скорость света для корабля также нереальна. Поэтому при разных оценках оперируют скоростью, составляющей 10 % от скорости света. Ее называют децисветовой. Сантисветовая скорость в сто раз меньше скорости света.
Широко обсуждался вопрос о течении времени при космических перелетах. Время существенно замедляется. Так, ядро Галактики, которое удалено от нас на расстояние около 30 тысяч световых лет, можно будет достичь за 21 год и даже ближайшей галактики — туманности Андромеды — за 28 лет. Космический корабль в начале полета некоторое время должен ускоряться и перед посадкой соответственно замедляться. Каждый из этих отрезков времени может составить по нескольку лет. Течение времени на покинутой планете, естественно, не замедляется. Поэтому за время путешествия землян к туманности Андромеды и обратно на Земле пройдет более 3 миллионов лет. Хотя это и очень напоминает фантастику, но именно такое число следует из теории относительности А. Эйнштейна, то есть является строго научным результатом.
Очень легко оценить, что должна представлять собой ракета (ее возможности), для того чтобы она смогла достичь децисветовой или сантисветовой скорости. Скорость ракеты V, которой она достигает после выгорания горючего массой М, зависит и от массы ракеты М, и от скорости выброса рабочего вещества ракеты W. Эта зависимость выражается формулой
Мы не можем увеличивать массу горючего, не увеличивая массу ракеты, — ведь горючее приходится грузить на ту же ракету. Правда, можно ракету также дозаправлять в пути, в космосе, но такую возможность мы учтем позднее.
Совершенно ясно, что чем легче ракета, тем проще ее разогнать до большой скорости. Необходимость грузить на ракету большую массу горючего не позволяет сделать ее сколь угодно легкой. Выход один — искать такое горючее, которое было бы очень эффективным в смысле получения энергии. Естественно, можно говорить только о термоядерном горючем. Более эффективного горючего мы пока не знаем, хотя оно наверняка есть. Человек вынужден исходить из того, чем он располагает в настоящее время. Так, в прошлом веке очень серьезно обсуждался проект путешествия на Луну с использованием парового двигателя. Но вернемся к ракетам. Оказалось, что даже использование урана в качестве горючего может позволить развить скорость ракеты только до 1300 км/с. По земным меркам это очень большая скорость, но она в 23 раза меньше скорости света. Использование термоядерного горючего (когда происходит не расщепление ядер, а их синтез) позволит эту скорость несколько увеличить. Но достичь децисветовой скорости все равно не удастся.
Чтобы показать, насколько эта задача технологически сложна, приведем такой пример. На каждый грамм массы должна приходиться мощность 3 миллиона ватт. При этом ускорение ракеты будет равно величине земного ускорения. Сравним эту величину с реально доступной. Так, подводная лодка весом 800 тонн, использующая атомный двигатель, развивает мощность в 15 миллионов ватт. Нам же надо, чтобы эту мощность развивал двигатель весом 5 граммов. Сюда должны включаться все составные части движущейся ракеты (а не только двигатель).
Фотонные ракеты, о которых писали не только фантасты, но и ученые, явно не справятся с задачей межзвездных полетов.
Не так давно было предложено новое решение проблемы создания движителя для межзвездных перелетов. Предлагается не загружать на ракету горючее дома, на Земле, а брать его по мере необходимости прямо в космосе. Таким горючим может служить водород, который содержится в межзвездном пространстве. Ядра водорода можно заставить вступать в термоядерные реакции и так развивать необходимую мощность, не перегружая ракету большим запасом горючего. При этом запаса вообще никакого не надо. Ракета засасывает из окружающего пространства межзвездный водород, использует его и отработанное рабочее вещество выбрасывает. Все в этом проекте было бы отлично, только имеется одно «но»: плотность межзвездного водорода очень мала, в каждом кубическом сантиметре имеется всего примерно по одному атому водорода. Это глубочайший вакуум, которого мы никогда не достигнем на Земле в самых хитроумных вакуумных насосах! Для того, чтобы набрать необходимое количество водорода, надо процедить огромные объемы вокруг ракеты. Расчеты показывают, что для того, чтобы обеспечить себя горючим, ракета должна захватывать водород из окрестностей на расстоянии до 700 километров! Как технически это можно сделать — непонятно. Какие же лопасти надо приделать ракете, чтобы она смогла загребать водород из всего этого пространства? Кроме того, надо иметь в виду, что плотность межзвездного водорода может быть в тысячи раз меньше. Тогда как? Имеются идеи и на этот счет. Одна из них состоит в том, что надо нейтральный водород превратить в электрически заряженные частицы (ионы), а их можно всасывать в ракету с помощью электрических полей. Но это только идея. Как все это осуществить практически — совершенно неясно.
Таким образом, принципиально создать межзвездные корабли можно (никакие законы природы этому не препятствуют), а практически сделать мы это еще не готовы.
Более реально уже в наше время создать автоматическую космическую станцию с задачей достичь ближайших к нам планет других звезд. Такой проект был представлен на Таллинском симпозиуме М. Я. Маровым и У. Н. Закировым. Проведенные ранее У. Н. Закировым расчеты показывают, что представляется возможным вывести контейнер с научной аппаратурой к одной из ближайших звезд. Это должно занять примерно 40–50 лет. Проект предусматривает создание пятиступенчатой ракеты. При этом первые две ступени предназначены для работы на первом участке, пока ракета ускоряется до скорости, составляющей 40 % от скорости света. Еще две ступени точно так же предназначены для осуществления торможения ракеты по мере подхода к цели. Надо иметь в виду, что при столь больших скоростях «тормозной путь» ракеты очень большой. Время торможения ракеты, точно так же, как и время ее ускорения, составит один-два года! Пятую ступень ракеты планируется использовать на последнем этапе полета для маневрирования и обеспечения посадки автоматической станции.
Принципиально новым и очень интересным является предложение авторов проекта не брать на борт станции сразу все горючее, а после использования первой ступени ракеты произвести ее дозаправку в космосе. На первый взгляд это может показаться странным — ведь для этого нам придется послать следом за ракетой (а точнее, одновременно с ней) специальный заправщик. Какой выигрыш от этого возможен? Но оказывается, возможен. Оказывается, если не проводить дозаправку в космосе, то придется первоначальную массу ракетной системы увеличить почти в десять раз! Так что, несмотря на расходы в связи с созданием специального «заправщика», игра стоит свеч. При этом вся система становится вполне реальной. Так, масса контейнера с аппаратурой (полезная нагрузка) составит примерно 450 килограммов; мacca paкeтнoй системы составит примерно 3000 тонн, что вполне реально, так как такие ракеты уже освоены при осуществлении программы освоения Луны. Разбивка массы по пяти ступеням предусматривается следующей: 2780, 293, 44, 8 и 3 тонны.
Осуществление разработанного проекта — дело непростое и недешевое. Возможен еще один вариант: использовать отработанный тритий. Но техническая сторона дела опять же до конца непонятна и, несомненно, непроста.
Что должен делать такой зонд в космосе? Установленная на нем аппаратура должна позволять исследовать межзвездную среду, местоположение планет и физические условия от них. Зонд должен давать возможность обнаруживать сигналы внеземных цивилизаций, анализировать их, выходить на связь с абонентами и т. д. То есть делать все то, что должны делать автоматические зонды в космосе, или, другими словами, зонд должен заниматься «всеми основными видами космической науки». Эти слова принадлежат исследователю проблемы зондов Брейсуэллу.
ПЕРВЫЕ ПОИСКИ
Первая научная работа с обоснованием того, что с помощью современных средств радиоастрономии можно вести поиск сигналов от внеземных цивилизаций, была опубликована в 1959 году. А в 1960 году уже начался такой поиск. Этот поиск начал американский радиоастроном Ф. Дрейк на Национальной радиоастрономической обсерватории в Грин Бэнк (Западная Вирджиния). Как и рекомендовали Дж. Кок-кони и Ф. Моррисон, поиск начали вести на длине волны 21 сантиметр. За достаточно короткий срок была разработана специальная приемная аппаратура. Она удовлетворяла требованиям узкополосности. Антенна представляла собой 27-метровый радиотелескоп с двумя рупорами. Техника измерений выглядела так. На один из рупоров антенны поступало излучение от той области неба, где, как предполагалось, должна была находиться планета с искомой цивилизацией. Сведений об этой планете не было, антенна наводилась на одну из двух звезд (8 Эридана и х Кита), которые находятся от нас на удалении около 31 световых года и вокруг которых, как предполагалось, могут обращаться планеты. Во второй рупор антенны поступал электромагнитный сигнал от другого участка неба за пределами указанных звезд. Приемник попеременно с помощью переключателя подключается то к одному рупору, то к другому. Поэтому сигнал от звезды записывался отдельными урывками, между которыми записывается сигнал (шум) из другого участка неба. Такая методика измерений была не новой, она широко использовалась в практической радиоастрономии и называется «модуляционной схемой». Она дает возможность выделить из шумов полезный сигнал даже в том случае, когда его уровень ниже уровня шумов, создаваемых аппаратурой. Но избавиться полностью от внешних шумов схема, к сожалению, не позволяет. Ф. Дрейк с сотрудниками проводил очень тщательные наблюдения в течение нескольких месяцев. Но ожидаемые сигналы не были зарегистрированы.
Позднее (начиная с 1971 года) подобные же наблюдения начали проводиться на радиотелескопах Национальной радиоастрономической обсерватории США с размерами 100 и 45 метров. На этот раз делалась попытка зарегистрировать сигналы от нескольких десятков ближайших к нам звезд, большинство из которых являлись красными карликами. В1971 году автор проекта «ОЗМА» принимал участие в работе международного совещания по проблеме поиска внеземных цивилизаций, которое состоялось в Бюракане (Армения) на астрофизической обсерватории. Там он выступил с анализом результатов эксперимента и пришел к заключению, что для поисков надо использовать самый крупный в мире радиотелескоп, расположенный в Аресибо. Диаметр его составляет 300 метров. Проведенные Дрейком оценки показали, что если мощность передатчика довести до 1000 кВт, то при коэффициенте направленности антенны радиотелескопа, равном 106, и ширине полосы, равной 100 МГц, а времени накопления в 100 секунд сигнал такого передатчика должен быть зарегистрирован на удалении порядка 6000 световых лет.
На Бюраканском семинаре были также доложены результаты экспериментов по поиску сигналов внеземных цивилизаций, выполненных под руководством В. С. Троицкого. В этих экспериментах также велся поиск на длине волны 21 сантиметр. Всего было исследовано 12 звезд, находящихся на расстоянии от нас, равном 10–60 световых лет. Каждая звезда исследовалась в течение 5 сеансов длительностью по 15 минут. Таким образом, общая продолжительность всех измерений составляла 16 часов. В этих экспериментах сигналы от внеземных цивилизаций также не были зарегистрированы. Возможные причины всех неудач мы рассмотрим позднее. Здесь только отметим, что чувствительность приемника в экспериментах В. С. Троицкого была невысокой, всего 2·10–22 Bт/см2 Гц. Чтобы понять, много это или мало, заметим, что такой поток радиоизлучения на метровых волнах дает только самый яркий источник радиоизлучения — Кассиопея А. В последующих экспериментах чувствительность приемника была повышена.
На Бюраканском семинаре также обсуждались результаты поиска сигналов из Вселенной, проводимого в США в рамках программы «Циклоп». При этом использовалась стандартная (штатная) радиоастрономическая аппаратура. Прием велся на волнах сантиметрового диапазона. Мы не будем подробно рассматривать каждый эксперимент по поиску сигналов от внеземных цивилизаций, выполненный за прошедшие годы. Итог всем этим экспериментам был подведен на Таллинском симпозиуме в 1981 году в докладе Дж. Тартер (США). Она составила сводную таблицу с включением в нее всех проведенных до конца 1981 года экспериментов по поиску сигналов от внеземных цивилизаций. Эта таблица была дополнена издателями материалов симпозиума и доведена до 1984 года. Что следует из этой таблицы?
С 1960 по 1984 год было проведено 45 экспериментов исследователями различных стран (СССР, США, Франции, ФРГ, Японии, Австралии, Канады, Нидерландов). Некоторые коллективы включились в поиски после этого срока. Многие ранее начатые эксперименты продолжаются до настоящего времени. За 25 лет, прошедших от начала первых поисков по проекту «ОЗМА», наблюдения силами исследователей всех стран велись в общей сложности в течение 120 000 часов, причем преобладали наблюдения по специально разработанным программам. Их продолжительность составила 100 000 часов. В результате проведенных поисков за 25 лет после 1960 года сигналы от внеземных цивилизаций так и не были обнаружены. Первые неудачи вызвали у некоторых ученых определенный пессимизм. И. С. Шкловский высказал мысль об уникальности разумной жизни на Земле. Другими словами, это значит, что поиски сигналов от внеземных цивилизаций бесполезны, так как таких цивилизаций нет. Но ведущие ученые мира придерживались и придерживаются другого мнения. Член-корреспондент АН СССР Н. С. Кардашев так подвел итог 25-летних поисков сигналов от внеземных цивилизаций: «Современную ситуацию можно обрисовать следующим образом. Программа перспективного поиска фактически не начата. Придавать какое-либо значение проведенным попыткам поиска сигналов нельзя. Внеземные цивилизации не найдены потому, что их не искали». Практически все участники Таллинского симпозиума придерживались такого же взгляда. Собственно, только И. С. Шкловский выразил свое отношение к проблеме: «Если ты очень ждешь своего друга, не принимай стук своего сердца за топот копыт его коня». Заметим, что доклад Н. С. Кардашева на этом симпозиуме был назван «Онеизбежности и возможных формах сверхцивилизаций».
Один из ведущих специалистов по данной проблеме Л. М. Гиндилис заявил на данном симпозиуме: «Я думаю, было бы большой ошибкой рассчитывать на быстрый и легкий успех. Такой неоправданный расчет может привести лишь к преждевременному и столь же неоправданному разочарованию». Свой доклад Л. М. Гиндилис завершил словами:
«В заключение хочу подчеркнуть следующее. Поиск ВЦ не является изолированной проблемой, она тесно связана с эволюцией нашей земной цивилизации, с развитием ее науки и культуры. Она требует самого широкого сотрудничества в различных сферах человеческой деятельности и, конечно, сотрудничества между народами. Это общенаучная, общекультурная и общечеловеческая проблема, которая помогает нам яснее представить и если не решить, то по крайней мере осознать кардинальные задачи нашей земной цивилизации».
«КОСМИЧЕСКИЙ СТОГ СЕНА»
Одна из причин неудач в поисках внеземных цивилизаций состоит в том, что наблюдения велись не на той аппаратуре, которая нужна была для этого, а на той, которая была в наличии. Практически на первом этапе отсутствовала нужная аппаратура. Так, профессор Оливер (США) доложил на Бюраканском семинаре о разработанном им проекте гигантского телескопа, предназначенного специально для поиска радиосигналов от внеземных цивилизаций. Стоимость сооружения такого телескопа исчисляется миллиардами долларов. В настоящее время государства не выделяют такие суммы специально на программу поиска внеземных цивилизаций. Тем не менее имеется существенный прогресс в радиоастрономической технике. Спасает положение то, что она создается для решения фундаментальных задач и одновременно может быть использована для решения данной проблемы.
Ф. Дрейк, который первым начал искать сигналы внеземных цивилизаций, сравнил эту проблему с проблемой поиска иголки в стогу сена. Так в науку о земных цивилизациях вошла метафора Дрейка о «космическом стоге сена». По-видимому, преувеличение здесь не очень большое. Если мы сегодня остановимся на определенном выборе частоты для связи, способе формирования связных сигналов, выборе направления связи с нашими корреспондентами во Вселенной, то это еще не означает, что наш выбор правильный, а главное — единственный. Если бы мы достоверно знали эти характеристики, то уже наверняка поймали бы посылаемые нам сигналы. Как ни хотелось бы, чтобы задача поддавалась именно такому решению, на это рассчитывать не приходится. Если мы действительно хотим решать эту чрезвычайно сложную задачу, то должны искать иголку в стоге сена.
Что же представляет собой этот стог? Обычный стог определяется тремя размерами: шириной, длиной и высотой. Задача поиска в нем иголки сводится к отысканию трех координат того места, где находится иголка. Они определят однозначно место нахождения иголки. Какими величинами определяется космический стог? Одна из его координатных осей — это частота сигнала, который мы ищем. Вторая координата — это чувствительность приемника (в ваттах на квадратный метр) для каждого отдельного канала независимо от его ширины. Третья координата (высота стога) — это количество направлений, в которых может быть осуществлена межзвездная радиосвязь. Можно ограничиться этими тремя координатными осями, хотя задачу можно (и не без основания) усложнить. Если мы будем достоверно знать эти три координаты, то мы обнаружим бесценную иголку — сигнал от внеземной цивилизации. Что касается частоты, то в настоящее время не все специалисты столь единодушны в выборе частоты 1420 Гц, как это было вначале. В последующем стало выясняться, что у этой частоты наряду с плюсами имеются и минусы. Один из них состоит в том, что чем ниже частота, тем требуется большая мощность. Так, если сравнить две длины волны, равные 21 сантиметру и 0,15 сантиметра, то окажется, что при работе на длине волны 0,15 сантиметра потребуется в 20 тысяч раз меньшая мощность, чем в случае работы на длине волны 21 сантиметр! Это при условии, что в том и другом случае будет создан одинаковый сигнал. Результат можно представить и по-иному. Если на каждой из волн с длинами 21 сантиметр и 0,15 сантиметра использовать одинаковую мощность, то сигнал на длине волны 0,15 сантиметра уйдет в 140 раз дальше, чем на длине волны 21 сантиметр. Эти цифры очень убедительно говорят в пользу волны с длиной в 0,15 сантиметра. Что касается природного характера излучения межзвездного водорода на длине волны 21 сантиметр, то и длина волны 0,15 сантиметра в этом смысле не очень обделена: на этой длине волны излучает позитроний — сверхлегкий элемент, состоящий из позитрона и электрона. В пользу выбора длины волны в миллиметровом диапазоне говорит и то, что чем меньше длина волны, тем меньших размеров потребуется антенна. Диаметр антенного зеркала D связан с длиной волны λ соотношением D≤05λ. Идея использовать для космической радиосвязи длину волны 0,15 сантиметра принадлежит Н. С. Кардашеву. Этот выбор обоснован не только приведенными выше соображениями. Важно и то, что именно вблизи этой длины волны имеется наименьшее количество космических шумов, мешающих поиску сигналов. На этой длине волны находится максимум реликтового излучения и, как уже говорилось, минимум галактического радиоизлучения. На эти «достоинства» излучения на длине волны 1,5 миллиметра внеземные цивилизации не могли не обратить внимания. Были рассчитаны возможности и связи на частоте 1,5 миллиметра. Поскольку мощность существенно уменьшится с уменьшением длины волны, то оказалось, что для установления связи на миллиметровых волнах в пределах нашей Галактики у нашей цивилизации имеются реальные технические возможности. Сейчас большие надежды возлагают на 70-метровый радиотелескоп РТ-70 Института космических исследований АН. Он работает в миллиметровом диапазоне радиоволн, который является оптимальным для поиска сигналов от внеземных цивилизаций. Значит ли это, что на этот раз вопрос выбора частоты сигналов окончательно решен? Конечно, нет. Здесь вряд ли можно ограничиться одним или двумя вариантами. Рассмотренные варианты довольно правдоподобны. Но если говорить о систематическом прощупывании всего космического «стога сена», то надо вести поиск радиосигналов на всех частотах от 300 МГц до 300 ГГц.
Второй координатой космического «стога сена», его длиной, если можно так сказать, является чувствительность приемной аппаратуры, с помощью которой ведется поиск. В идеале надо было бы вести поиск приемной аппаратурой, обладающей чувствительностью 10–30 Вт/м2. Она способна принять сигналы от такого же радиолокатора, как в Аресибо, но находящегося в любом месте в пределах нашей Галактики. Но такой инструмент для сегодняшней радиоастрономии — недостижимая пока что голубая мечта. Напомним, что чувствительность приемника в первых поисках сигналов внеземных цивилизаций была всего лишь 2·10–22 Вт/м2 Гц. Это в 50 миллионов раз меньше «идеальной».
Конечно, приемники с меньшей чувствительностью «прощупывают» наиболее близкие к нам вероятные источники и способны «услышать» те сверхцивилизации, которые способны послать очень мощные радиосигналы. Но это не дает нам никаких оснований делать вывод, что если на такой низкочувствительной аппаратуре мы не обнаружили сигналов от внеземных цивилизаций, то этих цивилизаций нет. Повторяем, что обзор всего неба на аппаратуре даже не слишком высокой чувствительности нужен. Он с пользой проводился до сих пор, и его планируется проводить и в дальнейшем. Причем, аппаратура и антенны, предназначенные для этих измерений, в будущем будут более совершенными.
Таким образом, длина космического «стога сена», то есть диапазон чувствительностей, простирается примерно от 10–22 до 10–30 Вт/м2 Гц. Пока что «стог» прощупан на очень небольшой его длине. Что касается высоты стога, то за нее мы приняли количество тех направлений, откуда могут прийти радиосигналы внеземных цивилизаций. Ясно, что этих направлений очень много, ведь нас окружает на разных удалениях множество звезд, а значит, и цивилизаций, расселившихся на планетах вокруг этих звезд. Если мы хотим найти иголку, мы должны прощупать весь стог, по всей его высоте. Другими словами, прозондировать нашу Галактику (о Вселенной мы уж не говорим) во всех возможных направлениях. Число направлений, в которых в идеале надо вести поиски радиосигналов, равно полному числу звезд, которые надо прощупать, для того чтобы обнаружить одну внеземную цивилизацию. Конечно, мы не можем считать, что вокруг каждой звезды должна быть разумная жизнь.
Имеется некоторая вероятность появления разумной жизни. Она оценивается в пределах от 10–5 (для оптимистов) до 10–12 (для пессимистов). Это значит, что для обнаружения одной внеземной цивилизации необходимо обследовать от 105 до 1012 звезд. Вот почему надо вести поиск сигналов из такого большого числа направлений. Число направлений, которые уже просматривались, не столь велико. Тем более что они просматривались только на определенных частотах и при довольно низкой и реже средней чувствительности приемной аппаратуры (естественно, сюда входят и соответствующие характеристики антенны).
Очевидно, что мы еще очень далеки от того, чтобы заявлять, что иголки в космическом «стоге сена» нет. Ее нет потому, что мы ее еще не нашли. Совершенно прав Н. С. Кардашев, говоря: «Программа перспективного поиска фактически не начата». Значит ли это, что проблема настолько сложная, что нынешнее положение с ее решением является безнадежным? Практически все специалисты сходятся на том, что это не так, что проблема, несмотря на чрезмерную ее сложность, должна решаться. Более того, «проблема внеземных цивилизаций — проблема не только астрономическая, техническая и биологическая, но и социологическая, вернее, футурологическая. Мы имеем дело со сложнейшей комплексной проблемой». Эти слова принадлежат И. С. Шкловскому.
КАК ИНАЧЕ ОБНАРУЖИТЬ ВНЕЗЕМНЫЕ ЦИВИЛИЗАЦИИ?
Внеземные цивилизации можно пытаться обнаружить не только путем поиска сигналов из Вселенной, которые имеют искусственное происхождение. Цивилизации должны демаскировать себя своей технологической и астроинженерной деятельностью. Поэтому они в принципе могут быть обнаружены даже в том случае, если не посылают сигналов другим цивилизациям.
Любое нагретое до определенной температуры тело излучает целый спектр электромагнитных волн. Это излучение называют излучением абсолютно черного тела. Длина волны, на которой происходит максимальное излучение, зависит от температуры тела. Так, если внеземная цивилизация построила вокруг своей звезды колонии или сферы Циолковского — Дайсона, то эти конструкции будут излучать. Если температура их составляет 30 °C (то есть 300 °К), то максимум их излучения приходится на 10–20 мкм. При очень низкой температуре вблизи абсолютного нуля (3 К) максимум излучения приходится на 1–2 мкм. Если температура составляет 1000 К, максимум излучения приходится на 7 мкм.
Представим себе, что цивилизация окружила ажурными конструкциями свою звезду со всех сторон, то есть перехватывает всю излучаемую звездой энергию. Тогда излучение этих эфирных городов в инфракрасном или миллиметровом диапазоне будет сравнимым с излучением самой звезды. Таким образом, обнаружение во Вселенной объектов с очень сильным инфракрасным и радиоизлучением должно наводить на мысль, не является ли этот объект делом рук внеземной цивилизации.
Конечно, просто сам факт наличия инфракрасного излучения у какого-либо небесного тела еще не говорит о его искусственном происхождении. Более того, естественных источников инфракрасного излучения практически бесконечно много. Среди них имеются и источники с очень большой светимостью, которая не только приближается к солнечной, но и значительно превышает ее. Такими интенсивными источниками инфракрасного излучения являются звезды с очень протяженными оболочками, протозвезды (то есть прародительницы звезд), плотные пылевые туманности и звезды, окруженные плотной космической пылью. Их называют звездами-коконами. Эта пыль и составляет их кокон. Свет звезды, проходя через этот кокон (космическую пыль), переизлучается. В переизлученном свете доминирует инфракрасное излучение.
Для того, чтобы определить искусственное происхождение данного источника инфракрасного излучения, надо искать в нем какие-либо особенности. Они могут быть связаны, например, с формой, границами и т. д. самого сооружения. Возникает естественный вопрос, какая нужна аппаратура, для того чтобы вести поиск искусственных астроинженерных сооружений по их инфракрасному излучению с Земли? Сейчас такие измерения уже возможны. Это можно подтвердить такими цифрами. Если в центре Галактики имеется искусственная сфера Дайсона размером в 1 а. е. (это сфера, размеры которой равны орбите Земли) и температура конструкции оптимальна (-300 К), то ее инфракрасное излучение может быть зарегистрировано с помощью телескопа с диаметром «всего» 2 метра. Правда, используемый для таких измерений болометр на длинах волн 10–20 мкм должен обладать высокой чувствительностью, поскольку болометрический поток на орбите Земли составит всего около 3·10–16 Вт/м2. Надо иметь в виду, что это сооружение будет видно с Земли под углом 0,0002ґґ. Чем меньше температура, тем меньше излучение. Так, если температуру конструкции уменьшить почти до абсолютного нуля (3 К), то такой же болометрический поток будет только в том случае, если радиус сферы увеличится в 10 тысяч раз и она будет видна с Земли под углом 2ґґ. Максимум излучения при такой температуре приходится на миллиметровый диапазон. Чтобы его зарегистрировать на Земле (полагаем, что источник излучения находится в ядре Галактики), необходимо иметь антенну диаметром около 10 метров и соответствующей высокой чувствительности болометр.
Мы поместили гипотетические искусственные сферические сооружения в центре Галактики не случайно. Дело в том, что ученые не без оснований считают, что именно здесь имеются наиболее благоприятные условия для возникновения цивилизаций. Во-первых, здесь раньше всего началось образование звезд. Во-вторых, здесь имеется в избытке строительный материал для образования планет. Это газ и пыль. В центре Галактики сосредоточена большая часть ее массы. Так, в центральном объеме Галактики, который составляет всего одну миллионную долю всего объема Галактики, содержится около миллиарда звезд. Общая масса (или, точнее, плотность) здесь огромна, поскольку в небольшой сфере радиусом всего в 1 пк содержится масса, равная около 10 миллионов масс нашего Солнца. Недаром астрофизики считают это место в Галактике наиболее интересным, наиболее загадочным, где происходит интенсивное рождение новых звезд, планет и многое другое. Кого из читателей не интриговали рассказы о черных дырах, их невидимой огромной массе, экстравагантных свойствах. Так вот, полагают, что в центре нашей Галактики имеется такая массивная черная дыра (масса ее оценивается в несколько миллионов масс Солнца). Мало того, «здесь воз-можно существование цивилизаций на черных дырах», утверждали в своем докладе С А. Каплан и Н С. Кардашев на семинаре по внеземным цивилизациям в 1975 году.
Раз уж мы заговорили о возможном существовании вне-земных цивилизаций в центре Галактики (кстати, там уже обнаружено 15 компактных источников инфракрасного излучения, только не доказана их искусственность), то отметим, что на Таллинском симпозиуме в 1981 году обсуждался вопрос о том, что не исключено существование организованной межзвездной связи в нашей Галактике, причем ассоциация внеземных цивилизаций, своего рода лидер всех цивилизаций в Галактике, должна находиться в центре Галактики, где имеются не только благоприятные условия ее возникновения (о которых мы говорили), но и плотность цивилизаций намного больше. Поэтому они без большого труда могут устанавливать двусторонние связи. Наша цивилизация находится на периферии Галактики, где плотность как звезд, так, естественно, и цивилизаций значительно меньше. Поэтому здесь устанавливать спонтанные контакты значительно сложнее. Л Н. Никишин высказал гипотезу, что ассоциация центральногалактических цивилизаций уже давно организовала единую систему связи со всеми известными цивилизациями Галактики. Это чем то похоже на единую телефонную сеть, к которой может подключиться любая новая цивилизация, которая дорастет до соответствующего технологического уровня. Такая сеть содержит устройства, запоминающие информацию, передающие ее цивилизациям, для того чтобы они на основании этой информации быстрее развивались и т. д. Так это или не так, сейчас никто не знает. Ясно одно, что эта гипотеза не противоречит никаким имеющимся на сегодняшний день данным.
Таким образом, сейчас все говорит за то, что в центральных областях Галактики очень вероятно существование астроинженерных сооружений, созданных или отдельными цивилизациями, или их ассоциацией. Часть этих сооружений могла бы быть предназначена «для организации потоков информации в общегалактических и даже трансгалактических масштабах».
В течение 1983 года было измерено инфракрасное излучение 98 % всей небесной сферы. При этом было открыто около 200 000 источников инфракрасного излучения. Большинство из них было связано с определенными астрономическими объектами. Но были найдены и такие объекты, которые, возможно, являются искусственными. Но это еще надо доказать, хотя за это говорят определенные факты.
Измерения были проведены с помощью инфракрасного космического телескопа. Он был установлен на искусственном спутнике Земли, плоскость орбиты которого была наклонена к плоскости земного экватора на 99°. Такие спутники называют полярными, так как они пролетают вблизи полюсов. Такая орбита спутника была выбрана не случайно. Измерения инфракрасного излучения лучше всего проводить, если телескоп находится на границе между днем и ночью. Такая орбита это обеспечивает. Диаметр зеркала телескопа 57 сантиметров. В фокусе зеркала находились детекторы, регистраторы инфракрасного излучения. Они охлаждались почти до абсолютного нуля (3 К). Это делается для уменьшения собственных шумов детекторов. Практически это охлаждение достигается помещением детекторов в жидкий гелий. Когда весь жидкий гелий был израсходован, измерения прекратились. Телескоп позволял проводить измерения излучения с длинами волн в четырех окнах: 8 — 15, 20–30, 40–80 и 80-120 мкм.
С помощью инфракрасного космического телескопа было зарегистрировано от многих объектов излучение только в инфракрасной области спектра. Такой объект может представлять собой звезду, которая, уже не светит, и окружена плотным облаком пыли. И звезды существуют. Это красные гиганты. Их масса близка к массе Солнца. Но внутри их выгорело все горючее, и они потухли. Другими словами, в ядре звезды прекратились ядерные реакции. Но атмосфера звезды увеличивается неимоверно, ее размер составляет несколько астрономических единиц. Так мертвая звезда становится гигантом. Из всех данных этих измерений были выделены данные по 5 объектам. Один из них, по оценкам, находится на расстоянии всего 20 световых лет. Температура, соответствующая его излучению, равна -53 °C. Другой объект оказался более теплым (+17 °C). Расстояние до него составляет примерно 70 световых лет. Следующий объект удален примерно на такое же расстояние. Температура +76 °C. Четвертый объект расположен на удалении 70 световых лет. Температура +17 °C. Пятый объект находится на расстоянии 400 световых лет. Температура -188 °C. Являются ли эти пять объектов сферами Дайсона, уверенно сказать нельзя. Чтобы это установить достоверно, необходимо получить дополнительную информацию.
Инфракрасный космический телескоп обнаружил вокруг центра Галактики около 2500 источников. Температуры их самые различные, от — 23 до +177 °C. Естественно, что не все они являются искусственными источниками, результатом деятельности цивилизаций.
Мы, конечно, плохо себе представляем, какую деятельность могут развивать внеземные цивилизации. Ведь отнюдь не обязательно перехватывать всю энергию своей звезды с помощью сфер Дайсона или других конструкций. Можно обеспечить себя энергией и другим путем. Например, использовать для этого планеты своей системы, которые состоят из водорода. И. С. Шкловский рассчитал, что если планета имеет такую же массу, как наш Юпитер, то ее массы хватит на 300 миллионов лет. В течение этого немалого срока за счет освобождения энергии при синтезе ядер водорода в ядра гелия можно будет получать столько же энергии, сколько мы получаем от Солнца. Более того, И. С. Шкловский считает, что для получения энергии цивилизация может замахнуться и на саму звезду, осуществить ее перестройку, отделив от звезды небольшую часть ее массы. Эта масса, заимствованная от звезды, может в десятки раз превышать массу планеты-гиганта. Непонятные вещи, которые действительно происходят с некоторыми звездами, обсуждались на семинаре в Таллинне. В. Страйжис представил доклад «Некоторые астрономические явления как возможный результат деятельности высокоразвитых цивилизаций». Звезды, которые называют голубыми странниками, беглецами или бродягами, ведут себя так, как будто кто-то (высокоразвитая цивилизация) подсыпает в их ядро водород. Им давно пора полностью выгореть, а они продолжают гореть и светить также ярко, как и много времени тому назад. Сохраняя таким путем неизменным свое светило, цивилизация обеспечивает нормальные условия своего существования. «Нашей цивилизации через 4 миллиарда лет будет весьма кстати применить этот метод, чтобы избежать быстрого превращения Солнца в красный гигант» — говорится в докладе.
Обращается также внимание на звезды, названные пекулярными. На них почему-то значительно больше, чем положено, марганца, ртути, кремния, стронция, хрома и европия. Эти элементы находятся на поверхности звезды в разных местах (пятнах). Найти естественное объяснение этому ученые не могут. Поэтому пекулярные звезды привлекли внимание специалистов, занимающихся проблемой внеземных цивилизаций. Как это не покажется странным, ученые пришли к выводу, что цивилизация весьма успешно может обосноваться в атмосфере самой звезды. От корпускулярной радиации можно защититься с помощью магнитных полей, а от волнового излучения — с помощью специальных плазменных экранов. Андерсон, разрабатывающий этот вопрос, полагает, что конструкции в атмосфере звезды не должны превышать 100 метров (слишком сильно там гравитационное поле). Он считает, что сильные магнитные поля пекулярных звезд (их называют магнитными) могут поддерживать конструкцию в определенном положении. Таким образом, обилие металлов в разных местах на поверхности звезды можно рассматривать как «отходы инженерной деятельности высокоразвитых цивилизаций. Конечно, масштабы этой деятельности должны быть грандиозны и охватывать миллионы или даже миллиарды звезд».
В атмосферах холодных звезд также происходят непонятные вещи. Суть их состоит в том, что на их поверхности наблюдаются такие химические элементы, которые по нашим представлениям, исходя из эволюции звезд, там находиться не могут. Имеются различные типы этих звезд. Поэтому и избыточные элементы на их поверхностях различны. Так, в атмосфере двух из этих типов наблюдаются значительные количества радиоактивного элемента технеция. Как известно, его период полураспада составляет всего несколько сотен тысяч лет. Возраст этого типа звезд (их называют циркониевыми) составляет миллиарды лет. Совершенно непонятно, откуда взялся радиоактивный технеций. В некоторых из звезд этого типа наблюдается значительное содержание лития. При таких высоких температурах литий является короткоживущим элементом, а поэтому редким. Почему в атмосферах некоторых звезд (углеродных) его содержание увеличено в 100 000 раз? В углеродных звездах также сильно (в 100 раз) увеличено содержание тяжелых металлов — бария, стронция, лантана и др. Можно было бы полагать, что эти металлы выносятся из ядра звезды и они являются продуктами ядерных реакций. Но остается неясным, как это происходит, а точнее, по современным представлениям этого происходить не может. Образовавшиеся в ядре звезды тяжелые металлы должны оставаться там в продолжение всей жизни звезды.
Конечно, мы не можем считать, что все непонятное нам сегодня — невозможно. Завтра станет понятным то, что сегодня не укладывается ни в какие рамки физических представлений. Тем не менее сейчас мы должны смотреть на эти непонятные астрофизические явления с двух точек зрения: естественной и искусственной. Мы должны рассматривать вариант, что причиной этому может быть и деятельность сверхмощных цивилизаций, способных в течение миллионов и миллиардов лет изменить химический состав атмосфер холодных звезд.
Говоря об астрофизических явлениях, которые можно гипотетически приписать деятельности внеземных цивилизаций, нельзя не упомянуть о звезде, значащейся в каталоге под цифрой SS443. Она «передвигается» по диаграмме Герцшпрунга — Рассела в нарушение всех законов, которым подчиняются другие звезды. Это неизбежно должно кончиться ее взрывом. Если передвижение будет происходить теперешними темпами, то взрыв звезды должен произойти примерно через 50 лет. В атмосфере этой звезды в течение последних нескольких лет исчезает железо и увеличивается количество более тяжелых металлов. Эти изменения со звездой начали происходить в 1929 году. Чем их можно объяснить? На симпозиуме в Таллине специалисты задавались вопросом: «Не проводится ли над объектом SS443 гигантский физический эксперимент сверхцивилизации?»
Внеземные цивилизации во Вселенной можно обнаружить и по другим «следам» их деятельности. Можно, например, принять радиоизлучение, которое они не предназначали для других цивилизаций. Оно может излучаться при работе телевизионных установок, радиолокаторов и т. д. Это можно продемонстрировать на примере Земли. Так, работу наших телевизионных установок можно обнаружить на удалениях около 10 световых лет от Земли! Выдает себя излучение несущей частоты, которое могут на таких расстояниях регистрировать наши космические корреспонденты. Одной этой информации им будет достаточно, чтобы узнать очень многое о нашей планете и даже о нас. Так, они смогут определить все основные количественные характеристики Земли, скорость собственного вращения и направление оси, ее диаметр и даже наличие Луны. Естественно, приняв такое же излучение с другой планеты, мы сможем определить те же ее характеристики.
Внеземные цивилизации могут демаскировать себя и при межзвездных перелетах. Дело в том, что при движении заряженных частиц в магнитном поле возбуждается электромагнитное излучение. Его называют синхротронным радиоизлучением. Проведенные оценки интенсивности синхротронного излучения, возникающего в результате выброса плазмы двигателя ракеты, которая ускоряется или замедляется, показывают, что если скорость выброса плазмы и двигателя составляет пятую часть скорости света, а магнитное поле вокруг ракеты составляет 10–4 — 10–5 Гс, то возникающее синхротронное радиоизлучение можно обнаружить нашими земными средствами даже на удалениях до 100 световых лет. Если мощность двигателя равна мощности светового излучения Солнца (это очень даже «скромная» мощность), то возбуждаемое синхротронное излучение можно зарегистрировать в любой точке Галактики.
НАШИ ПОСЛАНИЯ ИНОПЛАНЕТЯНАМ
Первое такое «послание» было учебным. Оно нами уже описано.
Настоящее, а не учебное послание инопланетянам было отправлено с Земли 16 ноября 1974 года.
Оно также состояло из серии радиоимпульсов и было передано крупнейшим в мире 300-метровым радиотелескопом, который функционирует в Аресибо (Пуэрто-Рико). Он принадлежит Национальному астрономо-ионосферному центру США.
Радиосигналы были отправлены в сторону скопления звезд, которое находится в созвездии Геркулеса. Оно содержит примерно тридцать тысяч звезд. Радиосигнал будет находиться в пути к скоплению примерно 24 тысячи лет.
Послание также было составлено Ф. Дрейком (Корнеллский университет, США). Оно состояло из 1679 знаков — 23 знака в ширину и 73 знака в длину. Вверху изображены атомные числа химических элементов — водорода, углерода, азота, кислорода и фосфора. Вверху справа перечислены цифры от 1 до 10 (система двоичная). Затем показаны элементы молекулы основного наследственного вещества клетки ДНК. Ниже показана «двойная спираль» — строение ДНК. По центру спирали показано число, равное количеству «основных пар» информационных единиц, которое имеется в ДНК человека. Показана также фигура человека. Слева от нее указано, что на Земле 4 миллиарда жителей. Справа от фигуры показан средний рост человека — 14 единиц (единица равна 12,6 сантиметра). Такова длина волны, на которой передано послание. Еще ниже дана информация о Солнечной планетной системе. В самом низу даны сведения о радиотелескопе в Аресибо.
Ответ на это послание мы получим через 48 тысяч лет. Но это, конечно, в том случае, если наши адресаты не будут слишком заняты своими собственными делами и за неимением времени не отложат ответ на наше послание на неопределенное время. Будем надеяться, что они — люди хорошо воспитанные и ответят сразу.
В начале марта 1972 года в США с космодрома имени Кеннеди был запущен космический корабль «Пионер-10». Он должен был исследовать Юпитер. 4 декабря 1973 года, преодолев за время полета свыше миллиарда километров, «Пионер-10» пролетел над Юпитером на высоте 130 000 километров. Космический корабль «Пионер-10» дал очень ценную информацию о планете и ее окружении. «Пионер-10» силой притяжения Юпитера был выброшен за пределы Солнечной системы. В 1987 году он пересек орбиту Плутона. Так «Пионер-10» ушел навсегда в космическое пространство. Он будет блуждать во Вселенной миллиарды лет. Но даже через миллиарды лет он внешне изменится мало, поскольку все время будет находиться в глубоком вакууме, который в условиях Земли недостижим. Конечно, такой вакуум не является полной пустотой. Ее в природе нет. На поверхность космического корабля будут время от времени налетать атомы водорода межзвездного газа. Под влиянием таких бомбардировок корабль покроется своего рода «окалиной», но это существенно не повлияет на сам корабль.
О «Пионере-10» мы рассказываем потому, что внутри него была заложена стальная пластинка. На ней были выгравированы рисунки, дающие некоторую информацию о нашей цивилизации. Они показаны на рисунке 49. О чем мы сообщаем нашим братьям по разуму, которым суждено взять в руки эту пластинку?
Рис. 49. Пластинка-послание внеземным цивилизациям, отправленная в 1972 году на космическом корабле «Пионер-10».
Мы видим на рисунке мужчину и женщину, представителей нашей цивилизации. Слева вверху показаны два кружочка. Они обозначают протон и электрон, которые образуют атом водорода. Они соединены горизонтальным отрезком прямой.
Длина этого отрезка равна 21 сантиметру. Атом водорода излучает волны с такой длиной. Этот отрезок, а точнее, длина волны, излучаемой водородом, должна служить для наших адресатов масштабом. Пользуясь им, они определят рост представителей нашей цивилизации.
В самой нижней части рисунка изображена схема Солнечной системы. Слева показано Солнце. А справа от Солнца выстроены в ряд все планеты нашей Солнечной планетной системы. Удаления планет от своей звезды — Солнца указаны цифрами (в двоичной системе счисления). Длина дана не в километрах или других наших единицах длины (инопланетяне не знают наших единиц длины!), а в длинах, равных 21 сантиметру. Этoт мacштaб уже указан. Стрелкой, которая берет начало от третьей планеты — Земли, показан космический корабль «Пионер-10». Стрелка проходит вблизи Юпитера и затем удаляется от планет. Изображение космического корабля (а точнее, автоматической космической станции) показано и в большем масштабе (позади фигур людей). Автоматическая станция состояла из двух частей: параболической антенны и коробки. Это и показано на рисунке.
В левой части пластинки показана звездообразная фигура. Ее назначение — сообщить инопланетянам о том, где мы находимся или, другими словами, откуда послан наш космический корабль. Эта фигура содержит информацию и о том моменте времени, когда корабль был послан во Вселенную. Как это сделано?
Известно, что имеются звезды, излучающие радиоимпульсы. Их называют пульсарами. Так вот, рисунок дает привязку места и времени запуска корабля к пульсарам. Каждый нарисованный луч отражает направление от Солнца на один из пульсаров. Длина этого луча выбрана не произвольно. Она пропорциональна удалению данного пульсара от Солнца. Каждый пульсар излучает радиоимпульсы, которые повторяются через определенный интервал времени. Этот интервал называется периодом радиоизлучения данного пульсара. Эти периоды указаны (в двоичной системе счисления) на каждом луче. Периоды выражены через частоту, которая соответствует длине волны, равной 21 сантиметру. Эта частота равна 1 420 000 000 колебаний в секунду или 1420 мегагерц. Самый длинный луч в этой звездообразной фигуре показывает расстояние от Солнца до центра Галактики.
Осталось уточнить, как фигура сообщает о времени запуска корабля. Дело в том, что периоды пульсаров изменяются во времени. Когда инопланетяне будут расшифровывать это послание, периоды будут другие. Но они не только должны знать все пульсары в Галактике (их не менее 100 000), но и знать законы, по которым меняются эти периоды. На основании этих знаний они и определят исходный момент. Кстати, за время полета изменится и положение пульсаров относительно Солнца. Но и это не страшно. Инопланетяне должны справиться и с этой трудностью — ведь их познания наверняка не ниже, чем наши, и они смогут рассчитать, где и когда во Вселенной реализовалась ситуация, которая изображена в виде звездообразной фигуры на пластинке-послании.
Следующее послание к инопланетянам было отправлено с Земли летом 1977 года. Оно было установлено на борту каждого из двух космических кораблей, запущенных в США для изучения планет Солнечной системы. Это послание инопланетянам было значительно сложнее описанных выше. Два послания (по одному для каждого корабля) были изготовлены в виде фонографической записи на медной пластинке с золотым покрытием. Эта пластинка была запакована в алюминиевую защитную оболочку. Затем болтами каждая из пластинок была прикреплена к бортам космических кораблей.
Специалисты считают, что по крайней мере в продолжение одного миллиарда лет пластинки сохранятся практически невредимыми. Если инопланетяне встретят наши корабли и обратят внимание на прикрепленные к их бортам пластинки-послания, то им надо будет их прочитать. На этот раз им надо будет их воспроизвести, а не просто рассмотреть. Для этого кроме самой фонографической записи были упакованы и отправлены инопланетянам и фонографическая капсула и игла, с тем чтобы они смогли прослушать наше послание. Информация о том, как установить иглу на поверхности записи, на какой скорости осуществлять проигрывание, была выгравирована на футляре записи. Там же была выгравирована схема преобразования видеосигналов в изображение.
Как и в послании, помещенном на «Пионере-10», был указан временной и пространственный масштаб в виде схемы излучения атома водорода. Приведена также карта пульсаров и их расположение относительно Солнца.
Что же предстоит увидеть и услышать инопланетянам, когда они нашу пластинку поставят на проигрывание?
Послание инопланетянам готовил целый коллектив во главе с Ф. Дрейком, о котором читатель уже знает. В его состав входили не только ученые-физики и биологи, занимающиеся изучением проблемы внеземных цивилизаций, но и журналисты, художники, писатели, фотограф и радиоинженер.
Послание составлялось целым коллективом. Описывая его, мы иногда будем цитировать слова одного из членов этого коллектива художника Дж. Лосиберга, который сделал доклад об этом послании на совещании по проблеме внеземных цивилизаций в 1981 году в Таллине. «Всем понравилась идея включить музыку как часть послания… 75 % записей «Вояджера» посвящено музыкальным формам выражения многих культур… Мы выбрали 27 различных произведений для записи. Западная классическая музыка представлена Бахом, Бетховеном, Моцартом и Стравинским, а западная легкая музыка — Чаком Берри (рок-энд-ролл), Луи Армстронгом (джаз) и Блайндом Вилли Джонсоном (блюз)… Остальная запись включает классическую музыку Индии, Явы и Японии, а также китайское произведение для семиструнной гитары, сочиненное 2500 лет назад. Была включена и народная музыка Перу, Болгарии, Австралии, Африки и две народные мелодии из Советского Союза: азербайджанская музыка для волынки и грузинское хоровое пение. В запись вошла игра на свирели с Соломоновых островов, а из Новой Гвинеи — ритуальное пение, которое датируется, возможно, каменным веком, когда первобытные люди только еще начинали сочинять музыку…
Остальные 25 % записей «Вояджера» состояли из голосов людей, различных звуков Земли и 116 рисунков, закодированных как видеосигналы…
Человеческие голоса были записаны в форме приветствий на 55 наиболее распространенных языках Земли…
Мы не надеялись, что есть хоть малейшая возможность, что эти приветствия будут переведены внеземными существами. Но поскольку эта запись являлась символом общества, а также действительным посланием в другие миры, казалось, есть необходимость включить такие приветствия как способ показать, что эти послания идут от всего мира… Из вежливости мы включили в эти приветствия песенку горбатого кита, чтобы показать, что на Земле могут быть другие разумные существа кроме нас.
Мы собрали 50 голосов и звуков нашей планеты. Они начинаются с естественных звуков природы, океана и суши, которые внеземные существа могут распознавать на основании своих собственных исследований земноподобных планет и которые могут дать сведения о плотности нашей атмосферы. Затем идут звуки биологического мира: птиц и насекомых, лягушек, собак, львов, шимпанзе, волков. Далее записаны звуки людей и их деятельности, шаги, удары молотка и звук пилы, удары топора о дерево, звук машины, сирены реактивного самолета, звук запуска ракеты, плач ребенка, которого успокаивает мать, и, наконец, регулярное щелканье пульса (этот звук легко узнается чужими астрономами и даст ключ к разгадке природы карты пульсаров на обложке записи). Самая первая часть записи послания «Вояджера» и самая богатая в смысле реальной информации — это последовательность из 116 фотографий и схем, расположенных таким образом, чтобы, как мы надеемся, послужить ключом для дешифровки. Первая фотография — простой круг, который также изображен на обложке в конце инструкции, — сообщает о том, как расшифровать рисунки. Затем мы попытались создать «словарь». Цифры были определены путем соотнесения двоичных и арабских знаков и групп точек. Затем были показаны математические действия. Используя схему водорода, мы опять определили единицы веса, длины и времени. Таким образом были установлены единицы, которые могут быть использованы в остальных рисунках для определения размеров и веса объектов.
…Мы приняли одно из спорных решений — не включать фотографий войны, каких-либо проявлений несправедливости, угнетения или фотографий, отражающих другие серьезные проблемы, беспокоящие человечество, так как рисунки ядерного оружия могут, например, быть поняты внеземными существами как некая угроза, а мы, конечно, не хотим передавать угрозы в качестве приветствия с Земли. Мы приняли это решение также потому, что считаем правильным показать лучшее в человечестве, ибо надеемся, что оно сможет решить свои проблемы, вместо того чтобы глупо разрушить планету.
Кроме того, мы решили избегать показа любых памятников религии и идеологии.
Последовательность начинается после кружка и словаря со схематического изображения Солнечной системы и фотографий ее планет…
Затем мы показываем Землю, как ее видно из космоса, с помощью фотографии, сделанной с низкой орбиты, для того чтобы показать, что мы находимся на этой голубой планете. Схематически показаны атомы для ознакомления с элементным составом газов в нашей атмосфере. Эти же самые атомные схемы используются для показа структуры и деления молекулы ДНК. Далее следует серия фотографий и анатомических схем, которые показывают различные стадии митотического деления клетки, оплодотворение яйца спермой, развитие эмбриона и рождение. Восемь анатомических схем, расположенных одна под другой, показывают внешнюю и внутреннюю анатомию человека…
После этого показаны фотографии различных пейзажей и ландшафтов, пустынь и гор, морских побережий и островов, горных массивов и рек. Затем идут изображения форм жизни на Земле, деревья и поля, коралловые рифы, насекомые и цветы, моллюски, дельфины, животные морских глубин…
Поскольку человечество в настоящее время использует простую и сложную технологию, мы показали огромный диапазон деятельности. На одной фотографии ремесленник из Таиланда вырезает из дерева слона, в то время как на другой роботы управляют сложным оборудованием на сборке линии. Бушмен охотится за антилопой с помощью копья, и большой комбайн работает на хлопковых плантациях. Ряд фотографий демонстрирует хижины бедняков и Тадж-Махал. Идентичные фотографии небоскребов в Нью-Йорке днем и ночью показывают, что у нас бывает ночь и что мы освещаем наши города с наступлением темноты. Снята улица в Пакистане, где продемонстрирован широкий диапазон наземных транспортных средств: повозки, запряженные волами, велосипеды, мотоциклы и автомобили. Высокоразвитая техника представлена реактивными самолетами и радиотелескопами, запуском ракеты «Титан-Центавр», которая вывела на орбиту космический корабль «Вояджер», показан астронавт в космосе…»
К этому описанию одного из авторов послания инопланетянам мы хотим добавить, что космические корабли «Вояджер» будут существовать миллионы лет! За это время они пересекут всю Галактику, и очень вероятно, что они встретят на своем пути оазисы жизни. Обитатели этих оазисов получат возможность узнать о нас очень многое.