Радиосвязь между цивилизациями, находящимися на различных планетных системах
В первой части книги были приведены достаточно серьезные аргументы в пользу утверждения, что в Галактике может быть по крайней мере несколько сот миллионов планетных систем. Если считать, что при выполнении самых общих условий, обсуждавшихся в гл. 11, на планетах возникает жизнь, число обитаемых миров в Галактике должно быть такого же порядка. На некоторых планетах развитие жизни могло зайти так далеко, что появились разумные существа, которые создали цивилизации, вооруженные всеми достижениями науки и техники. Мы, однако, должны повторить замечание, которое уже сделали в гл. 14. Ниоткуда не следует, что в итоге миллиардов лет развития жизни на какой-нибудь планете там с необходимостью должны появиться разумные, овладевшие наукой и техникой, существа. Стать на противоположную точку зрения — значит в действительности считать, что конечной целью образования звезд и планет является возникновение мыслящих существ. Такая точка зрения нам представляется идеалистической. Разумная жизнь на какой-нибудь планете может возникнуть на определенном этапе ее развития, но может и не возникнуть. Не следует забывать, что миллиарды лет Земля существовала без разумных существ и только ничтожный срок, порядка миллиона лет, ее населяют люди. Повторяем, ниоткуда не следует, что появление разумных существ на нашей планете есть закономерный результат и итог развития жизни на ней. С другой стороны, возникновение разумной жизни где-нибудь во Вселенной, на некотором, пусть небольшом, количестве планет, обращающихся вокруг своих солнц, по-видимому, есть процесс закономерный. Трудность проблемы состоит в том, что мы сейчас совершенно ничего не можем сказать, какова вероятность того, что на какой-нибудь планете, где уже возникла жизнь, она когда-нибудь станет разумной. Эта вероятность в самом «оптимистическом» случае может быть близка к единице, но она может быть и очень малой — например, одной миллионной и даже одной миллиардной. Эта проблема была предметом весьма оживленной дискуссии на Бюраканском симпозиуме. Участники дискуссии блистали остроумием, тонкостью и глубиной анализа. К сожалению, это не приблизило нас к пониманию удивительнейшего феномена: каким образом возникшая на планете жизнь становится разумной? В самом «пессимистическом» варианте Земля есть единственная колыбель разумной жизни в Галактике, причем эта разумная жизнь возникла «только что» (разумеется, в космических масштабах времени). Более естественно, однако, предположить (это предположение, конечно, не доказано), что в Галактике имеется некоторое, хотя бы даже и небольшое, количество цивилизаций, существенно продвинувшихся вперед по пути технического и научного прогресса. В таком случае возникает интересный вопрос: можно ли и каким образом установить между ними связь? Не приходится доказывать огромное значение этого вопроса. Трудно даже представить, какой импульс получило бы человеческое общество в своем развитии, если бы удалось установить связь с какой-нибудь инопланетной цивилизацией, существенно обогнавшей нас по пути научного и технического прогресса. Вопрос о возможностях связи с другими мирами впервые анализировался Коккони и Моррисоном в 1959 г. Они пришли к выводу, что наиболее естественный и практически осуществимый канал связи между двумя какими-нибудь цивилизациями, разделенными межзвездными расстояниями, может быть установлен с помощью электромагнитных волн. Очевидное преимущество такого типа связи — распространение сигнала с максимально возможной в природе скоростью, равной скорости распространения электромагнитных волн, и концентрация энергии в пределах сравнительно небольших телесных углов без сколько-нибудь значительного рассеяния. Требование, чтобы электромагнитные волны не испытывали заметного поглощения при распространении как в межзвездной среде, так и в атмосферах планет, сразу же ограничивает возможный диапазон длин волн. Прежде всего, длина волны, на которой осуществляется межзвездная связь, не должна быть слишком большой. В противном случае излучение будет поглощаться межзвездной средой. Коккони и Моррисон считали, что предельная длина волны должна быть около 300 м, что соответствует частоте 1 МГц. Однако такое длинноволновое излучение не будет проходить через атмосферы планет. Оно поглотится в верхних слоях их атмосфер, где газ должен быть частично ионизован. Не приходится сомневаться, что все планеты должны иметь ионосферы. Через такие ионосферы беспрепятственно будет проходить только излучение, длина волны которого меньше 10—15 м. Ограничение со стороны коротких волн обусловлено поглощением, которое вызывается различными молекулами, входящими в состав планетных атмосфер. Уже начиная с длины волны 3 см электромагнитные волны могут поглощаться молекулами водяных паров. Таким образом, согласно Коккони и Моррисону межзвездная связь может в принципе осуществляться только на волнах короче 300 м и длиннее 3 см. Учет поглощения в планетных атмосферах снижает верхнюю границу этого интервала длин волн до 10—15 м. Необходимо, однако, отметить, что если приемная и передающая аппаратура для межзвездной связи будет вынесена за пределы планетных атмосфер (например, помещена на искусственных спутниках), то диапазон частот, на которых возможно осуществление межзвездной связи, будет значительно расширен. Следует отметить, что условия распространения электромагнитных волн в межзвездной среде и в планетных атмосферах не являются единственным обстоятельством, определяющим возможные значения длин волн, на которых может осуществляться межзвездная связь. Не меньшее значение имеет уровень помех. Ведь из-за огромных расстояний, разделяющих инопланетные цивилизации, мощности принимаемых сигналов должны быть очень малы. Но сама Вселенная по причинам естественного порядка излучает в той или иной степени на всех диапазонах волн. Если говорить о радиодиапазоне (который, собственно говоря, только и рассматривался Коккони и Моррисоном), то радиоизлучение Галактики и Метагалактики является серьезной помехой для обнаружения слабых сигналов искусственного происхождения. Космическое радиоизлучение имеет непрерывный спектр, причем интенсивность его, рассчитанная на единичный интервал частот, растет с уменьшением частоты. К числу помех для межзвездной радиосвязи следует отнести также тепловое радиоизлучение планетных атмосфер. Оно особенно существенно на волнах сантиметрового, миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. Наконец, на высоких частотах основными помехами являются квантовые шумы, неизбежные даже для идеальных приемников излучения. Эти шумы есть следствие дискретной «фотонной» природы потоков излучения; их «температурным эквивалентом» является величина hv/k, где h — постоянная Планка, k — постоянная Больцмана, v — частота. На рис. 88 приведена зависимость «температуры шумов» от частоты (пунктирная кривая). Сплошная кривая — шумы, обусловленные излучением молекул атмосферы. Из этого рисунка видно, что минимальный уровень помех (с учетом излучения атмосферы) имеет место для интервала частот 103—104 МГц, что соответствует интервалу длин волн 30—3 см. Теперь представим себе, что на какой-нибудь планете, обращающейся вокруг некоторой звезды, имеется высокоразвитая цивилизация, которая желает известить о своем существовании. Для этого она посылает в некотором направлении (например, в направлении на звезду, около которой можно ожидать наличие разумной жизни) радиосигнал. Сразу же эта цивилизация столкнется с такой трудностью: звезда, вокруг которой обращается планета — обитель разумной жизни. Является довольно мощным источником радиоизлучения, спектр которого непрерывен. Чтобы искусственный сигнал не «потонул» в радиоизлучении этой звезды, необходимо, чтобы его мощность была по крайней мере сравнима с мощностью радиоизлучения звезды в соответствующем диапазоне.
Будем считать, что звезда излучает в радиодиапазоне, подобно нашему Солнцу, когда на нем нет пятен (так называемое «радиоизлучение спокойного Солнца»). Для определенности будем рассматривать волну 10 см. Известно, что на этой волне спокойное Солнце излучает как нагретое тело с температурой поверхности около 50 тыс. К. Мощность радиоизлучения Солнца WΘ, рассчитанную на единичный интервал частот, можно определить, если воспользоваться формулой Рэлея — Джинса WΘ = (2πkTb / λ2) • 4πRΘ2, где λ = 10 см — длина волны; k = 1,38 • 10-16 эрг/град — постоянная Больцмана; RΘ = 7 • 1010 см — радиус Солнца; Tb = 50 тыс. К — яркостная температура спокойного Солнца на волне 10 см. Выполнив вычисления, получим WΘ = 2,6 • 1010 эрг/(с • Гц) = 2,6 • 103 Вт/Гц. Следует иметь в виду, что Солнце излучает на всех частотах, поэтому полная мощность радиоизлучения спокойного Солнца очень велика, порядка десятков миллиардов киловатт. Но искусственный сигнал может иметь очень узкую спектральную полосу, например несколько тысяч или даже несколько сотен герц. Кроме того, Солнце излучает одинаково по всем направлениям, в то время как, пользуясь достаточно большой антенной, можно почти всю мощность искусственного сигнала сосредоточить в пределах узкого конуса, угол раствора которого близок к λ /D (λ — длина волны, D — диаметр зеркала антенны). Этот конус определяет «главный лепесток» антенны (рис. 89). Если, например, пользоваться антенной диаметром 300 м (такие антенны у радиоастрономов имеются), то на волне 10 см обусловленный направленным действием антенны «выигрыш» будет равен: G = 4πA / λ2, где A — эффективная площадь антенны, близкая к ее геометрической площади. В нашем случае G ≈ 108. Это означает, что в направлении, перпендикулярном к поверхности зеркала, антенна излучает в 100 млн. раз больше, чем Солнце, при условии, что полная мощность, излучаемая ею по всем направлениям, такая же, как у Солнца. Следовательно, даже если мощность передатчика будет всего лишь около 10-5 Вт/Гц, сигнал от него в направлении главного лепестка будет примерно такой же, как от Солнца. Таким образом, собственное радиоизлучение звезд, около которых находятся высокоразвитые цивилизации, практически не может быть помехой для межзвездной радиосвязи. Гораздо более существенной помехой является фон космического радиоизлучения, из которого должен быть выделен сигнал искусственного происхождения. Величина последнего в радиоастрономии определяется так называемой антенной температурой TA:
TA = 1/k • W/R2 • π2/16 • d12d22 / λ2, где d1 — диаметр приемной антенны, d2 — диаметр передающей антенны, R — расстояние до передатчика, W — мощность передатчика, рассчитанная на 1 Гц. С другой стороны, разумно наложить условие, чтобы антенная температура, создаваемая искусственным источником радиоизлучения, была не меньше яркостной температуры неба на соответствующей частоте Tb. Теперь мы можем сформулировать «условие обнаружимости» сигнала: TA ≥ Tb. Следует, однако, отметить, что в ряде случаев «полезный сигнал» может быть обнаружен и тогда, когда TA < Tb, например TA = 0,1 Tb. Однако мы сейчас будем пользоваться критерием TA ≥ Tb. Полагая d1 = d2 = 100 м, W = 100 Вт/Гц, λ = 10 см, из условия TA = Tb найдем, что R ≈ 1019 см, т. е. около 10 световых лет; это соответствует расстоянию до ближайших звезд. Тем самым доказано, что уровень современной земной радиотехники вполне позволяет осуществить радиосвязь на межзвездных расстояниях. Этот удивительный результат стоит как-то осмыслить. На памяти старшего поколения наших современников произошло установление трансатлантической радиосвязи. В 1945 г. впервые посланный на Луну сигнал, отразившись от нее, был принят на Земле. Через 14 лет, в 1959 г. была осуществлена радиолокация Венеры. Это значительно более трудная задача, чем радиолокация Луны, потому что, как известно, мощность радиолокационного передатчика должна быть пропорциональна четвертой степени расстояния до цели. В 1961 г. советская космическая ракета стартовала в сторону Венеры, причем на некотором участке ее траектории с ней поддерживалась радиосвязь. В настоящее время можно уже говорить о вполне уверенной и надежной радиосвязи с космическими ракетами на расстоянии свыше миллиарда километров (вспомним «Пионер-10»). При этом следует иметь в виду, что бортовая радиоаппаратура, установленная на космических ракетах, по ряду причин должна быть малогабаритной и маломощной. Между тем при осуществлении связи на межзвездных расстояниях будут использоваться самые большие из существующих стационарных радиотелескопов. На рис. 90, а также 91 и 92 (не сканировались) приведены фотографии некоторых таких антенн.
Пока рекордной является гигантская антенна (диаметр зеркала 300 м), построенная в Пуэрто-Рико (рис. 93). Наряду с ростом размеров антенн в последние годы резко увеличилась чувствительность приемной аппаратуры на сантиметровом и дециметровом диапазонах. Это достигнуто благодаря широкому применению квантовых усилителей — «мазеров». Такая аппаратура в сочетании с огромными, достаточно точно изготовленными антеннами позволяет обнаружить сигнал от «точечного» источника (каков, в частности, искусственный сигнал космического происхождения) даже если TA значительно меньше Tb. Рассмотрим этот вопрос более подробно. Если антенна в сочетании с приемником принимает сигнал от источника строго постоянной интенсивности, то, как оказывается, показания измерительного прибора, стоящего на выходе приемника (например, осциллографа), не будут постоянны. По ряду причин одно независимое показание прибора будет более или менее значительно отличаться от другого. Эти флуктуации показаний прибора можно уменьшить, но полностью устранить их нельзя, так как они являются неизбежным следствием основных принципов работы приемника.
На рис. 94 приведена типичная запись регистрирующего прибора, показывающая такие флуктуации. Существует формула, дающая «среднее квадратичное» значение таких флуктуации в зависимости от некоторых характеристик приемника. Эта формула имеет вид: ΔT / T = 1 / sqr (τ • Δf ), или ΔT / T = 1 / √ (τ • Δf ) где T — измеряемая «температура шумов» (пропорциональная «поглощенной» антенной мощности космического радиоизлучения плюс мощности шумов, возникающих в приемной аппаратуре), ΔT - флуктуации измеряемой «шумовой» температуры, о которых речь шла выше, τ - время, в течение которого регистрирующий прибор на выходе приемника (осциллограф) «накапливает» поступающую в него после детектирования мощность, Δf — ширина полосы частот, усиливаемых приемником («ширина полосы пропускания приемника»), sqr – математический оператор — «корень квадратный». Условие обнаружения какого-нибудь слабого сигнала состоит в том, что антенная температура, обусловленная этим сигналом, должна быть не меньше, чем флуктуации ΔT. Запишем это условие: TA ≥ ΔT = T / sqr (τ Δf), или TA ≥ ΔT = T / √ (τ Δf) Для волн сантиметрового диапазона яркостная температура неба около 10 К. Между тем температура собственных шумов современных приемников на этом диапазоне может быть 50—100 °C (если пользоваться квантовыми усилителями). Поэтому уровень, вокруг которого происходят флуктуации, определяется только шумами аппаратуры и «шумовую» температуру в написанных выше формулах можно положить равной T = 50 °C. Теперь перепишем наше неравенство: 1/k • W/R2 • π2/16 • d12d22 / λ2 ≥ T • (τ Δf)-1/2 откуда
R ≤ W1/2 / k1/2 • π /4 • d1d2 /λ • (τ Δf)1/4/ T 1/2 . Последняя формула позволяет определить дальность межзвездной радиосвязи в зависимости от мощности передатчика, размеров передающих антенн и характеристик приемника. Пусть d1= d1= 100 м, τ = 100 с, ∆f = 104 Гц. Какой должна был мощность передатчика, чтобы осуществить связь на расстоянии 10 пк или 32 световых года? Из нашей формулы после несложных вычислений следует, что необходимая мощность передатчика должна быть равна 10 кВт — величина с точки зрения современной радиотехники очень скромная. По астрономическим понятиям эта мощность совершенно ничтожна. Например, мощность радиоизлучения спокойного Солнца на дециметровом диапазоне порядка 109 кВт. Между тем нет никакой надежды обнаружить его излучение с расстояния ближайшей звезды. Это объясняется тем, что Солнце излучает одинаково сильно по всем направлениям (изотропно) и в широкой спектральной области, тогда как пучок радиоволн искусственного происхождения достаточно узок и монохроматичен. Выше было показано, что наиболее целесообразно осуществлять межзвездную радиосвязь на частотах в интервале 1—10 тыс. МГц. Однако этот интервал все-таки очень широк, и при узкой полосе частот сигнала последний почти невозможно будет обнаружить, если заранее не знать его частоту более точно. Коккони и Моррисон предложили очень изящную идею, указав частоту, на которой искусственные сигналы следует искать в первую очередь. Дело в том, что сама природа дает стандартный эталон частоты, который находится в интересующем нас диапазоне. Речь идет о частоте радиолинии водорода 21 см (см. гл. 3). Эта частота равна 1420 МГц. Можно не сомневаться, что высокоорганизованная цивилизация на определенном (довольно раннем) этапе своего развития должна открыть эту линию в спектре космического радиоизлучения. Исследования Вселенной на волне 21 см являются мощнейшим методом познания ее природы. Именно на этой волне следует ожидать наличия самой чувствительной и совершенной аппаратуры. Кроме того, водород — самый распространенный элемент во Вселенной, а частота 1420 МГц как бы его «основная частота». 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. В этом глубокая материалистическая сущность блестящей идеи Коккони и Моррисона. Нельзя однако, исключить, что частота сигнала будет равна некоторому целому кратному от основной «водородной» частоты. Дело в том, что фон неба на волне 21 см все-таки довольно высок. Ведь на этой волне излучают межзвездные атомы водорода. В направлениях, составляющих сравнительно небольшой угол с галактической плоскостью, яркостная температура неба может достигать 50 и даже 100 °C. Между тем на удвоенной частоте 2840 МГц фон неба меньше 10 К. Кроме того, при связи на расстоянии свыше 3 тыс. световых лет (это для нас пока еще недоступно, но для высокоорганизованной цивилизации может быть вполне реальным) сигнал может сильно поглощаться межзвездными атомами водорода. (В том случае, когда сигнал распространяется под небольшим углом к галактической плоскости.) # Интересна идея Н. С. Кардашева, предложившего в качестве стандартной волны, на которой должна осуществляться межзвездная радиосвязь, использовать 1,5 мм. Оказывается, что именно в этом диапазоне из всего спектра электромагнитного излучения (от γ-излучения до длинных радиоволн) достигается наименьшее значение яркостной температуры неба. Эквивалентная температура космологического фонового излучения 2,7 К (–270 °C) — основная компонента излучения фона в диапазоне миллиметровых волн. Кроме того, в этом диапазоне находится знаменитая радиолиния сверхлегкого элемента позитрония — атома, образованного рекомбинацией электрона и позитрона. Эта линия и может служить выбранным природой стандартом частоты, около которой целесообразно проводить поиск искусственных радиосигналов. Миллиметровый диапазон — наиболее экономичный диапазон связи на сверхдальние расстояния. Оптимальность достигается при взаимной направленности передающей и принимающей антенн. Кроме того, это та длина волны, на которую приходится максимум реликтового излучения (и минимум галактического радиоизлучения). Для огромной области Метагалактики, где красное смещение еще не слишком велико, эта длина волны действительно должна быть стандартной, поскольку реликтовое излучение как важнейший космический феномен должно быть объектом тщательных исследований всех технологических развитых цивилизаций во Вселенной #. Теперь мы должны перейти к следующему, довольно важному вопросу. Как распознать искусственную природу сигнала? Прежде всего, следует ожидать, что мощность такого сигнала должна регулярно меняться со временем. Другими словами, сигнал должен быть модулирован. Он может состоять, например, из регулярной последовательности сравнительно коротких импульсов, причем одна последовательность может быть отделена от другой более или менее значительным промежутком времени. Число импульсов в каждой последовательности может, например, изображать натуральный ряд чисел — понятие, по-видимому, общее для всех цивилизаций. В то же время длительность каждого импульса не должна быть слишком малой — иначе нельзя будет использовать при приеме таких сигналов достаточно большого «времени накопления» τ, что нужно для увеличения дальности связи. Можно полагать, что длительность каждого импульса не меньше нескольких часов. Сигнал может содержать сколь угодно сложную информацию. Но на первых порах он, по-видимому, должен быть достаточно простым. (Более подробно о природе сигналов см. гл. 23.) После того как сигнал будет принят (если, конечно, это случится), между цивилизациями будет установлена двусторонняя радиосвязь, и тогда можно начать обмен более сложной информацией. Конечно, не следует при этом забывать, что ответы могут быть получены не раньше, чем через несколько десятков или даже сотен лет... Однако исключительная важность и ценность таких переговоров безусловно должна компенсировать их медленность. Даже если не удастся по тем или иным причинам установить регулярные изменения мощности сигналов со временем, их искусственный характер довольно скоро выявится при систематических наблюдениях. Дело в том, что лучевая скорость передатчика по отношению к приемнику будет периодически меняться вследствие обращения планеты, на которой находится передатчик, вокруг звезды. Из-за эффекта Доплера это приведет к периодическому изменению частоты сигнала. Орбитальные скорости планет должны быть порядка нескольких десятков километров в секунду. Поэтому амплитуда периодических изменений частоты может достигать сотни килогерц, что в десятки раз больше ширины полосы частот, в которой может находиться сигнал. Период таких изменений должен быть от нескольких месяцев до нескольких лет (вероятные значения периода обращения планеты вокруг звезды). Анализ такого сигнала сразу же позволит получить важную информацию о продолжительности года на далекой планете, посылающей сигнал. Следует также ожидать периодических изменений частоты сигнала из-за суточного вращения планеты, на которой находится передатчик. Так как скорость вращения планеты вокруг своей оси, скорее всего, меньше ее орбитальной скорости, такие периодические изменения частоты должны иметь сравнительно небольшую амплитуду, не выходящую, например, за пределы полосы частот сигнала. Однако тщательные наблюдения смогут их выявить. Таким образом, станет известной другая важнейшая характеристика посылающей искусственный сигнал планеты — продолжительность суток на ней. Дополнительный анализ сигналов позволит извлечь из них ряд других важных сведений о природе планеты. Так, например, после того, как удастся отождествить звезду, вокруг которой обращается планета, можно будет по ее спектральному классу довольно уверенно определить ее массу (ведь это же, скорее всего, звезда главной последовательности, см. гл. 2). Зная период обращения планеты (из наблюдений доплеровского смещения сигнала), при помощи третьего закона Кеплера можно найти расстояние между планетой и звездой. Тем самым можно будет сделать грубую оценку физических условий на планете, прежде всего средней температуры ее поверхности. Зная скорость вращения планеты вокруг ее оси и продолжительность суток на ней, по измеренной амплитуде и периоду «суточных» изменений частоты сигнала можно, очевидно, определить радиус планеты. Более подробный анализ позволит даже определить широту того места планеты, где установлен передатчик, а также, возможно, и другие характеристики. И все эти сведения могут быть получены только из систематических тщательных наблюдений изменений частоты сигнала. Хотя идея Коккони — Моррисона на первый взгляд кажется совершенно необычной и даже фантастической, приходится только удивляться тому, как быстро она стала реализоваться. В 1960 г. американский радиоастроном Дрэйк на Национальной радиоастрономической обсерватории в Грин Бэнк (Западная Виргиния) разработал специальную приемную аппаратуру для наблюдений искусственных инопланетных сигналов в диапазоне 21 см. Этот вполне серьезный проект получил название «ОЗМА». На рис. 95 приведена блок-схема приемника Дрэйка. Мы не можем здесь детально останавливаться на технических подробностях описания этой схемы. Те из читателей, которые разбираются в радиотехнике, поймут ее сами. Мы ограничимся только приближенным рассмотрением. Приемник, схема которого изображена на рис. 95, представляет собой очень стабильно работающий узкополосный (так как ожидаемый сигнал должен быть узкополосным) супергетеродин. В фокусе большой 27-метровой антенны находятся два рупора, схематически изображенных в левом верхнем углу рис. 95. В один из рупоров поступает излучение от небольшой области неба около исследуемой звезды, вокруг которой, как можно ожидать, обращается планета с передатчиком. В другой рупор поступает излучение от соседней области неба, откуда искусственных сигналов ожидать не приходится. Оба рупора при помощи электронного устройства попеременно подключаются к входу приемника. Таким образом, радиотелескоп попеременно как бы «смотрит» то на звезду, то на соседний участок неба. По этой причине «полезный» сигнал периодически прерывается с той частотой, с которой подключаются рупоры ко входу приемника. Следовательно, в цепи приемника сигнал имеет вид коротких импульсов, регулярно повторяющихся с частотой переключения через совершенно определенные промежутки времени. Синхронный детектор, установленный перед выходом приемника, выделяет эту переменную составляющую тока. Такая схема с теми или иными видоизменениями, широко используемая в радиоастрономии, называется «модуляционной». Она позволяет выделить полезный сигнал даже в тех случаях, когда он значительно слабее аппаратурных шумов. Однако сколь угодно слабый сигнал таким способом нельзя обнаружить, так как неизбежные флуктуации показаний регистрирующего прибора накладывают естественное ограничение на величину принимаемого сигнала (см. выше). Но модуляционная схема в ряде случаев позволяет получить чувствительность, близкую к предельно возможной, которая дается формулой ∆T = T (τ • ∆f )-1/2 .
Как видно из схемы, приведенной на рис. 95 в приемнике последовательно происходят четыре преобразования частоты сигнала. Это необходимо было сделать потому, что «окончательная» промежуточная частота приемника должна быть низкой, так как ожидаемый сигнал узкополосный. Преобразования частоты осуществляются (как это обычно в супергетеродиновых приемниках) при помощи смесителей. У соответствующих генераторов должна быть очень высокая стабильность частоты. Последняя не должна меняться больше чем на 1 Гц за 100 с. Особенно высокая стабильность требуется от первого генератора, так как его частота очень высока — 1390 МГц. После четырех усилителей по промежуточной частоте сигнал разветвляется на два, затем проходит через фильтры. Один фильтр широкополосный (в нем содержатся все сигналы), другой узкополосный (в нем сигнал межзвездной связи не ожидается). Эти фильтры и последующая дифференцирующая цепь устроены таким образом, что, когда через них проходит широкополосный сигнал, отклик на выходе сигнала межзвездной связи равен нулю. Однако если через широкополосный фильтр проходит узкополосный сигнал, то отклик на выходе уже не будет равен нулю. Следовательно, рассматриваемый приемник чувствителен только к узкополосным сигналам. Ширина полосы пропускания узкого фильтра может меняться, причем связанная с этим перестройка приемника занимает мало времени. Как видно из схемы, фильтры стоят перед синхронными детекторами, которые пропускают только частоту переключения 5 Гц. На выходе среднего синхронного детектора сигнал будет зарегистрирован только в том случае, когда в приемник поступает узкополосный сигнал, левый регистрирует сигналы в полосе сравнения шириной 200 Гц, правый — все сигналы в полосе 1200 Гц. На рис. 96 (не сканировался) приведена фотография некоторых блоков этого приемника, а на рис. 97 (не сканировался) — фотография 27-метрового радиотелескопа, снятая во время наблюдений по проекту «ОЗМА». В качестве первых объектов, откуда можно ожидать сигналов радиоизлучения искусственного происхождения, Дрэйк выбрал две близкие к нам звезды — ε Эридана и τ Кита, которые удалены от Солнца на расстояние около 11 световых лет. Об этих звездах, как о возможных источниках жизни на обращающихся вокруг них планетах, речь шла в гл. 11. Наблюдения начались осенью 1960 г. и с большой тщательностью проводились в течение нескольких месяцев. Увы, искусственные сигналы обнаружены не были... Начиная с 1971 г. аналогичные наблюдения проводились на 100- и 45-метровом радиотелескопах Национальной радиоастрономической обсерватории США. Объектами наблюдений были несколько десятков ближайших к нам звезд, преимущественно красных карликов. Из отрицательного результата этих наблюдений следует, что около исследовавшихся звезд не работали передатчики, которые бы в узкой полосе (7 кГц) со 100-метровой антенной излучали бы мощность, превышающую несколько мегаватт. Заметим, что таких передатчиков на Земле много. Надо ясно понимать, что шансы на успех таких наблюдений невелики. По нашему мнению, гораздо более вероятно, что ближайшие цивилизации, если они вообще есть, находятся от нас на значительно большем расстоянии, чем звезды, исследовавшиеся Дрэйком и его последователями. Если, например, ближайшая такая цивилизация находится на расстоянии 100 световых лет, в высшей степени затруднительно решить, какую из десятка тысяч звезд, удаленных на такое расстояние, нужно тщательно исследовать методом Дрэйка. Исследовать же подряд десятки тысяч звезд представляется слишком сложным и дорогим занятием, по крайней мере сейчас для нашей цивилизации. Спустя 11 лет после первых попыток установления радиоконтактов с внеземными цивилизациями в рамках проекта «ОЗМА», на Бюраканском симпозиуме выступил с обобщающим по этой проблеме докладом сам автор проекта Дрэйк. Оценивая возможности гигантского радиотелескопа Аресибо (см. рис. 93), он пришел к заключению, что при мощности передатчика P = 1000 кВт, коэффициенте направленности антенны радиотелескопа G = 106, шумовой температуре приемника T = 120°, ширине полосы B = 100 МГц и времени накопления сигнала τ = 100 с сигнал может быть обнаружен от объектов, удаленных от нас на расстояния до 6000 световых лет! Проблема, однако, состоит в том, чтобы знать, хотя бы ориентировочно, класс объектов, от которых можно такой сигнал ожидать. В противном случае задача становится неопределенно трудной. На этом симпозиуме известный советский радиоастроном В. С. Троицкий доложил о новых попытках найти искусственные радиосигналы от ближайших планетных систем. Это были первые после проекта «ОЗМА» реальные наблюдения возможных сигналов. В. С. Троицкий и его сотрудники, так же как и Дрэйк, искали сигналы на волне 21 см. Ими систематически исследовались 12 звезд, в основном спектрального класса G, удаленных от нас на расстояния 10—60 световых лет. Всего было проведено 65 сеансов (по 5 сеансов на каждую звезду). Длительность каждого сеанса составляла 15 мин. Общее время наблюдений было 16 час. Заметим, что чувствительность приемной аппаратуры была довольно низка — около 2 •10-22 Вт/(м2 • Гц) (такой поток радиоизлучения на метровых волнах дает самый яркий космический источник радиоизлучения — Кассиопея А). Результаты этих наблюдений были отрицательны. В последующие годы В. С. Троицкий провел новые наблюдения со значительно более высокой чувствительностью. Результаты этих наблюдений были также отрицательны. В США работы по поискам внеземных цивилизаций проводились также по программе «Циклоп». Об этом доложил на Бюраканском симпозиуме проф. Оливер. Для приема ожидаемых сигналов от внеземных цивилизаций использовалась, без особых переделок, наличная радиоприемная техника. Наблюдения, носящие любительский характер, проводились на сантиметровых волнах и не дали положительных результатов. Проф. Оливер, однако, разработал проект гигантского радиотелескопа, специально предназначенного для поиска радиосигналов от внеземных цивилизаций. Стоимость этого проекта достигает миллиардов долларов. Для научного прибора эта величина может показаться фантастически большой. Но не следует забывать, что американское правительство ежегодно расходовало на варварскую войну во Вьетнаме гораздо большие суммы... Советский радиоастроном Ю. Н. Парийский на Бюраканском симпозиуме предложил другой путь реализации проекта установления радиоконтакта с внеземными цивилизациями. Это — создание «глобального радиотелескопа», сводящееся к объединению всех существующих на Земле крупных радиотелескопов в единую систему. В сочетании с радиотелескопами, вынесенными в космос, мы можем иметь исключительно эффективное устройство для поисков радиосигналов от внеземных цивилизаций. Таким образом, недостатка в проектах нет... Однако реальных наблюдений проводилось пока очень мало. Да и сами наблюдения не были должным образом обеспечены. Они носили, по существу, «рекогносцировочный» характер. Есть, однако, основания полагать, что в близком будущем положение может коренным образом измениться к лучшему.
# За 25 лет с момента начала исследований было выполнено около 50 наблюдательных работ главным образом в радиодиапазоне. Участвовали Австралия, Нидерланды, Канада, СССР, США, Франция, ФРГ и Япония. Всего было около 120 000 часов наблюдений, из них около 100 000 часов — по специально предназначенным программам. Радиообсерватории Огайского университета и Гарвард-Смитсонианская работают по этой программе 24 часа в сутки. Техника приема и анализа сигналов первоначально была самой примитивной, но постоянно совершенствуется. Салливан и Ноулесс провели исследование отраженных от Луны радиосигналов Земли с целью установить, каков радиоспектр Земли, если нас наблюдают из далекого космоса. Наблюдения проведены с помощью 300-метровой антенны в Аресибо в диапазоне 150—500 МГц. На рис. 101 показаны спектры Земли в различные моменты по всемирному времени в диапазоне, связанном с наземными телевизионными станциями. В результате этой работы ученые обнаружили самый мощный радар США, работающий на частоте 217 МГц и излучающий импульсы мощностью 14 млрд. ватт в полосе 0,12 Гц. Такие импульсы могут быть обнаружены другой цивилизацией с такой же, как в Аресибо, антенной с расстояния около 20 световых лет. Сильнейшие телевизионные станции могут быть обнаружены с расстояния около 3 световых лет. Необходимо иметь в виду, что поиск радиосигналов от внеземных цивилизаций — задача с очень многими неизвестными, хотя их количество и небесконечно: положение источника на небе, частота, интенсивность сигнала, полоса, поляризация, модуляция, длительность передач и пауз. Многие ожидают, что искомые сигналы должны быть очень узкополосными, и поэтому для их обнаружения необходимы многоканальные спектроанализаторы (МКСА). В настоящее время в США ведутся наблюдения с МКСА на 65 536 каналах с разрешением 0,03 Гц и заканчивается создание системы на 8,25 миллиона каналов, которая будет установлена на радиотелескопе с диаметром зеркала 64 м Центра дальней космической связи в Голдстоуне. К 1990 г. этот спектроанализатор сможет исследовать любую полосу шириной 8 МГц с разрешением 1 Гц. НАСА предполагает провести к концу этого столетия программы «Обзор неба» (наблюдение всей небесной сферы в диапазоне от 3 до 30 см со спектральным разрешением 32 Гц) и программу «Направленный поиск» (исследование 1000 избранных объектов в диапазоне 18—21 см, так называемое «водяное окно» между линиями гидроксила и атомарного водорода, с разрешением 1 Гц); в программу входят 773 звезды классов F, G и K, похожие на Солнце и находящиеся на расстояниях до 80 световых лет от нас. В Советском Союзе программа поиска связывается с сооружением в горном районе Узбекистана крупнейшего радиотелескопа с зеркалом диаметром 70 м, работающего как раз в оптимальном для поиска диапазоне миллиметровых радиоволн. На рис. 102 (не сканировался) приведено фото макета радиотелескопа. С помощью этого инструмента предполагается провести программу направленного поиска и исследования подозреваемых объектов. Напомним, что миллиметровый диапазон является оптимальным как для поиска радиосигналов искусственного происхождения, так и для обнаружения огромных астроинженерных конструкций, находящихся при очень низкой температуре. #
Пока сделаны только первые шаги в направлении «подслушиваний» межзвездных переговоров. Может быть, недалеко то время, когда мы начнем «возвещать» о своем существовании путем посылки радиосигнала в космосе.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Радиосвязь между цивилизациями, находящимися на различных планетных системах» з дисципліни «Всесвіт, життя, розум»
