И Шкловский - Вселенная, жизнь, разум
Мощные помехи космических источников радиоизлучения исключают возможность использования достаточно длинных волн, скажем, ? > 50 см. С другой стороны, тепловое радиоизлучение атмосфер планет исключает возможность использования очень коротких волн. Заметим, что при помощи находящихся за пределами атмосферы планеты искусственных спутников можно расширить диапазон в сторону более высоких частот.
Далеко ли дойдет сигнал?
Сразу же возникает вопрос: на каких же расстояниях можно уже сейчас установить прямую радиосвязь? Здесь необходимо подчеркнуть поразительно быстрый прогресс радиофизики за последние полвека.
На памяти нашего старшего поколения произошло важное для того времени событие: установление трансатлантической радиосвязи. В 1945 г. впервые посланный на Луну сигнал, отразившись от нее, был принят на Земле. В прошлом, 1959 г. была осуществлена радиолокация Венеры. Это гораздо более трудная задача, чем локация Луны, ибо, как известно, при радиолокации необходима мощность передатчика, пропорциональная четвертой степени расстояния до лоцируемого объекта. Как следует из сообщения нашей печати, а также печати США, сейчас обсуждается возможность посылки космических ракет в направлении к Марсу и Венере. Это потребует осуществления надежной радиосвязи на расстояниях порядка 100 млн. км. При этом следует иметь в виду, что бортовая радиоаппаратура по ряду естественных причин будет малогабаритной и маломощной.
Между тем уже в настоящее время размеры зеркал радиотелескопов достигают 75 м, а чувствительность приемной аппаратуры на сантиметровом и дециметровом диапазонах, благодаря применению новых типов усилителей (например, молекулярных), резко выросла. Отсюда следует (как это будет показано ниже), что уже сейчас вполне возможно, используя самые большие из существующих антенн и самую чувствительную приемную аппаратуру, осуществлять радиосвязь на расстоянии ~ 10 световых лет.
Как преодолеть помехи?
При расчете линии радиосвязи между двумя мирами нужно учитывать уровень помех. Следует иметь в виду два типа помех. Во-первых, радиоизлучение звезды, вокруг которой обращается населенная разумными существами планета; во-вторых, интенсивность радиопередатчика должна быть такой, чтобы его сигнал надежно выделялся на фоне неизбежных помех космического радиоизлучения. Прежде всего ясно, что мощность передатчика в нужном направлении (т. е. в направлении на звезду, с которой пытаются установить связь) в некотором интервале частот должна быть больше теплового радиоизлучения звезды. Можно убедиться, что это условие реализуется легко. Поток радиоизлучения от передатчика, как показывают подсчеты, будет больше потока теплового излучения звезды даже при незначительной мощности передатчика. В самом деле, поток теплового радиоизлучения от Солнца на расстоянии R, выраженном в метрах, равен 10-15 f2/R2 Вт/м2Гц (где f - частота), а от передатчика W G/R2, где W - мощность передатчика, а G - коэффициент направленного действия передающей антенны, определяемый ее диаметром:
G = 4?d2/?2.
Таким образом, при d ? 100 м для волн дециметрового диапазона G ? 105. Отсюда следует, что при f = 103 МГц поток радиоизлучения от передатчика будет больше потока теплового излучения от звезды при W > 10-2 Вт/Гц.
Значительно более существенны помехи от фона космического радиоизлучения. Здесь следует уточнить возможную область частот, на которых можно пытаться установить интересующую нас радиосвязь.
Моррисон и Коккони выдвинули весьма изящную идею, что такого рода связь, вероятнее всего, будут пытаться установить на волне 21 см. Хорошо известно, что это длина волны радиолинии водорода. Разумные существа, находящиеся на высоком уровне развития, должны проводить интенсивные исследования космоса именно на этой волне. Подобные исследования уже сейчас обогатили астрономическую науку рядом открытий первостепенного научного значения. Особенно следует подчеркнуть, что они будут неограниченно развиваться в дальнейшем, ибо успех таких исследований неразрывно связан с общим прогрессом радиофизики. Таким образом, особенно чувствительная приемная аппаратура должна быть именно на этой волне. Кроме того, на этой волне должны проводиться длительные и систематические исследования различных объектов на небе, что значительно увеличивает вероятность обнаружения сигнала. Наконец, водород самый распространенный элемент во Вселенной, и поэтому его радиолиния является как бы природным эталоном частоты, эталоном, к которому с неизбежностью должна прийти всякая развивающаяся цивилизация.
В каком направлении производить поиск?
Для сравнительно больших угловых расстояний от полосы Млечного Пути, составляющих примерно 2/3 небосвода, интенсивность IV межзвездной радиолинии не превосходит интенсивности непрерывного радиоизлучения Галактики в этом же спектральном участке, которая равна 10-21,5 Вт/(м2срГц). В полосе Млечного Пути интенсивность радиолинии водорода в несколько десятков раз больше этой величины.
Поэтому выгоднее пытаться установить радиосвязь с объектами, находящимися в сравнительно высоких галактических широтах, где уровень помех (определяемый фоном космического радиоизлучения) много меньше.
Расчеты (см. ниже) показывают, что установление радиосвязи между цивилизациями, разделенными межзвездными пространствами, находится в пределах возможности техники сегодняшнего дня.
Если в качестве передатчика используется зеркало диаметра d1, то мощность, которую следует излучать в соответствующем направлении (например, в направлении нашей Солнечной системы), при условии, чтобы на приемной станции с диаметром зеркала d2 сигнал превысил космический фон, должна быть:
W ? IV (?/d1)2 (?/d2)2 R2 = 10-24,2 R 2 /(d1d2) Вт/Гц
Отсюда следует, что при d1 = d2 = 80 м и при R = 10 световых лет W = 100 Вт/Гц, что технически осуществимо уже сейчас.
Заметим, однако, что размеры передающих антенн и мощность передатчиков у высокоорганизованных цивилизаций могут быть, конечно, значительно больше принятых нами.
Можно предположить, что на каких-нибудь планетах обитающие там высокоорганизованные разумные существа непрерывно в течение огромных промежутков времени "держат" в главных лепестках своих гигантских антенн в ожидании ответного сигнала некоторое число (скажем, ~ 100) сравнительно близких к ним звезд, где, по их предположениям, возможна разумная жизнь. Для высокоорганизованного общества такая своеобразная, длящаяся многие тысячелетия "служба космической радиосвязи" вполне "по средствам". И не исключено, что мы уже очень давно находимся в пучке электромагнитной радиации, непрерывно посылаемой к нам разумными существами, населяющими окрестности какой-нибудь хорошо нам знакомой звезды, отдаленной от нас на расстояние в несколько десятков световых лет.
