Вокруг Света - Журнал «Вокруг Света» №02 за 2009 год
Этот выбор значительно упростился после того, как в 1995 году швейцарский астроном Мишель Майор и его аспирант Дидье Квелотц обнаружили вблизи звезды 51 Пегаса первую планету вне Солнечной системы. Вскоре выявление таких объектов было поставлено на поток, и стало ясно, что планеты — такие же распространенные небесные объекты, как и звезды. В нашей Галактике порядка 100 миллиардов звезд, и около 1% из них похожи на Солнце. Вот среди этого примечательного миллиарда и следует отбирать звезды для поиска и передачи межзвездных радиопосланий. Конечно, вовсе не обязательно, что потенциальные адресаты обитают только у таких звезд, но все же, учитывая наш собственный опыт, стоит пока сконцентрировать свои изыскания именно на них.
Перечень требований к звездам — кандидатам на включение в программу SETI/METI весьма обширен. Прежде всего они должны принадлежать к так называемой главной последовательности, то есть находиться на середине своего жизненного пути. На этом этапе светимость звезды длительное время остается примерно постоянной, что, видимо, является важным условием для развития сложных форм жизни. Возраст звезды должен быть в интервале 4—7 миллиардов лет. Если звезда моложе, эволюции может не хватить времени для порождения разумных существ, а если старше, то на планетах будет мало необходимых для жизни тяжелых элементов, которые нарабатываются предыдущими поколениями звезд. Следует выбирать одиночные светила, поскольку в двойных системах ниже вероятность существования планет со стабильными орбитами и климатическими условиями. По той же причине среди звезд с уже обнаруженными планетами предпочтительны те, у которых форма планетных орбит близка к круговой. Желательно также, чтобы со звезды, на которую отправляется радиопослание, Солнце было видно на фоне какого-либо достопримечательного астрономического объекта — пульсара, квазара, центра Галактики. В этом случае шансы на обнаружение нашего сигнала возрастают, поскольку он может быть замечен в ходе обычных астрономических наблюдений. Наконец, следует выбирать звезды внутри «пояса жизни» нашей Галактики — той «тепличной» области, где скорость орбитального движения вокруг галактического центра близка к скорости вращения спиральных рукавов. В этой зоне (в которую входит и Солнце) звезды реже пересекают рукава Галактики, где протекают бурные процессы звездообразования, сопровождающиеся мощными вспышками сверхновых, способные помешать развитию жизни.
Рандеву вслепую
Вопрос о выборе обстоятельств для межзвездной связи далеко не исчерпывается отбором звезд, то есть пространственных направлений для отправки сигналов. Есть еще целый ряд параметров, которые могут меняться в широких пределах. Это время передачи, требуемая мощность сигнала, длина волны, несущей сообщение, ее поляризация, способ модуляции и, наконец, структура передаваемой информации.
Синхронизация. Казалось бы, не договорившись заранее, нельзя наметить оптимальное время для сеанса межзвездной связи. Но в действительности это не так. Во Вселенной происходит немало событий, которые доступны для наблюдения всем развитым цивилизациям. Таковы, например, вспышки новых и сверхновых звезд. Например, в момент, когда на Землю из другой галактики приходит излучение сверхновой, нужно начать транслировать послание в направлении звезд, расположенных далее по направлению движения ее света. Как показал ленинградский ученый Петр Маковецкий еще в 1979 году, подобная синхронизация может в десятки раз увеличить вероятность установления радиоконтакта. Ведь наш сигнал не только придет к адресатам в выделенный момент времени — сразу после вспышки сверхновой, но и будет исходить из области неподалеку от нее, что еще больше увеличивает шансы на его регистрацию.
Мощность. Скорость передачи информации в межзвездных посланиях не может быть очень большой. Каждый символ, в простейшем случае каждый бит информации, должен транслироваться достаточно долго, чтобы его можно было уверенно выделить на фоне шумов. Максимальная скорость зависит от мощности передатчика, диаметра его антенны, длины волны, а также инструмента, который используется для приема, и расстояния до него. Чем больше диаметр передающей антенны и короче радиоволна, тем уже получается луч, в котором концентрируется мощность сигнала, тем меньше он рассеивается. Три самые мощные земные установки, способные направленно посылать радиосигналы в космос, — это радиолокационный телескоп в Аресибо (Пуэрто-Рико) и два планетных радио локатора диаметром по 70 метров: американский в Голдстоуне (Калифорния) и бывший советский в Евпатории (Крым). В последние годы сообщения передавала только последняя установка. Как уже говорилось, они адресовались к звездам не дальше 70 световых лет.
Допустим, что на этом расстоянии работает приемник площадью миллион квадратных метров (1 км2) — проект такой радио астрономической антенны сейчас разрабатывается на Земле. В таком случае максимальная скорость передачи информации получается всего 60 бит в секунду — чуть быстрее телетайпа. Два американских инструмента заметно мощнее и могли бы обеспечить скорость 500—1000 бит в секунду.
Длина волны. Еще на заре исследований космической радиосвязи было показано, что оптимальным для нее является диапазон длин волн от 1 до 20 сантиметров, в котором, по совокупности параметров, достигается наибольшая дальность. Но как выбрать конкретную длину волны в этом диапазоне? Одна из идей состоит в том, чтобы отталкиваться от знаменитой спектральной радиолинии водорода, наблюдаемой по всей Вселенной на волне 21 сантиметр. Непосредственно на ней передавать нельзя, поскольку межзвездный газ будет ослаблять сигнал. Поэтому можно изменить длину волны, уменьшив ее, например, в целое число раз. Но есть другое, еще более красивое решение: разделить длину волны на фундаментальную математическую константу, такую как [?] = 3,14... или е = 2,71... Эти постоянные (или кратные им значения) должны быть известны любой цивилизации, причем сам факт выбора текст, длины волны, скажем, в π раз отличающейся от водородной линии, укажет на искусственную природу сигнала. Петр Маковецкий называл такой сигнал «изделием разума». Впрочем, не исключено, что со временем, по мере развития космической связи, наилучшие показатели будут достигнуты у систем инфракрасного или оптического диапазона, и тогда наши представления об оптимальной длине волны изменятся.
Модуляция. Поиски сигналов по программе SETI идут уже почти полвека. И в большинстве случаев для их анализа используется один и тот же принцип. Принимаемое излучение подвергается цифровому спектральному анализу и раскладывается на миллионы и даже миллиарды частотных каналов. Например, в проекте Phoenix американского Института SETI цифровой спектроанализатор выделяет два миллиарда каналов с шириной по 1 герцу, и каждый из них проверяется на наличие искусственной составляющей. По-видимому, это оптимальная система поиска радиосигналов от других цивилизаций. Но тогда и наши сообщения должны эффективно распознаваться таким приемником, то есть в их основе должен лежать ясный спектральный язык. Такое представление известно и широко применяется на Земле, оно называется частотной модуляцией и используется всеми FM-радиостанциями.
Структура. Договорившись, что радиопослание синтезируется на основе спектрального подхода, надо определиться с его структурой. Изменения частоты во времени могут отсутствовать, быть плавными (непрерывными) или дискретными (скачкообразными). Эти три режима передачи можно условно соотнести с тремя языками: «природы», «эмоций» и «логики». Универсальное послание должно обращаться к адресатам на всех трех языках и состоять из трех частей. Сначала передается зондирующее колебание фиксированной частоты. Проходя через межзвездную среду, оно искажается, но при наличии интуиции получатель догадается (например, обнаружив частоту «изделия разума»), что это искусственный сигнал, и даже сможет извлечь из него астрофизическую информацию о среде на пути от источника до приемника. С этой информацией он сможет приступить к расшифровке двух других частей послания. Эмоциональная часть должна представлять собой аналоговые, то есть непрерывные вариации частоты, отображающие наш эмоциональный мир и художественные образы, подобно тому, как это делает музыка. Она могла бы готовиться людьми искусства. И только третья часть послания, должна нести дискретный цифровой поток данных, представленный чередованием двух частот. Этот язык предназначен для отражения наших логических построений и формализованных знаний о себе самих и мире вокруг нас.
Космическое безмолвие
Хотя задачи поиска и передачи разумных сигналов во Вселенной тесно связаны друг с другом, важно понимать их специфику. В программе SETI, при поиске внеземных цивилизаций, мы не знаем в точности, что именно ищем, но предполагаем, что это существует в Природе. То есть решается сугубо научная задача обнаружения сигнала, его декодирования, выделения из него осмысленной информации. Здесь все в точности, как при поиске новых природных явлений, с той лишь разницей, что ищется не естественнонаучная закономерность, а осмысленное сообщение, сигналы не Природы, но Разума.
