И. С. Шкловский "Вселенная, жизнь, разум"

К оглавлению

Часть третья

РАЗУМНАЯ ЖИЗНЬ ВО ВСЕЛЕННОЙ

Жить на такой планете — зря время терять!
И. Ильф, “Записные книжки”

18. Общие замечания

В первой части этой книги мы рассказывали о строении Вселенной и об эволюции составляющих ее различных космических объектов. Задачей этой части было установление самых общих условий, при которых во Вселенной может (но не обязательно должна ) возникнуть жизнь. Было показано, что такая “деликатная” форма движения материи, как жизнь, зависит от большого числа совершенно не связанных между собой явлений. Так, например, явление “красного смещения” в спектрах далеких галактик оказывается, по-видимому, обязательным условием для возникновения и развития жизни на какой-нибудь планете. Так же необходимы для этого вспышки сверхновых звезд, в процессе которых образуются тяжелые элементы, без которых немыслима живая субстанция. Кроме того, образующиеся после такой вспышки ударные волны в межзвездной среде могут стимулировать процесс образования звезд (см. гл. 4). Наконец, необходимо, чтобы в достаточно большом количестве образовывались “подходящие” планеты. Этому вопросу в первой части было уделено особое внимание. Вся первая часть построена на основе надежно установленных фактов и вполне обоснованных теорий и гипотез.

Значительно сложнее обстоит с центральной проблемой возникновения живой субстанции из неживой, которой посвящена вторая часть книги. Эта проблема решается совместными усилиями молекулярной биологии, кибернетики и космогонии. “Штурм” этой твердыни непознанного, по существу, начинается только сейчас. Тем не менее уже в настоящее время намечаются пути решения этой проблемы. Во второй части проведен также анализ возможности жизни на соседних с нами планетах Солнечной системы. Увы, выдающиеся успехи космонавтики позволили получить данные о планетах, практически исключающие возможность каких бы то ни было форм жизни на них. Между тем планеты около других звезд пока еще недоступны для наших исследований.

Переходя к обсуждению вопросов, связанных с возможностью тех или иных проявлений разумно й жизни во Вселенной, мы сталкиваемся с очень большими трудностями.

Жизнь на какой-нибудь планете должна проделать огромную эволюцию, прежде чем стать разумной. Движущая сила этой эволюции — способность организмов к мутациям и естественный отбор. В процессе такой эволюции организмы все более и более усложняются, а их части — специализируются. Усложнение организмов идет как в качественном, так и в количественном направлении. Например, у червя имеется всего лишь около 1000 нервных клеток, а у человека около десяти миллиардов. Развитие нервной системы существенно увеличивает способности организмов к адаптации, их пластичность. Эти свойства высокоразвитых организмов являются необходимыми, но, конечно, недостаточными для возникновения разума. Последний можно определить как адаптацию организмов для их сложного социального поведения.

На протяжении этой части книги мы неоднократно будем применять термин “разумная жизнь”, считая его элементарным, т. е. не требующим специального определения. Между тем это далеко не так. В самом деле, что такое “разумное существо”? На этот вопрос можно попытаться ответить так: разумным мы называем такое существо, которое обладает способностью к мышлению . Ну, а что такое мышление? Здесь мы сталкиваемся с теми же трудностями в определении этого понятия, что и в случае определения понятия “жизнь”. Ведь единственно известной нам формой мышления является мышление человека. Определение понятий “мышление” и “разумная жизнь” неявно всегда сводилось к описанию конкретных особенностей человеческог о мышления, представляющего собой специфическую деятельность мозга.

Но, как подчеркивал А. Н. Колмогоров, в настоящее время такое определение уже не является удовлетворительным по двум причинам. Во-первых, в наше время интенсивного развертывания космических исследований имеется принципиальная возможность встречи с такими формами существования высокоорганизованной материи, которые обладают всеми основными свойствами не только живых , но и мыслящи х существ и которые могут существенно отличаться от земных форм. Во-вторых, бурное развитие кибернетики открыло в принципе ничем не ограниченную возможность моделировани я любых, сколь угодно сложных материальных систем.

По этим двум причинам в настоящее время имеется острая необходимость дать такое определение понятия “мышление” , которое было бы связано с какими бы то ни было конкретными представлениями о физической природе процессов, лежащих в основе мышления. Следовательно, так же как и в случае понятия “жизнь”, необходимо функциональное определение понятия “мышление”.

Последовательное развитие “функциональной” точки зрения на жизнь и мышление приводит к удивительному выводу, имеющему, на наш взгляд, исключительно большое значение для проблемы развития разумной жизни во Вселенной. Как указывает А. Н. Колмогоров, “...моделирование способа организации материальной системы не может заключаться ни в чем ином, как в создании из других материальных элементов новой системы, обладающей в существенных чертах той же организацией, что и система моделируемая. Поэтому достаточно полная модель живого существа по справедливости должна называться живым существом, модель мыслящего существа — мыслящим существом” *). Таким образом, кибернетика обосновывает принципиальную возможность создания искусственных живых и даже мыслящих существ.

Этот вопрос настолько важен, что мы на нем остановимся немного подробнее. Лучше всего будет, если мы процитируем соответствующие высказывания А. Н. Колмогорова:

“Общеизвестен интерес к вопросам:

Могут ли машины воспроизводить себе подобных и может ли в процессе такого самовоспроизведения происходить прогрессивная эволюция, приводящая к созданию машин, существенно более совершенных, чем исходные?

Могут ли машины испытывать эмоции? Могут ли машины хотеть чего-либо и сами ставить перед собой новые задачи, не поставленные перед ними их конструкторами?

Иногда пытаются обосновать отрицательный ответ на подобные вопросы при помощи:
а) ограничительного определения понятия “машина”,
б) идеалистического толкования понятия “мышление”, при котором легко доказывается неспособность к мышлению не только машин, но и человека...

...Однако важно отчетливо понимать, что в рамках материалистического мировоззрения не существует никаких состоятельных принципиальных аргументов против положительного ответа на наши вопросы. Этот положительный ответ является современной формой положения о естественном возникновении жизни и материальной основе создания...

Принципиальная возможность полноценных живых существ, построенных полностью на дискретных (цифровых) механизмах переработки информации и управления, не противоречит принципам материалистической диалектики. Противоположное мнение может возникнуть у специалистов по философии математики лишь потому, что они привыкли видеть диалектику лишь там, где появляется бесконечное. При анализе явлений жизни существенна не диалектика бесконечного, а диалектика большого (чисто арифметическая комбинация большого числа элементов создает и непрерывность и новые качества)”.

*) Колмогоров А. Н. Жизнь и мышление с точки зрения кибернетики.— М., 1961. Все дальнейшие цитаты приводятся из этого источника.

Мы привели эту длинную цитату из работы выдающегося математика только потому, что, на наш взгляд, нельзя лучше выразить суть дела. Вместе с тем А. Н. Колмогоров предупреждает против упрощенческих трактовок принципиальной проблемы возможности создания искусственных разумных существ. Пока еще кибернетика осмыслила лишь малую часть деятельности человеческого сознания. В какой-то степени поняты лишь механизм условных рефлексов и механизм формально-логического мышления. Предстоит еще огромная работа по объективному изучению в “терминах кибернетики” всех тонких видов творческой деятельности человека и других аспектов высшей нервной деятельности, пока еще во многих отношениях загадочной. А. Н. Колмогоров указывает, что “...серьезное объективное изучение высшей нервной деятельности человека во всей ее полноте представляется необходимым звеном в утверждении материалистического гуманизма. Развитие науки многократно приводило к разрушению привычных для человека иллюзий, начиная с утешительной веры в личное бессмертие. На стадии полузнания и полупонимания эти разрушительные выводы науки становятся аргументами против самой науки, в пользу иррационализма и идеализма. Дарвиновская теория происхождения видов и павловское объективное изучение высшей нервной деятельности неоднократно изображались как принижающие высшие стремления человека к созданию моральных и эстетических идеалов. Аналогично, в наше время страх перед тем, как бы человек не оказался ничем не лучше “бездушных автоматов”, делается психологическим аргументом в пользу витализма и иррационализма” .

Итак, принципиально возможно создание искусственных мыслящих существ, способных к самоусовершенствованию. Современная фантастическая литература изобилует образами механических искусственных людей — роботов. Обычно их изображают в виде карикатурно сходной по внешнему виду с человеком совокупности шарниров, электронных ламп и прочих “индустриальных” атрибутов. Однако еще замечательный чешский писатель Карел Чапек, придумавший само слово “робот” в пьесе “Рур”, изображал их вполне человекоподобными существами, изготовленными из белков... Очень вероятно, что, когда человечество до конца разгадает тайны сложного химического производства — синтеза белков из аминокислот при помощи и “под управлением” нуклеиновых кислот ДНК и РНК, живые искусственные организмы (в том числе и разумные) будут иметь вполне “естественный” внешний вид...

Впрочем пока еще преждевременно гадать, как они будут выглядеть. Нужно ясно понимать, что современная нам наука и техника пока еще не могут синтезировать даже сравнительно простые живые организмы. Однако мы сейчас находимся на пороге этого важнейшего этапа в развитии биологии. Следует также помнить, что принципиальная возможность создания живого мыслящего существа — это еще не есть реальная, практическая возможность. На этом пути несомненно встретятся огромные трудности. Некоторые из таких трудностей намечаются уже сейчас. В частности, А. Н. Колмогоров, хотя и считает, что для моделирования работы человеческого мозга, связанной непосредственно с проявлениями высшей человеческой культуры (науки, искусства, социальных чувств), достаточно оперировать со сравнительно небольшим количеством информации порядка 107—109 двоичных единиц (в то время как обычно считают, что число таких единиц должно быть по-рядка 1012-1015), однако указывает на одну фундаментальную трудность. Эта трудность будет состоять в большой сложности той программы, которая должна привести в действие автомат, моделирующий человеческий мозг. Конечно, в принципе сложную программу, которая обеспечивает достаточно быстрое решение некоторой задачи автоматом, можно получить при помощи другого автомата, куда будет вводиться простая программа.

Однако такой автомат будет вычислять сложную программу очень долго. Пока неясны пути преодоления этой, а также и других трудностей, возникающих в проблеме создания искусственной разумной жизни.

Имеются, однако, основания полагать, что бурное развитие кибернетики в гармоническом сочетании с развитием молекулярной биологии и наук о высшей нервной деятельности в конечном итоге позволит создать искусственные разумные существа, принципиально не отличающиеся от естественных, но значительно более совершенные, чем они, и способные к дальнейшему самоусовершенствованию. Очень, например, вероятно, что такие существа будут значительно более долгоживущими, чем естественные. Ведь старение организмов вызвано, по-видимому, постепенным накоплением различного рода нарушений в “печатающей” схеме ДНК клеток. Эта “схема” с течением времени как бы “стирается”. Но вполне вероятно, что искусственные “матрицы” ДНК можно сделать гораздо более “прочными” и “стабильными”.

Искусственный разум как новый, фундаментальной важности космический фактор был предметом обсуждения на Бюраканском симпозиуме по внеземным цивилизациям. Автор этой книги подчеркивал, что возникновение искусственного разума, по-видимому, является высшим этапом развития материи .во Вселенной. Основные этапы этого развития можно представить в виде последовательности: неживая эволюционирующая материя -> живая материя -> естественные разумные существа -> искусственные разумные существа. Похоже, что эра естественных разумных существ может быть сравнительно кратковременным, переходным этапом в развитии материи во Вселенной. Например, уже сейчас очевидно, что они малопригодны (или, точнее, совсем непригодны) для серьезной колонизации космоса и весьма длительных космических полетов. “Нормальная” эволюция жизни на Земле такие ситуации, конечно, не могла предусмотреть. Ничего “обидного” для живых мыслящих организмов в этом факте мы не усматриваем.

Нашу точку зрения полностью поддерживал известный американский кибернетик Минский. Он подчеркнул, что за прошедшие 15 лет “разум” наших электронных вычислительных машин улучшился в миллион раз (под “разумом” понимается некоторая комбинация объема памяти и быстродействия). В течение нескольких последующих десятилетий следует ожидать увеличения характеристики “разума” машин еще по крайней мере в несколько десятков тысяч раз. “Разум” таких машин по основным параметрам будет заведомо превосходить разум человека.

Минский особенно подчеркивал тот момент, что искусственные разумные существа (машины) могут быть очень маленькими и компактными. Они могут длительно существовать в космическом пространстве, эффективно осваивая и преобразуя его. Вернемся, однако, к проблемам естественного разума.

Возникновение разума должно быть теснейшим образом связано с коренным улучшением и усовершенствованием способов обмена информацией между отдельными особями. Поэтому для истории возникновения разумной жизни на Земле возникновение языка имело решающее значение. Язык стал средством регулирования социального поведения внутри сообщества индивидуумов, что имело огромное значение для социальной эволюции и последующей истории человеческого общества.

Можем ли мы, однако, такой процесс считать универсальным для эволюции жизни во всех уголках Вселенной? Скорее всего — нет! Ведь в принципе при совершенно других условиях средством информации между особями могли бы стать не продольные колебания атмосферы (или, скажем, гидросферы), в которой живут эти особи, а нечто совершенно другое. Почему бы не представить себе способ обмена информации, основанный не на акустических эффектах, а, скажем, на оптических или магнитных? И вообще — так ли уж обязательно, чтобы жизнь на какой-нибудь планете в процессе ее эволюции стала разумной? В гл. 14 мы уже приводили возражения против “тиражирования” жизни во Вселенной. Тем больше возражений существует против “тиражирования” разумной жизни.

Между тем эта тема с незапамятных времен волновала человечество. Говоря о жизни во Вселенной, всегда, прежде всего, имели в виду разумную жизнь. Одиноки ли мы в безграничных просторах космоса? Как уже рассказывалось во введении к этой книге, философы и ученые с античных времен всегда были убеждены, что имеется множество миров, где существует разумна я жизнь. Никаких научно обоснованных аргументов в пользу этого утверждения не приводилось. Рассуждения, по существу, велись по следующей схеме: если на Земле — одной из планет Солнечной системы — есть разумная жизнь, то почему бы ей не быть на других планетах? Ниже мы увидим, однако, что такой простой метод рассуждения, если его логически развить, не так уж плох.

Только в наше время под впечатлением запуска первых искусственных спутников Земли и космических ракет появились серьезные исследования, посвященные научном у анализу этой увлекательнейшей проблемы, остававшейся до этого только сюжетом научно-фантастических произведений. Само собой разумеется, что доказательст в существования разумной жизни на других мирах пока еще нет. Вряд ли они так скоро появятся — слишком трудна проблема. Нельзя, наконец, исключить неутешительную возможность того, что разумная жизнь во Вселенной — редчайшее (хотя, по-видимому, не уникальное) явление. Может быть, например, что наша планета как обитель разумной жизни единственная в Галактике, причем далеко не во всех галактиках имеется разумная жизнь. Так, например, в радиогалактиках типа Лебедь А вряд ли может быть высокоорганизованная жизнь (см. гл. 6). С другой стороны, можно полагать, что проявления разумной жизни (из-за некоторых свойств последней, о которых будет идти речь в этой части книги) могут быть довольно широко распространены во Вселенной.Сейчас мы еще не можем сделать выбор между этими крайними случаями. Казалось бы, при таком, мягко выражаясь, неопределенном положении стоит ли заниматься сейчас этой проблемой, тем более посвящать ей целую часть в книге? Можно ли вообще называть работы о разумной жизни во Вселенной научными? Автор этой книги глубоко убежден, что заниматься этой проблемой нужно и даже необходимо и что уже сейчас это можно делать на достаточно высоком научном уровне.

При таком анализе необходимо, естественно, выдвинуть гипотезу, что наша человеческая цивилизация — одна из очень многих и не представляет собой уникального явления во Вселенной. Более того, можно в первом приближении считать, что наша земная цивилизация — довольно типичное проявление разумной жизни во Вселенной.

Выше мы обратили внимание на то, что это основная гипотеза, вообще говоря, может быть неверной. Нельзя исключить возможности того, что разумная жизнь во Вселенной — явление очень редкое, как это, в частности, полагает автор настоящей книги (см. гл. 14) *). Таким образом, сформулированная основная гипотеза носит вероятностный характер. В естествознании, однако, можно привести ряд примеров, когда такой метод исследований был очень плодотворным.

Мощность такого метода была остроумно продемонстрирована на одном примере немецким астрономом фон Хорнером. Хорошо известно, что древние греки не имели правильного представления ни о размерах Солнечной системы, ни о расстояниях до звезд, природа которых была им не известна.

*) Такую возможность исключить нельзя, особенно если будет выяснено, что возникновение жизни на Земле есть процесс случайный (см. гл. 13). Страшно даже представить, что из 1020 — 1021 планетных систем во Вселенной, в области радиусом в десяток миллиардов световых лет разум существует только на нашей крохотной планете и, может быть, еще на некоторых немногих.

Но если бы они пользовались гипотезой, аналогичной сформулированной, то составили бы себе правильное представление о масштабах Вселенной. Применительно к этой задаче гипотезу можно формулировать следующим образом: Земля — типичная “средняя” планета, а Солнце — типичная “средняя” звезда. Далее они должны были рассуждать так. Коль скоро Земля — “средняя” планета, ее диаметр, расстояние до Солнца и способность отражать солнечные лучи (так называемое “альбедо”) также являются “средними”. Сравнение видимой яркости пяти известных в то время планет с видимой яркостью Солнца позволило бы им оценить расстояние от Земли до Солнца, выраженное в долях земного диаметра. Так как древние греки уже имели правильное представление о размерах земного шара (знаменитое измерение длины дуги части меридиана, выполненное Эратосфеном), то расстояние от Земли до Солнца было бы им известно и в линейных единицах. Оказывается, что значение астрономической единицы, полученной таким методом, превышает истинное всего лишь в два раза, хотя метод, конечно, очень груб. Вспомним, например, что истинные размеры планет значительно отличаются друг от друга, а расстояния их от Солнца меняются в довольно широких пределах. Сравнение видимой яркости Солнца с яркостью 10 ярчайших звезд на небе позволило бы уже в античное время оценить среднее расстояние между звездами. Для этого нужно было бы знать расстояние от Земли до Солнца, которое могло быть определено описанным выше методом, и считать, что Солнце — это “средняя” звезда. Полученное таким методом среднее расстояние между ближайшими к Солнцу звездами всего лишь на 10% меньше истинного.

Конечно, по тем временам при отсутствии других методов такие оценки могли иметь только вероятностный характер. Дальнейшее развитие науки лишь подтвердило бы их правильность и тем самым продемонстрировало бы мощность метода *).

Следует обратить внимание на философскую и историко-социологическую сторону вопроса, рассматриваемого в 3-й части этой книги. Если предполагается, что во Вселенной могут находиться цивилизации на самых различных уровнях развития, необходимо иметь хотя бы самое общее представление о путях развития общества разумных существ. Учитывая, что наша цивилизация, безусловно, является очень молодой и что разумная жизнь на Земле еще не вышла из младенческого возраста, следует считаться с тем, что большинство гипотетических внеземных цивилизаций продвинулось на пути социального, научного и технического прогресса неизмеримо дальше нас. Казалось бы, дать прогноз развитию общества на сроки, исчисляемые по крайней мере тысячелетиями,— безнадежная трудность. История вообще никогда никаких прогнозов не делает... Все же о некоторых тенденциях и основных закономерностях развития цивилизаций говорить, по нашему мнению, можно.

Например, вполне может обсуждаться такой вопрос: будет ли общество разумных существ развиваться в течение космогонических сроков (порядка миллиардов лет) или шкала времени его существования много меньше? Такой бесспорный и решающий для рассматриваемой проблемы фактор, как неограниченная и все нарастающая “экспансия” разумной жизни в окружающее космическое пространство, может сыграть определяющую роль в оценке возможностей обнаружить проявление разумной жизни. Сюда же следует несомненно отнести важнейшую особенность этой экспансии: стремление к активном у воздействию на Космос. Уже сейчас, на заре космической эры, человек активно воздействует на космос, делает первые, пусть пока робкие, шаги по перестройке Солнечной системы. Миллиарды лет Земля имела только одного спутника — Луну. Сколько же их сейчас?

*) В рассуждении фон Хорнера, однако, имеется существенный дефект: древние греки не имели ни малейшего представления о том, во сколько раз яркость Солнца превосходит яркость звезд. Сказанное, конечно, не умаляет ценности этого рассуждения.

Они, конечно, малы, но все же, по-видимому, больше, чем маленькие спутники Сатурна, образующие его знаменитое кольцо. В конце концов, устроить искусственное кольцо вокруг Земли — задача, которая может быть решена современными техническими средствами. Технически обоснованные проекты этого грандиозного предприятия уже имеются сейчас. Если такое кольцо нужн о будет создать (пока неясно, так ли это), оно вполне может быть создано в течение ближайших десятилетий.

В гл. 15 мы уже обратили внимание на то, что благодаря деятельности человека такая основная характеристика планеты Земли, как яркостная температура в диапазоне метровых волн, увеличилась за последние два-три десятилетия в миллионы раз. Разумные существа сделали маленькую планету — Землю третьим по мощности источником радиоизлучения в Солнечной системе. Вполне возможно, что в ближайшие десятилетия наша планета как источник радиоизлучения по мощности превзойдет Солнце (в периоды, когда на нем почти нет пятен).

Ниже будет показано, что аналогичную ситуацию в принципе можно создать и в оптическом диапазоне частот. Применение квантовых генераторов оптического излучения — лазеров — открывает возможность посылки направленных пучков света в очень узком спектральном интервале на огромные космические расстояния, причем в этом спектральном интервале и в данном направлении интенсивность пучка значительно превысит солнечное излучение.

Описанные примеры (число которых можно было бы при желании увеличить) — это только первые, робкие попытки “космического” проявления разумной жизни. Что же будет дальше? Конечно, конкретные пути активного воздействия разумной жизни на космос сейчас представить нелегко, но тенденция развития совершенно очевидна.

К сожалению, при прогнозе самых общих аспектов развития общества разумных существ на “астрономические” или, вернее, “почти астрономические” сроки мы не могли опираться на исследования философов. Это объясняется, конечно, некоторым отставанием философской науки, не всегда справляющейся с задачами, представляющими значительно больший практический интерес, чем наша. Хочется надеяться, что философы, опираясь на великое учение Маркса, Энгельса и Ленина, заинтересуются этой частью проблемы и существенно продвинут ее вперед своими исследованиями. Но, поскольку таких исследований пока еще нет, автор, не будучи специалистом, вынужден касаться в третьей части книги отдельных проблем философского характера. Он заранее просит извинения за те ошибки, которые при этом могут быть им допущены. Может быть, анализ этих ошибок положит начало плодотворной философской дискуссии, которая будет весьма полезна.

Круг проблем, которые будут затронуты в третьей части книги, довольно обширен. Он касается, во-первых, анализа возможностей перестройки космоса разумными существами. В качестве воображаемого примера такой перестройки рассматривается гипотеза Дайсона. Большое внимание мы уделим анализу всех , возможностей установления контактов (связей) между разумными существами, на-селяющими различные планетные системы. Здесь мы имеем конкретные, строго научные расчеты. В заключение мы рассмотрим несколько вопросов общего характера.

Заметим еще, что отдельные главы третьей части содержат некоторые математические и физические расчеты. Это может затруднить их чтение для мало подготовленного читателя. Однако такое усложнение текста, по нашему мнению, необходимо. В противном случае выводы, содержащиеся в этой части, представлялись бы голословными. С другой стороны, содержащийся в этих главах материал является новым и в некоторой степени оригинальным. Поэтому он может представлять интерес и для специалистов. Изложение построено таким образом, что без ущерба для понимания математические выкладки могут быть пропущены.

19. Освоение человечеством
Солнечной системы

В предыдущей главе мы уже упомянули о важнейшей для нашей проблемы особенности разумной жизни на Земле — ее экспансии в окружающее космическое пространство. Нам очень повезло — этот процесс начался буквально на наших глазах около 30 лет назад, когда был запущен первый советский искусственный спутник Земли. Сейчас спустя 30 лет приходится только поражаться грандиозности достигнутых успехов. Возникла космическая индустрия, охватывающая огромные комплексы специализированных предприятий. Уже сейчас ближний космос исправно служит человечеству, помогая ему в его практической деятельности. Упомянем хотя бы о ретрансляции телевизионных передач через специализированные спутники связи. Система ретрансляции телевидения через спутники типа “Молния” позволяет смотреть московские телепередачи в самых отдаленных уголках нашей страны. Правда, достойно сожаления, что художественное качество этих передач не всегда соответствует высокому уровню космической техники... Но это уже не имеет прямого отношения к экспансии человечества в космос. Другим аспектом использования ближнего космического пространства для практических нужд народного хозяйства является система непрерывно патрулирующих метеорологических спутников. Метеорологическая служба сейчас действительно стала глобальной. Открывается, например, возможность детально прогнозировать развитие циклонов, тайфунов и других грандиозных пертурбаций земной атмосферы, еще так недавно считавшимися стихийными, не подвластными людям. Без преувеличения можно сказать, что наконец-то метеорология поставлена на прочную экспериментальную основу.

Весьма многообещающим является применение космической техники для детального прогнозирования урожая на огромных площадях, определения зараженности вредителями труднодоступных участков тайги, рыболовства и других не менее конкретных и актуальных проблем народного хозяйства. Итак, ближний космос уже сейчас поставлен на службу человеческой практики.

Но экспансия человечества в космосе этим не ограничивается. После того как первая советская беспилотная автоматическая станция совершила мягкую посадку на поверхности Луны и передала незабываемое изображение кусочка лунной поверхности, усеянного камнями (рис. 80), наш вечный спутник стал объектом настоящей атаки со стороны исследователей. Важным шагом этой волнующей эпопеи была высадка американских астронавтов Армстронга и Олдрина на поверхности Луны в районе моря Спокойствия 20 июля 1969 г., а затем и других экипажей “Аполлонов” (рис. 81 и 82). Известная фраза Армстронга “Это маленький шаг для одного человека, но гигантский шаг для всего человечества” хорошо выражает сущность неодолимого процесса экспансии разума в космическое пространство. Сама по себе высадка астронавтов на Луне, их многочасовая работа там по установке научной (в частности, сейсмической) аппаратуры, сбор образцов пород, старт с Луны, стыковка на окололунной орбите с орбитальным отсеком, который все время патрулировал, и наконец, благополучное возвращение на Землю и приводнение в заданном месте — это ли не чудо современной техники, это ли не демонстрация тех возможностей, которые заложены в человеке!

Вряд ли скоро сгладится в памяти людей эпопея “Аполлона-13”, потерпевшего аварию и, благодаря великолепному мастерству астронавтов, благополучно вернувшегося на Землю буквально “на одном крыле”. Этот эпизод наглядно показал, что освоение космоса — не туристская прогулка, а предприятие, полное опасности и риска. Ибо трудно исключить возможность того, что какая-нибудь деталь системы, одна из десятков тысяч, не сработает. Так же, как были жертвы (и немалые!) в эпоху Великих географических открытий, так же они будут и при освоении космоса — дело это необычно трудное и новое. Однако задача состоит в том, чтобы эти жертвы были сведены к минимуму.

В нашей стране освоение Луны шло по линии спуска на ее поверхность автоматических беспилотных станций. Великолепным достижением является длительная работа на поверхности нашего естественного спутника подвижного аппарата “Луноход-1” (рис. 83). Этот космический вездеход проработал на Луне 10 1/2 “лунных суток”, перенес несколько томительно-длинных лунных ночей, с их непомерным холодом, когда температура падала до — 150 °С. “Луноход” прошел по каменистой, сложного профиля поверхности Луны свыше 10 километров. Еще более далекое путешествие совершил по лунной поверхности аппарат “Луноход-2”, прошедший за 5 лунных дней расстояние в 37 км. Советские автоматические капсулы осуществляли бурение лунного грунта и доставили на Землю образцы лунных пород.

Не за горами то время, когда на Луне будет сооружена постоянно действующая автоматическая обсерватория. Она может время от времени посещаться космонавтами-учеными, которые будут забирать накопившиеся научные материалы (например, фотопленки). Разумеется, часть информации автоматическая обсерватория будет посылать на Землю по телеметрическим каналам. Уже давно астрономы поняли, что Луна является превосходной платформой для астрономических наблюдений. Недаром знаменитый американский астроном Саймон Ньюкомб еще в прошлом веке шутливо заметил, что после смерти души настоящих астрономов должны попадать на Луну, где условия для наблюдений должны быть идеальны...

Правда, в настоящее время далеко не ясно, какой тип космической обсерватории лучше — установленный на Луне или на большом искусственном спутнике с весьма вытянутой орбитой, большая полуось которой близка к радиусу лунной орбиты. Несомненно, есть такие астрономические наблюдения, для которых последний вариант является предпочтительным. Например, радиоинтерферометрия со сверхдлинными “космическими” базами. Известно, что применение таких интерферометров, антенны которых разделены на межконтинентальные расстояния порядка многих тысяч километров, позволило достигнуть в радиоастрономии разрешающей способности (определяемой формулой
 
где     — длина волны, d — расстояние между антеннами) около 10-3 секунды дуги, что в сотни раз лучше, чем в оптической астрономии. Именно этим методом удалось получить основную информацию о “космических мазерах” на волнах 18 и 1,35 см, о чем речь шла в гл. 4. Однако дальнейшему повышению разрешающей способности таких радиоинтерферометров мешают... ограниченные размеры земного шара! И тогда естественно возникает проект: надо удалить две антенны такого интерферометра на космическое расстояние. Одна большая антенна будет находиться на Земле, в то время как другая более скромных размеров должна быть установлена на борту искусственного спутника с вытянутой орбитой. Таким образом, расстояние между антеннами (или, как принято говорить в радиоастрономии, “база”) будет не только большим, но и переменным. Последнее обстоятельство особенно важно, так как оно в принципе позволяет определить угловые размеры и даже форму источника. Мы довольно подробно остановились на этой актуальной проблеме современной радиоастрономии еще и потому, что в будущем она может иметь серьезное значение для нашей основной проблемы — обнаружения удаленных цивилизаций и установления контакта с ними. В 1979 г. на пилотируемом космическом корабле “Салют” был установлен и впервые испытан космический радиотелескоп с диаметром зеркала 10 м. Схема компоновки орбитальной станции “Салют-6” с установленным на ней космическим радиотелескопом КРТ-10 приведена на рис. 84.

Вернемся теперь к Луне как вероятной платформе для большой современной автоматической обсерватории. Если для радиоинтерференционных наблюдений наш естественный спутник не совсем удобен (так как база такого интерферометра меняется лишь в незначительных пределах), то для такой очень важной области современной науки, как рентгеновская астрономия, Луна, по-видимому, является весьма удобной платформой.

Помимо чисто астрономических наблюдений на такой обсерватории могут проводиться и специфические “селено-физические” наблюдения, например, сейсмические, метеорные, корпускулярные и многие другие. Таким образом, есть круг научных проблем, который должен решаться на стационарной лунной обсерватории, в то время как другие проблемы целесообразно решать на специализированных спутниках.

Необходимо подчеркнуть, что речь идет о совершенно реальных, ближайших задачах науки, которые будут решаться в восьмидесятых годах нашего столетия.

Однако начавшееся исследование околоземного космического пространства и Луны - это лишь первый шаг в освоении человечеством Солнечной системы. И уже сейчас мы являемся свидетелями следующего этапа. Речь идет о впечатляющих полетах советских и американских автоматических космических станций на Венеру, Марс и в самое последнее время к Юпитеру, Сатурну и Урану. В гл. 16 и 17 мы уже использовали основные научные результаты, полученные во время этих выдающихся полетов. Стоит еще раз остановиться на двух выдающихся достижениях космонавтики. Речь идет о мягкой посадке космических аппаратов на поверхности Венеры и Марса. Эти великолепные достижения имеют принципиальное значение: ведь впервые со времени существования Солнечной системы предметы с одной планеты переместились на другие!

Но здесь речь идет не просто о предметах — эти совершенные создания человеческого разума волею людей как бы изменили генеральный план Солнечной системы. Пока — ничтожно мало, но, как говорится, “лиха беда начало”... Для посадки на Венеру советским посадочным аппаратам пришлось преодолеть серьезные трудности, связанные с огромным давлением на поверхности этой планеты, а также с весьма высокой температурой. Была получена бесценная информация о температуре, давлении, химическом составе атмосферы, сведения об облаках и химическом составе поверхности, получены ее фотографии. Посадочный аппарат на Венере не может долго работать. На Марсе же такой аппарат сохраняет свою активность в течение длительного времени. Американские посадочные аппараты “Викинг-1” и “Викинг-2” несколько лет передавали с Марса изображения мест посадки и метеорологические данные.

Заметим, что до космической эры астрономы понятия не имели о том, как выглядит поверхность Марса. Даже лучшие фотографии планеты не могли разрешить детали поверхности, размеры которых меньше нескольких сотен километров. Только полет “Маринера-4” выявил наличие на поверхности Марса кратеров (см. рис. 63).

Еще в 1962 г. мы предложили исследовать спутники Марса путем их фотографирования с борта автоматической станции, вышедшей на орбиту вокруг Марса. Следует подчеркнуть, что такое фотографирование есть задача далеко не простая. Требуется высокая точность наведения автоматической станции на цель и безупречная работа всех систем. В частности, должна быть обеспечена автоматическая наводка фотографической камеры на спутники.

Эта задача была решена американской автоматической станцией “Маринер-9” в самом конце 1971 г. Фотография, приведенная на рис. 85, дает изображение Фобоса, полученное с расстояния 5540 км. Этот спутник представляет собой огромную каменистую глыбу, наибольший размер которой достигает 21 км. В общем, он имеет овалоидную форму, но поверхность его сильно разрушена. Вверху слева край Фобоса имеет явно “поврежденный” вид: значительный его кусок, по-видимому, откололся в далеком прошлом, когда произошло какое-то сильное столкновение с другим космическим телом.

Вообще поверхность Фобоса вся изрыта кратерами — следами столкновений с какими-то космическими телами, скорее всего — астероидами. На другом снимке, снятом при изменившихся условиях освещенности Фобоса Солнцем, вверху виден огромный кратер с диаметром около 7 км, что составляет примерно одну треть размеров спутника. Этот кратер, скорее всего, образовался при столкновении Фобоса с небольшим астероидом. На обеих фотографиях обращает на себя внимание большая нерегулярность линии терминатора, отделяющей освещенную часть спутника от неосвещенной. Это говорит о большой “изрытости” поверхности. Полученная на “Маринере-9” фотография другого спутника Марса — Деймоса, приведена на рис. 86. На этом снимке вблизи терминатора хорошо видны два довольно больших кратера поперечником около 1,5 км.

Деймос также имеет овалоидную форму с размерами 12 х 13,5 км. Размеры спутников Марса оказались приблизительно в 1,5 раза больше, чем это принималось раньше. Это объясняется тем, что отражательная способность их поверхностей значительно меньше, чем у Марса, и близка к отражательной способности Луны.

Несомненно, что спутники Марса очень стары, скорее всего, их возраст близок к возрасту Марса и вообще всей Солнечной системы. Это следует из структуры их поверхности, носящей следы интенсивных бомбардировок большим количеством метеоритов. Такая плотность метеоритного вещества могла быть только на ранних этапах эволюции Солнечной системы. Пока еще не ясно, как в процессе эволюции орбиты спутников Марса стали почти круговыми, лежащими почти точно в экваториальной плоскости Марса. Может быть, такие орбиты есть результат воздействия приливов?

В дополнение к двум естественным спутникам сейчас вокруг красной планеты обращаются несколько искусственных спутников. Они, конечно, маленькие и вряд ли окажутся долговечными — из-за возмущения Солнца они в конце концов врежутся в поверхность Марса. Но что будет через несколько десятилетий? Несомненно, количество и размеры земных искусственных спутников, обращающихся вокруг Марса, станут больше. Кто знает — не будут ли сооружены автоматические обсерватории на Фобосе или Деймосе? Сооружение таких обсерваторий имело бы, в частности, серьезное значение для систематической службы Солнца.

В главе 16 уже шла речь о замечательном полете американской автоматической межпланетной станции “Пионер-10”. Весьма примечательно, что после выполнения программы наблюдения Юпитера “Пионер-10” покинет пределы Солнечной системы и навсегда уйдет в глубину межзвездного пространства. Это произойдет из-за возмущения его движения вокруг Солнца притяжением Юпитера. Ему выпадет редкая доля — блуждать в невообразимо огромных просгранствах Галактики многие миллиарды лет. Вероятность его столкновений с каким-либо космическим гелом заметной массы, например, с астероидом, невообразимо мала. Непрерывная бомбардировка его поверхности межзвездными атомами водорода через миллиарды лет приведет к образованию на его поверхности своеобразной “окалины”. Но общий вид творения рук человеческих не изменится сколько-нибудь существенным образом. Полет “Пионера-10” — это первый прорыв человечества в Галактику.

Есть, конечно, ничтожная, невообразимо малая вероятность того, что когда-нибудь, через многие миллионы лет, неведомые нам высоко цивилизованные инопланетные существа обнаружат “Пионер-10” и встретят его как посланца чужого, неведомого им, мира... На этот случай внутри “Пионера-10” заложена стальная пластинка с выгравированными на ней рисунком и символами, которые дают минимальную информацию о нашей земной цивилизации (рис. 87). Что же там изображено? Прежде всего, вполне реалистическое изображение представителей человеческой расы. Вверху слева два кружочка символизируют протон и электрон, образующие атом водорода. Горизонтальная линия между ними символизирует знаменитую водородную линию 21 см, одновременно являющуюся масштабом длины и времени. Отсюда, сравнивая эту метку с размерами изображения человеческих существ, разумные “внеземляне” получат представление о росте людей. Легко убедиться, что рост мужчины около 180 см, женщины — 164 см...

Внизу дана схема нашей Солнечной системы, откуда была послана пластинка. Большой кружок слева символизирует Солнце. Справа от него в одну линию выстроились 9 планет. Они расположены в порядке растущих расстояний от Солнца. Последние выражены над и под символами соответствующих планет в двоичной системе, причем единицей длины является длина волны линии 21 см. От третьей по порядку удаленности от Солнца планеты (Земли) линия идет к шестой (Юпитеру) и кончается стрелкой, над которой схематически представлено изображение автоматической межзвездной станции “Пионер-10”. В большем масштабе это схематическое изображение выгравировано за .человеческими фигурами. Заметим, кстати, что конструктивно “Пионер-10” выполнен очень просто: он представляет собой параболическую антенну, сзади которой находится коробка. Особенно любопытна звездообразная фигура в левой части рисунка. Она должна помочь “инопланетчикам” найти то место в Галактике, откуда была запущена межпланетная станция, и время запуска. Каждый луч дает направление от Солнца на пульсар, причем длина луча пропорциональна расстоянию между Солнцем и пульсаром. Периоды соответствующих пульсаров выражены в двоичной системе на каждом отрезке. Они выражены в принятых “натуральных” единицах через частоту, соответствующую линии 21 см (1420 МГц). Самый длинный горизонтальный луч дает расстояние от Солнца до центра Галактики.

Надо ясно понимать, что двигаясь по отношению к ближайшим звездам со скоростью 10 — 20 км/с, “Пионер-10” достигнет ближайших звезд только через сотни тысяч лет. А за миллионы и десятки миллионов лет периоды пульсаров сильно изменятся — ведь они непрерывно увеличиваются, причем по-разному для разных пульсаров (см. гл. 5). Кроме того, за это время их положение по отношению к Солнцу также изменится. “Инопланетчикам” придется решать не простую задачу: в каком месте Галактики и когда реализовалась ситуация, схематически представленная в виде звезды в левой части рис. 87. Но ведь они, наверное, очень умные, знают все пульсары в Галактике наперечет (а их должно быть больше 100000) и знают, по какому закону меняется каждый период...

Страшновато, правда, подумать, что через многие миллиарды лет, когда, может быть, эта пластинка будет изучаться инопланетными разумными существами, земной цивилизации уже, вероятно, не будет. Ну, что же — космическая археология — тоже наука...

Если же говорить серьезно, то для инопланетной цивилизации (если она, конечно, есть) несравненно более вероятно высадиться на Землю, чем найти ее ничтожно малый “осколок” — “Пионер-10”.

20. 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 цель ю 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 лриходится 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 различны-ми 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   , рассчитанную на единичный интервал частот, можно определить, если воспользоваться формулой Рэлея — Джинса

где =10 см — длина волны; k = 1,38·10-16 эрг/град — постоянная Больцмана; = 7·1010 см — радиус Солнца;

Tb= 50 тыс. К — яркостная температура спокойного Солнца на волне 10 см. Выполнив вычисления, получим =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

( - 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

где А —эффективная площадь антенны, близкая к ее геометрической площади. В нашем случае G108 . 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 ТА:

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 Th. 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=0,1Tb. Однако мы сейчас будем пользоваться критерием Ta Tb.

Полагая d1=d2=100 м, W=100 Вт/Гц, =10 см, из условия Ta = Tb найдем, что R1019, 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")

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 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 ТА значительно меньше Тb.

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 прин-ципов работы приемника.

На рис. 94 приведена типичная запись регистрирующего прибора, показывающая такие флуктуации. Существует формула, дающая “среднее квадратичное” значение таких флуктуаций в зависимости от некоторых характеристик приемника. Эта формула имеет вид

где T — измеряемая “температура шумов” (пропорциональная “поглощенной” антенной мощности космического радиоизлучения плюс мощности шумов, возникающих в приемной аппаратуре), — флуктуации измеряемой “шумовой” температуры, о которых речь шла выше, т — время, в течение которого регистрирующий прибор на выходе приемника (осциллограф) “накапливает” поступающую в него после детектирования мощность, — ширина полосы частот, усиливаемых приемником (“ширина полосы пропускания приемника”).

Условие обнаружения какого-нибудь слабого сигнала состоит в том, что антенная температура, обусловленная этим сигналом, должна быть не меньше, чем флуктуации . Запишем это условие:

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:

откуда

Последняя формула позволяет определить дальность межзвездной радиосвязи в зависимости от мощности передатчика, размеров передающих антенн и характеристик приемника. Пусть

Гц.

Какой должна бьть мощность передатчика, чтобы осуществить связь на расстоянии 10 пк или 30 световых лет? 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 Мор-рисон 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°С. 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 у излучения до длинных радиоволн) достигается наименьшее значение яркостной температуры неба. Эквивалентная температура космологического фонового излучения 2,7 К ( — 270 °С) — 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” т, 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 *). 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.

*) Более подробно о природе сигналов см. гл. 23.

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 блоксхема 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

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 приведена фотография некоторых блоков этого приемника, а на рис. 97 — 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 — е Эрида-на и т 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 Р = 1000 кВт, коэффициенте направленности антенны радиотелескопа G = 106, шумовой температуре приемника Т= 120°, ширине полосы В = 100 МГц и времени накопления сигнала т = 100 с сиг-нал 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 положи-тельных 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 120000 часов наблюдений, из них около 100000 часов — по специально предназна-ченным 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 Г, G и К, 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 (см. ранее с. 228).

На рис. 102 приведено фото макета ридиотелескопа. 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.

21. Возможность осуществления
межзвездной связи
оптическими методами

В предыдущей главе мы довольно подробно обсуждали возможности радиосвязи между инопланетными цивилизациями. Является ли, однако, радиосвязь единственно возможным видом связи на межзвездных расстояниях? Несомненно, радиоволны для такой задачи обладают рядом ценных преимуществ. Основные преимущества — сравнительно малая мощность передатчика, посылающего сигналы на расстояния в десятки световых лет и дальше, возможность легко отделить искусственный сигнал от теплового радиоизлучения звезды и высокая разрешающая способность по частоте у приемной аппаратуры. Последнее свойство после детального изучения сигнала позволяет получить ряд важных сведений об излучающей его планетной системе, а также информацию о разумных существах, ее населяющих.

Несмотря на все очевидные преимущества радиосвязи между удаленными на межзвездные расстояния цивилизациями, необходимо все же обсудить другие возможные типы связи. В первую очередь мы рассмотрим интересный вопрос о возможности такой связи на очень высоких частотах оптического и примыкающих к нему диапазонов.

Казалось бы, посылка от одной планеты к другой по возможности узкого светового пучка — очевидное, принципиально простое, средство связи. Однако на пути осуществления такого “межзвездного прожектора” встречаются очень большие трудности. Дело в том, что прожекторы обычного типа, даже самые совершенные, посылают не параллельный пучок света, а слегк а расходящийся , что объясняется невозможностью создать точечный источник света в фокусе. Вот в этом-то “слегка” и заложена вся трудность проблемы. Если на обычных, “земных” расстояниях расхождение пучка из-за его непараллельности сравнительно невелико, то на межпланетных, не говоря уже о межзвездных, расстояниях оно становится уже недопустимым. Пусть, например, угол раствора конуса, в котором сосредоточен поток излучения, посылаемый прожектором равен 30 мин. дуги, как у лучших из современных прожекторов. Тогда на расстоянии 50 км диаметр сечения луча прожектора будет около 450 м и поток энергии через единицу поверхности (определяющий освещенность предмета, на который направлен прожектор) будет еще достаточно велик. Например, если мощность излучения прожектора равна 10 кВт, поток энергии через 1 см2 на расстоянии 50 км от нашего прожектора будет 5-10-6 Вт. Хотя эта величина в несколько десятков тысяч раз меньше потока солнечного излучения, в ночных условиях предмет будет отсвещен и вполне заметен.

Теперь представим себе, что такой прожектор посылает луч на Луну, чтобы, например, осветить ее темную часть. Так как среднее расстояние до Луны 380 тыс. км, диаметр пятна будет уже около 3 тыс. км. При этом освещенность поверхности Луны будет в 100 млрд раз меньше, чем от Солнца, и в 10 млн раз меньше, чем освещенность, создаваемая на темной стороне Луны светом, отраженным от Земли (“пепельный свет” Луны).

Совершенно ясно, что какого-либо светлого пятна на поверхности Луны от такого прожектора мы не обнаружим. Следует, однако, заметить, что с Луны такой прожектор был бы виден как звезда приблизительно 3-й величины и даже на ярком фоне освещенной Солнцем Земли был бы заметен. Но уже с расстояния порядка 100 млн км (что соответствует расстоянию до Марса или Венеры) наш прожектор был бы виден как слабая звездочка 15-й величины, т. е. примерно такая же, как спутники Марса, если их наблюдать с Земли. Ясно, что, если прожектор установлен на поверхности Земли, его никак нельзя будет наблюдать. Только в том случае, если он будет помещен на искусственном спутнике Земли, достаточно удаленном от ее поверхности, он может быть обнаружен с Марса или Венеры. Разумеется, при этом необходимо, чтобы луч прожектора был направлен с большой точностью на эти планеты.

Что же касается межзвездных расстояний, то и без всяких вычислений видно, что попытка обнаружить прожектор была бы совершенно безнадежной. Кроме того, в этом случае мы столкнулись бы с новой трудностью решающего характера: излучение Солнца в направлении оси прожектора на много порядков больше излучения самого прожектора. Таким образом, даже самые лучшие из современных прожекторов совершенно не в состоянии послать обнаружимый сигнал на межзвездные расстояния.

Положение, однако, коренным образом изменилось в последние годы в связи с усиленной разработкой квантовых усилителей и генераторов излучения. В радиодиапазоне это привело к изготовлению приемников сверхвысокой чувствительности, так называемых мазеров, о чем речь шла в предыдущей главе. Те же принципы, будучи примененными к оптическому и инфракрасному диапазону частот, привели к осуществлению исключительно важных и особенно перспективных приборов, получивших название “лазеров”. Здесь нас не интересуют возможности использования лазеров как весьма эффективных усилителей света. Для нашей проблемы особый интерес представляют лазеры — генераторы пучков видимого и инфракрасного излучения.

Нас бы очень далеко завело обсуждение физических принципов работы лазеров. Желающих ознакомиться с этим вопросом мы отсылаем к книге Б. Лендьела “Лазеры”.—М.: Мир, 1964. Мы здесь интересуемся лазерами с “потребительской” точки зрения, что для наших целей совершенно достаточно.

Основой современных лазеров (так же, как и мазеров) является некоторое “рабочее вещество”, которое может быть и твердым и газообразным. На заре развития лазерной техники в качестве такого вещества использовался преимущественно синтетический рубиновый кристалл. В последние годы “твердотельным” рабочим веществом лазеров является стекло, активированное неодимом. Такие лазеры работают на волне 1,06 мкм. Наряду с этим в последнее время большое распространение получили газовые лазеры, где рабочим веществом является углекислый газ СО2. Благодаря специфическим свойствам “рабочего вещества” при определенных условиях с его поверхности в направлении нормали выходит почти параллельный и в высокой степени монохроматический пучок излучения. Современные лазеры могут работать в двух разных режимах. В одном случае лазер может посылать очень короткие импульсы излучения, длительностью до 10-12 с. У современных “твердо-тельных” лазеров энергия, излученная в каждом из таких ультракоротких импульсов, может доходить до 10 Дж. Длительность импульсов может быть значительно больше, и тогда энергия, содержащаяся в импульсе, естественно, увеличивается. Например, в режиме “свободной генерации” длительность импульса порядка тысячной доли секунды, а энергия в каждом импульсе может доходить до нескольких тысяч джоулей.

Газовые лазеры, использующие СО2 в качестве “рабочего вещества”, могут работать в режиме непрерывной генерации, излучая мощность в несколько десятков киловатт. Так как излучение лазера синфазно по всей его поверхности, то, как известно из оптики, угловая ширина посылаемого им пучка будет равна  , где  — длина волны света, D — размеры блока “рабочего вещества”. Отсюда следует, что даже у современных лазеров размером всего лишь в 1 см угол раствора светового пучка равен приблизительно 5·10-5 рад или 10 с дуги. Если таким пучком осветить Луну, размеры пятна будут около 20 км. Заметим, что угловые размеры пучка могут быть сделаны значительно меньше, если лазер сочетать с некоторой оптической системой типа телескопа.

Пусть мы имеем высококачественную линзу, диаметр которой равен d, причем фокусное расстояние также равно d. Если такую линзу поместить в пучок света, излучаемый лазером, то в ее фокальной плоскости действительное изображение пучка будет иметь размеры  .

Пусть это изображение совпадает с фокусом другой линзы (или зеркала) значительно большего диаметра А, причем фокусное расстояние большой линзы больше или равно А. В таком случае, как легко убедиться, пучок, выходящий из большого зеркала, будет иметь угол расхождения, равный  . Хотя такие системы еще не изготовлены, в принципе это вполне возможно. Трудности здесь будут хотя и серьезные, но чисто технического характера. Например, необходимо будет разработать системы автоматического контроля и коррекции поверхности большого зеркала, компенсирующие деформации из-за нагревания его поверхности мощным пучком излучения.

Кроме исключительно высокой направленности, другим важным преимуществом пучка излучения, генерируемого лазером, является высокая монохроматичность. Так, например, у современных лазеров, работающих в непрерывном режиме, ширина полосы частот бывает до 10 кГц, что в десятки миллиардов раз меньше частоты излучения. Как мы увидим ниже, высокая степень монохроматичности пучка — весьма ценное качество для межзвездной связи.

В настоящее время усовершенствованию лазеров уделяется огромное внимание. Так, в США над этой проблемой работают тысячи фирм. Расходы на исследования в данной области достигают многих сотен миллионов долларов в год. Интерес к этой проблематике не случаен. Осуществление лазеров большой мощности будет означать появление нового типа оружия совершенно исключительной разрушающей способности. По существу, это будет знаменитый “тепловой луч” уэллсовских марсиан или, еще точнее, “гиперболоид инженера Гарина”, созданный лет 60 назад фантазией Алексея Толстого. Лазеры большой мощности, вероятно, можно будет использовать как эффективное противоракетное оружие.

Нужно, однако, надеяться, что колоссальные потенциальные возможности лазеров будут использоваться только в мирных целях. Развитие этой новой техники может оказать решающее влияние на ряд областей деятельности человечества, в частности на космическую связь.

Первыми, кто обратил серьезное внимание на возможность применения лазеров для космической связи, были американские ученые Таунс (один из основоположников квантовой электроники, лауреат Нобелевской премии) и Шварц. Их работа появилась в одном из апрельских номеров журнала “Нейчур” за 1961 г. В качестве основной аппаратуры они рассматривают две системы лазеров, которые пока еще не разработаны, но в принципе могут быть изготовлены в ближайшие годы.

Система “а” характеризуется мощностью 10 кВт в непрерывном режиме излучения, имеет длину волны света около 0,5 мкм, ширину полосы частот в пучке около 1 МГц, диаметр дополнительного большого зеркала 500 см и соответствующий этому зеркалу угол раствора пучка = 10-7 рад или 0,02".

Система “б” представляет собой “батарею” из 25 таких же лазеров, как и в системе “а”, но для каждого из них А = 10 см, и, следовательно, угол раствора пучка равен 1". С такой точностью вся батарея лазеров может быть ориентирована в одном направлении.

Следует заметить, что если система “а” будет установлена на поверхности Земли, то из-за неспокойствия атмосферы угол раствора пучка будет значительно больше теоретически ожидаемого, достигая 1" или даже больше. Поэтому такую систему целесообразно поместить на искусственном спутнике за пределами атмосферы. Что касается системы “б”, то она может работать с поверхности планеты без существенных искажений.

Таунс и Шварц формулируют два естественных условия обнаружимости сигналов, посланных с других миров с помощью лазеров. Первое условие : пучок должен быть достаточно интенсивным, чтобы быть обнаруженным с помощью подходящего телескопа.

Второ е условие : необходимо, чтобы каким-либо способом можно было отделить сигнал от излучения звезды. В радиодиапазоне второе условие выполняется почти автоматически, но в оптическом отделение сигнала от излучения звезды, как мы увидим ниже,— довольно сложная проблема.

Предположим, что сигнал посылается системой “а”, вынесенной за пределы атмосферы планеты. Пусть расстояние R от планеты до Земли 10 световых лет, или 1019 см. Тогда поток излучения у Земли будет Вт/см2, где W = 10кВт - мощность передатчика, = 10-14 - телесный угол пучка. Следовательно, F = 10-20 Вт/см2, в то время как поток от Солнца равен 0,14 Вт/см2. Зная отношение потоков излучения лазера и Солнца, легко можно вычислить звездную величину лазера, наблюдаемого с Земли. Для этого воспользуемся известной формулой астрономии, которая представляет собой определение понятия “звездная величина”:

Видимая звездная величина Солнца т2 = — 26,8, откуда звездная величина лазера m1 = + 21,2. Это означает, что с расстояния 10 световых лет такой лазер будет наблюдаться как одна из самых слабых звезд, едва доступная для больших телескопов. Поэтому для обеспечения надежной связи мощность передатчика должна быть повышена в несколько десятков раз по сравнению с принятой Таунсом и Шварцем.

Что касается системы “б”, то поток от нее получается в 100 раз меньшим, чем от системы “а”. Поэтому, вопреки утверждению Таунса и Шварца, для межзвездной связи она непригодна.

Теперь мы обсудим вопрос о возможности отделения сигнала лазера от излучения звезды, около которой он находится. Единственный способ такого отделения состоит в использовании свойства высокой монохроматичности излучения лазеров. Пусть эта звезда излучает вблизи волны 0,5 мкм так же, как и наше Солнце (заметим, что вблизи этой волны находится максимум в распределении солнечного излучения по спектру). Тогда интенсивность излучения, рассчитанная на единичный интервал частоты и единичный телесный угол, будет равна 4·1010 Вт/(Гц·ср), в то время как у лазера интенсивность (равная потоку излучения, деленному на телесный угол пучка) будет

Мы учли то обстоятельство, что у лазера все излучение сосредоточено в очень узкой полосе частот в 1 МГц. Таким образом, “спектральная интенсивность” у такого лазера в 25 раз больше, чем у Солнца. Если бы этот лазер работал в ультрафиолетовой или инфракрасной областях спектра, его спектральная интенсивность еще больше превосходила бы солнечную. Дело в том, что в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектральная интенсивность Солнца значительно меньше, чем в зеленой области около длины волны 0,5 мкм. Так, спектральная интенсивность для волн, больших 1,5 мкм и меньших 0,25 мкм по крайней мере в 10 раз меньше, чем для 0,5 мкм, а для волн, больших 4 мкм или меньших 0,2 мкм — в сотни раз. Кроме того, нужно иметь в виду, что в солнечном спектре имеется много линий поглощения. В области этих линий (ширины которых значительно превосходят полосу частот лазера) спектральная интенсивность Солнца падает в десятки раз).

Перечисленные обстоятельства открывают возможности в сотни и даже тысячи раз увеличить “контрастность” спектральных интенсивностей лазера и Солнца. Если лазер вынесен за пределы земной атмосферы (которая полностью поглощает ультрафиолетовое излучение с длиной волны, меньшей 0,29 мкм, и существенную часть инфракрасного излучения), то в принципе, работая в области Х = 0,15 мкм “на дне” линии поглощения, можно получить для лазера спектральную интенсивность, в десятки тысяч раз большую, чем у Солнца. Следует, однако, иметь в виду, что при этом могут встретиться большие технические трудности как при изготовлении лазера в указанной спектральной области, так и вследствие резкого уменьшения отражательной способности зеркал в ультрафиолетовых лучах. Если лазер будет работать в инфракрасной области спектра, это повлечет за собой другую неприятность: пучок станет более расходящимся, так как длина волны будет больше. В общем создается впечатление, что выгоднее всего лазеру работать в видимом диапазоне частот “на дне” какой-нибудь сильной линии поглощения в спектре Солнца, например известных линий “Н” и “К”, принадлежащих ионизованному кальцию. В этом случае спектральная интенсивность лазера в узкой полосе частот шириной в 1 МГц будет в 300 раз больше, чем у Солнца.

Если теперь наблюдать звезду с достаточно узкополосным светофильтром, излучение лазера может быть обнаружено на фоне излучения звезды. То же самое можно сформулировать иначе: если будет получен очень хороший спектр звезды, в нем может быть обнаружена весьма узкая линия излучения , принадлежащая лазеру. Однако практически трудно изготовить очень узкополосные хорошие фильтры. Точно так же разрешающая способность спектрографов ограничена.

Какая же должна быть у спектрографа разрешающая способность, чтобы в спектре звезды обнаружить линию излучения от лазера? Такая линия вполне может быть обнаружена, если ее интенсивность хотя бы на 10% превышает интенсивность непрерывного спектра. Существенно, однако, что интенсивность линий сильно “размазывается” разрешающей способностью спектрографа. Если, например, последняя составляет 1 А, или, в единицах частоты, 1011 Гц, то усредненная по этому интервалу частот интенсивность очень узкой линии лазера будет уже в 300 раз меньше интенсивности соседних участков спектра звезды. Отсюда следует, что для получения 10% контраста линии лазера над фоном разрешающая способность спектрографа должна быть 0,03 А. Это очень высокая разрешающая способность. Но применение хороших спектрографов в сочетании с интерференционными приборами, по-видимому, позволило бы обнаружить в спектрах близких звезд слабую линию излучения искусственного происхождения. Такие наблюдения, конечно, следовало бы проводить на самых сильных телескопах. Если же мощность передатчика увеличить в несколько десятков раз (см. выше), то обнаружение такой линии не будет слишком трудной задачей даже для телескопов умеренных размеров в сочетании с хорошими спектрографами.

При таких наблюдениях может, однако, возникнуть еще одна трудность. Из-за непрерывного изменения скорости передатчика по лучу зрения, обусловленного эффектом Доплера, частота сигнала будет непрерывно меняться. Для обнаружения сигнала, очевидно, нужно, чтобы за время фотографирования спектра звезд (скажем, час) частота сигнала не вышла бы за пределы полосы частот, определяемой разрешающей способностью спектрографа. Быстрее всего доплеровское смещение сигнала меняется из-за суточного вращения планеты, так как в этом случае период колебаний лучевых скоростей сравнительно невелик. Все же простой расчет показывает, что за время порядка 1 часа полоса частот лазера не уйдет за пределы, определяемые разрешающей способностью спектрографа.

Таким образом, мы убедились, что лазеры при условии их дальнейшего усовершенствования вполне могут быть пригодны для межзвездной связи. При мощности лазера 10 кВт осуществление такой связи оказывается на пределе возможностей современной техники. Имеются, однако, серьезные основания полагать, что в перспективе ближайших нескольких десятилетий мощность лазеров вырастет в огромной степени. Например, применение лазеров для военных нужд может потребовать увеличения их мощности до миллионов киловатт и даже больше.

Как же можно распознать линию искусственного происхождения в спектре какой-нибудь звезды? Во-первых, эта линия излучения должна быть чрезвычайно узкой; во-вторых, ее, повидимому, нельзя будет отождествить с какой-либо из известных спектральных линий, и, наконец, интенсивность этой линии может регулярно меняться во времени. В этом случае информация может передаваться так же, как при пользовании “световым телеграфом”. Коль скоро будет обнаружено присутствие линии излучения искусственного происхождения в спектре звезды, дальнейшее ее изучение можно будет проводить детально посредством специально для этого разработанной аппаратуры. При этом широкое применение может получить фотоэлектрический метод наблюдения, который позволяет свести “время накопления” сигнала (аналогичное “времени экспозиции” при фотографических наблюдениях) до нескольких минут и даже меньше. Это весьма желательно для расшифровки модулировного светового сигнала.

Все наши расчеты условий обнаружений оптических сигналов, посланных с других планетных систем пр и помощи лазеров, предполагают, что инопланетная цивилизация посылает очень узкий пучок света на Землю. Точность посылки сигнала должна быть очень высокой. Угол 10-7 рад, или 0,02 с дуги (а это угловая ширина пучка),— величина очень маленькая. Именно с такой точностью должно выдерживаться направление посылки сигнала. Эта точность находится на пределе возможностей современной астрономии. Если смотреть с ближайших звезд, угловой диаметр земной орбиты будет около 1 с дуги. Так как расстояние между Землей и Солнцем разумным инопланетным существам заранее не известно, они должны своим лучом “шарить” в пределах Солнечной системы, регулярно меняя его направление в пределах нескольких секунд дуги. Ведь диаметр пучка света в пределах Солнечной системы “всего лишь” около 10 млн км, что в 15 раз меньше расстояния от Земли до Солнца. По этой причине Земля будет только изредка, более или менее случайно, освещаться инопланетным лазером. Это, конечно, в высшей степени осложняет возможность его обнаружения земными наблюдателями. Последнее, на наш взгляд весьма важное, соображение Таунс и Шварц совершенно не учитывали. Между тем оно существенно снижает эффективность лазеров как средства межзвездной связи. Чтобы обойти эту трудность, нужно допустить, что диаметр пучка в пределах Солнечной системы в несколько раз больше расстояния между Солнцем и Землей. Тогда значительная часть Солнечной системы была бы “покрыта” одним пучком света. Но в таком случае при всех предположениях о расстоянии до облучающего нас лазера его мощность должна быть в несколько тысяч раз больше принятой нами.

Разумеется, это обстоятельство не может рассматриваться как решающий аргумент против возможности использования лазеров для межзвездной связи, так как мощность последних, как уже говорилось, может быть существенно большей, чем мы принимаем. Все же бесспорен тот факт, что осуществление связи между инопланетными цивилизациями с помощью радиоволн (например, на волне 21 см) значительно экономичнее, чем при помощи лазеров. Но мы не можем знать, являются ли наши критерии “экономичности” столь важными для этих цивилизаций. И никогда не следует забывать при этом, что мы судим о технических и экономических возможностях межзвездной связи исходя из современных условий. Но ведь в будущем условия могут сильно измениться и то, что сегодня кажется малоперспективным, приобретет решающее значение.

В заключение этой главы мы остановимся на перспективах связи при помощи лазеров в пределах Солнечной системы. Если пучок света от системы “а” направить на Марс в эпоху его противостояния, когда расстояние до этой планеты сокращается до 50 млн км, на его поверхности образуется освещенное пятно диаметром 5 — 7 км. Из области этого пятна вспышка света от лазера будет видна как исключительно яркая звезда — 7-й величины, т. е. примерно в 10 раз ярче, чем Венера на небосклоне Земли. Совершенно очевидно, что такой ярчайший источник можно как угодно модулировать и передавать таким образом с Земли на малую область Марса любую информацию. Такой же пучок, направленный на неосвещенную сторону Луны, даст пятно диаметром в 40 м, причем освещенность там будет всего лишь в 100 раз меньше, чем от прямых солнечных лучей. Из приведенных примеров следует, что перспективы связи на лазерах в пределах Солнечной системы очень благоприятны *).

В США и СССР уже давно проводятся удачные опыты по освещению Луны лазером.

22. Связь с инопланетными цивилизациями
с помощью автоматических зондов

При обсуждении возможности связи с инопланетными цивилизациями с помощью электромагнитных волн радио- и оптического диапазонов очень большое значение имеет вопрос о расстояниях до ближайших таких цивилизаций. Он важен не только для правильной оценки мощности передатчиков, необходимых для осуществления межзвездной связи. Чтобы яснее стали трудности, возникающие при попытках осуществления такой связи, мы рассмотрим два случая.

I. Среднее расстояние до ближайших инопланетных цивилизаций около 10 световых лет. Именно этот случай, по существу, рассматривался в проектах Коккони —Моррисона и Таунса—Шварца, которые мы подробно обсуждали в предыдущих главах.

II. Среднее расстояние до ближайших инопланетных цивилизаций превосходит 100 световых лет.

Между этими двумя случаями имеется принципиальная разница. В случае I число подходящих звезд, около которых можно ожидать разумной жизни, всего лишь три. Это e Эридана, т Кита и e Индейца. В случае II число подходящих звезд может быть несколько тысяч. Если в случае I сравнительно легко установить, посылают ли звезды в направлении Солнца искусственные радио- или оптические сигналы, то в случае II задача становится в высшей степени затруднительной, а главное — неопределенной. Ведь в течение очень длительного времени нужно непрерывно, и притом очень тщательно, следить за многими тысячами, если не десятками тысяч звезд. По существу, должна быть организована непрерывно работающая грандиозных масштабов “служба неба”. При этом необходимо еще считаться с возможностью, что весьма удаленные от нас разумные инопланетные существа по каким-либо причинам не посылают радио- или оптические импульсы в сторону Солнца. Они, например, могут исключить наше Солнце из числа звезд, вокруг которых возможна разумная жизнь. Ведь для них Солнце — только одна из многих тысяч или десятков тысяч звезд, более или менее подходящих для поддержания жизни...

Обнаружение искусственных сигналов от одной из таких звезд — весьма трудное дело. Но несоизмеримо труднее в течение многих столетий и даже тысячелетий непрерывно и с большой точностью держать в пучке электромагнитных волн десятки тысяч звезд и терпеливо, скорее всего тщетно, дожидаться ответа от одной из них...

Между тем имеются серьезные основания полагать, что общества разумных существ в Галактике разделены расстояниями, значительно превышающими 10 световых лет. Это означает, что скорее всего реализуется случай II.

В самом деле, допустим даже, что на каждой из нескольких миллиардов потенциально подходящих для развития жизни планет в нашей Галактике должна на каком-то этапе эволюции возникнуть разумная жизнь (что, вообще говоря, необязательно). Но для проблемы межзвездной радиосвязи основное значение имеет вопрос о существовании разумной жизни в эпоху , когда посылаются сигналы. Другими словами, существенное значение имеет расстояние до инопланетных цивилизаций, современны х нашей .

Если бы разумная жизнь, однажды возникнув на какой-нибудь планете, существовала там миллиарды лет, т. е. примерно столько же, сколько находится на главной последовательности “питающая” эту цивилизацию звезда, то при сделанном предположении количество разумных цивилизаций в Галактике было бы также порядка миллиарда. Положение радикально изменится, если мы учтем, что длительность разумной жизни на планетах может быть существенно меньше времени эволюции звезд.

На это обстоятельство одновременно обратили внимание в 1960 г. австралийский радиоастроном Брэйсуэлл и автор этой книги. Здесь мы не будем обсуждать столько-нибудь подробно вопрос о времени существования разумной жизни на планетах. Это будет сделано в гл. 23 и 24. Для нас пока достаточно, что возможная сравнительно небольшая длительность “технологической эры” (мы имеем в виду эру технически развитой цивилизации) на планетах может существенно уменьшить число цивилизаций, одновременн о существующих в Галактике, и соответственно увеличить расстояния до ближайших из них.

На рис. 103 приведены построенные Брэйсуэллом графики, поясняющие сказанное. При построении этих графиков сделано предположение, что на каждо й из нескольких миллиардов галактических планетных систем на некотором этапе их развития возникла разумная жизнь. Последняя, прогрессируя, достигает высокого уровня научного и технического развития и по истечении некоторого промежутка времени угасает. Например, если длительность “технологической эры” равна 10 тыс. лет, расстояние до ближайшей цивилизации будет около 1 тыс. световых лет, причем на этом расстоянии будет находиться около 50 тыс. звезд. Можно представить, как трудно в этом случае осуществить связь с помощью электромагнитных волн между ближайшими цивилизациями. Ведь заранее совершенно не известно, около какой из 50 тыс. звезд может существовать разумная жизнь. Безотносительно к вопросу о возможной ограниченности “технологических эр”, графики Брэйсуэлла позволяют быстро оценить расстояния до ближайших цивилизаций в зависимости от их полного количества в Галактике, а также число одновременно существующих в Галактике цивилизаций.

Итак, если расстояния до ближайших цивилизаций превышают 100 световых лет, то будет в высшей степени затруднительным установить связь с помощью электромагнитных волн с разумными существами около одной из многих тысяч, если не десятков тысяч, ничем не отличающихся друг от друга звезд. При такой ситуации Брэйсуэлл предлагает другой путь установления связи, который он считает значительно более практичным, а потому и перспективным. В случае инопланетных технологически развитых цивилизаций следует ожидать исключительного прогресса ракетной техники, неизбежно связанной с выходом каждой из таких цивилизаций за пределы своей планеты, в космическое пространство. Через довольно короткий промежуток времени цивилизация сможет посылать сравнительно небольшие автоматические ракетызонды в сторону ближайших звезд. Высокая техника автоматического управления сделает возможным “посадку” такого зонда на почти круговую орбиту вокруг заранее намеченной звезды. Техника такой “посадки” разработана уже сейчас.

Следовательно, вполне можно представить, что в будущем, может быть и не таком уже далеком, автоматические ракеты-зонды полетят к ближайшим звездам и там на заранее определенном расстоянии станут их искусственными спутниками.

Высокоорганизованная и технически развитая цивилизация сможет таким способом “навязать” своих искусственных спутников нескольким тысячам ближайших к ней звезд. Скорость движения таких автоматических ракет-зондов может достигать 100— 200 тыс. км/с. Такая скорость достаточно велика. В то же время осложняющие полет эффекты теории относительности, возникающие при скоростях, довольно близких к скорости света, будут не существенны. Следовательно, потребуется всего лишь нисколько столетий, чтобы вокруг всех звезд на расстоянии 100 световых лет от данной цивилизации, подозреваемых как возможные очаги разумной жизни, стали обращаться искусственные спутники.

Такие зонды, конечно, должны обладать надежной защитой от разрушающей их поверхность метеорной бомбардировки и иметь достаточно мощную и долгоживущую приемную и передающую радиоаппаратуру, питаемую либо энергией звезды, спутником которой они стали, либо источником ядерной энергии на борту. Если вокруг этой звезды имеются планеты, населенные разумными существами, радиопередачи от такого зонда должны быть обнаружены.

Преимущества связи этого типа очевидны. Во-первых, радиосигнал, посылаемый зондом за счет энергии звезды, спутником которой он стал, будет гораздо более мощным, чем в случае, когда он прямо посылается с планеты, ищущей разумных соседей по космосу. Ведь сигнал от зонда до предполагаемых разумных существ пройдет расстояние, в миллионы раз меньшее, чем если бы он прямо посылался с планеты. В проекте Брэйсуэлла не предполагается, что инопланетные разумные существа ведут длительную и непрерывную “службу неба” в поисках (возможно, тщетных) радиосигналов от “подходящих” звезд. Это, конечно, большое достоинство “метода зондов”. Наконец, этот метод установления связи не зависит от конкретного выбора длины волн (например, 21 см), что также составляет известное преимущество.

Выведенный на орбиту вокруг исследуемой звезды автоматический зонд может работать, например, по следующей программе. Прежде всего, зонд начнет исследовать, имеются ли в пространстве, где он летает, монохроматические радиосигналы. Такой автоматический “поиск” может происходить в широком диапазоне частот. Если сигналы будут обнаружены, зонд сможет тотчас же отправлять их без изменений обратно. Коль скоро данная процедура будет повторяться много раз, это несомненно привлечет внимание инопланетных разумных существ. В результате будет достигнута первая, очень важная цель: инопланетные разумные существа узнают о присутствии в их системе вестника далекой цивилизации.

По этой причине Брэйсуэлл считает важным тщательное изучение всех радиосигналов космического происхождения. Ведь нельзя исключить возможность того, что такие зонды уже давно летают в нашей Солнечной системе... Они могут быть посланцами одной или нескольких ближайших к нам инопланетных цивилизаций. В этой связи Брэйсуэлл обращает внимание на некоторые давно известные, но до сих пор не нашедшие разумного объяснения явления. Так, например, около 60 лет назад Штермер и ван дер Поль обнаружили несколько случаев “радиоэхо”, причем время запаздывания отраженного сигнала достигало несколько секунд и даже минут. Это может означать, что сигнал отражался от некоторого объекта, удаленного от Земли на расстояние свыше 1 млн км. Не является ли причиной таких странных отражений радиосигналов какой-нибудь “кибернетический гость” из далеких миров? С другой стороны, то, что космические радиосигналы даже большой мощности можно “прозевать”, доказывает пример радиоизлучения Юпитера на частотах в десятки мегагерц. За последние несколько десятилетий его много раз обнаруживали, но не придавали этому значения. Хотя мощность излучения Юпитера здесь достигает 1000 Вт/Гц, оно не было отождествлено до 1954 г.

После того как зонд установит двустороннюю связь с инопланетными разумными существами, он может начать по заранее разработанной программе передачу достаточно сложной информации. В этом отношении большие возможности открывает использование телевидения. Например, зонд может передать на планету телевизионное изображение созвездия, выделив в нем каким-нибудь способом ту звезду, откуда он прилетел. Для этого посылающие зонд разумные существа должны, конечно, заранее знать, как выглядит их звезда на небосклоне другого мира. Заметим, что эта задача очень простая. В дальнейшем будет передаваться и более сложная информация.

С другой стороны, коль скоро аборигены другого мира узнали о присутствии разумных существ около совершенно определенной звезды, последняя станет предметом особенно тщательных исследований. В сторону этой звезды будут отправлены мощные модулированные оптические и радиопучки, а также автоматические зонды. Таким образом, можно рассчитывать, что в течение 'нескольких столетий между двумя цивилизациями, разделенными десятками световых лет, установится оживленная двусторонняя связь.

В принципе объем информации, заложенной в зонде, может быть настолько велик, что даже простая односторонняя связь будет очень ценной. Наконец, можно представить себе систему ретрансляции искусственных сигналов, обнаруженных каким-либо из посланных зондов, через “промежуточные станции” обратно на “материнскую планету”. В качестве “промежуточных станций” могут быть использованы межзвездные ракеты, систематически посылаемые в космос по специальной программе.

Можно полагать, что Методом зондов исследуются только относительно близкие друг к другу цивилизации. Разумно далее предположить, что исследование Вселенной высокоразвитыми цивилизациями происходит планомерно, без нежелательного “дублирования”.

В конечном итоге можно постулировать существование Великого Кольца разумных цивилизаций в масштабе Галактики, так красочно описанного в научно-фантастическом, романе И. А. Ефремова “Туманность Андромеды”...

Если согласно Брэйсуэллу тщательные поиски в течение ряда лет не приведут к обнаружению в пределах нашей Солнечной системы источника искусственных радиосигналов, можно будет сделать “малоутешительный” вывод: ближайшая к нам технологически развитая цивилизация находится настолько далеко, что не в состоянии установить с нами какой-либо контакт.

Этот вывод станет, может быть, более наглядным, если мы обратимся к рис. 103. Если, например, полное чило разумных цивилизаций в Галактике Nc= 107, то средняя “продолжительность жизни” каждой из цивилизаций 107 лет, в то время как среднее расстояние между цивилизациями будет около 100 световых лет. Можно полагать, что за 5 млн лет своего существования достигшая высокого уровня технического развития цивилизация сможет исследовать несколько тысяч соседних звезд, среди которых по крайней мере одна должна быть населена разумными существами.

Положение, согласно Брэйсуэллу, станет совершенно другим, если Nc= 103. Тогда Nd= 107, d=2000 световых лет, а 1000 лет. Ясно, что за 1000 лет эры технического развития цивилизация не сможет установить контакты со своими разумными соседями, удаленными от нее по крайней, мере на расстоянии 2000 световых лет. Впрочем, и в этом, самом неблагоприятном, случае Брэйсуэлл не исключает возможности установления контактов между отдельными цивилизациями. Может так случиться, что весьма небольшое количество технологически развитых цивилизаций (из числа постоянно возникающих в нашей звездной системе) найдет способ победить причины, приводящие к их быстрой гибели. И тогда они, гармонически развиваясь длительное время, достигнут постепенно исключительно высокого уровня технического развития. Более подробно об этом будет говориться в гл. 25.

Даже весьма отдаленные области Галактики могут быть предметом непосредственного исследования таких “сверхцивилизаций”. Сейчас мы, конечно, ничего не можем сказать о методах этих исследований — слишком отличны должны быть уровни технического развития этих гипотетических цивилизаций от нашего уровня. Вполне может быть, что такие “эмбриональные” цивилизации, какой им кажется наша, не будут представлять для них интереса. Для них может и не быть никакой нужды исследовать все такие примитивные цивилизации, подобно мотылькам рождающиеся и гибнущие где-нибудь в нашей Галактике ежегодно в среднем два раза...

Любопытные расчеты Брэйсуэлла представляют, однако, чисто теоретический интерес. Слишком много в них совершенно произвольных предположений — даже для такой тематики как наша... И все же обсуждать нужно все возможности.


К главе 23
Смотрите ремонт материнской платы ноутбука на нашем сайте.
Хостинг от uCoz