Разговоры через 100 световых лет

Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком

Уже много веков человечество ставит перед собой вопрос, есть ли жизнь и цивилизованное общество где-либо еще, кроме нашей Земли. Но ответ на этот вопрос получить не так просто. Познанием окружающего нас пространства занимается астрономия. Это древняя наука, имеющая многовековую историю, накопила богатейший материал о строении Солнечной системы, Галактики и всей доступной изучению Вселенной. Большое количество оптических наблюдений планет Солнечной системы позволило, например, заключить, что на них не может быть какой-либо жизни с высоким уровнем развития. Но наше Солнце вместе с Солнечной системой является лишь маленькой песчинкой в безбрежном океане Вселенной. Только в нашей Галактике насчитывается около миллиарда звезд, подобных Солнцу. Некоторые звезды имеют планетные системы, и не исключена возможность, что на них есть общества с развитой культурой.

К сожалению, экспериментальные возможности оптической астрономии, оперирующей со световыми волнами, еще недостаточны для ответа на вопрос о существовании там жизни. Даже в самый крупный телескоп нельзя увидеть не только то, что имеется на планетах других планетных систем, но и сами планеты. Слишком велико до них расстояние. Ведь даже до ближайших звезд оно примерно в миллион раз больше, чем до Солнца и планет Солнечной системы.

Правда, астрономам все же удалось выделить те звезды, которые имеют планеты, но сделали они это косвенно — по периоду вращения этих звезд. Сами же планеты других планетных систем пока еще для нас невидимы.

Казалось бы, положение тяжелое. Но это не совсем так. В послевоенные годы стала бурными темпами развиваться новая отрасль науки — радиоастрономия. Она стоит на стыке радиофизики и астрономии и заключается в использовании радиометодов и радиодиапазона для решения астрономических проблем. Это направление оказалось весьма перспективным. Радиоастрономия вложила в руки исследователей Космоса новое и весьма эффективное оружие.

По-своему подошла радиоастрономия и к коренному вопросу о возможности установления жизни на других планетных системах. Как можно узнать, что в какой-то весьма удаленной от нас планетной системе существует цивилизационное общество? Ответ прост: надо принять оттуда сигнал. Причем сигнал этот должен иметь искусственное, а не естественное происхождение.

А какова природа сигнала? Это, безусловно, должны быть хорошо распространяющиеся электромагнитные волны. Однако диапазон электромагнитных волн велик. В него входят и видимый свет, и невидимые инфракрасные и ультрафиолетовые лучи, и все радиоволны — от миллиметровых до самых длинных. В каком участке следует искать столь важный для науки сигнал? Ведь не зная длины волны передатчика, вы не сможете настроить приемник. Во всяком случае, это будет чрезвычайно трудно. Как же быть?

Накопленные наукой к настоящему времени сведения о распространении и приеме электромагнитных волн позволили сначала значительно сузить возможный диапазон поиска, а затем назвать и конкретную, наиболее вероятную, длину волны для «космического радиовещания».

Очевидно, для посылки сигнала не годится свет. Он слишком сильно поглощается межзвездной пылью, а также газами и парами в атмосферах планет. Расчеты дают совершенно нереальные величины необходимых для такой передачи мощностей светового потока. Этим самым возможный диапазон поиска ограничивается с высокочастотной стороны.

С другой стороны, очень низкие частоты электромагнитных колебаний — длинные радиоволны — также не могут быть пригодны для такой связи. Радиоэлектромагнитные исследования последних лет показали, что окружающее нас пространство весьма интенсивно излучает радиоволны. И чем длиннее волна, тем интенсивность излучения больше. Если бы человеческий глаз реагировал не на световые лучи, а на радиоволны в несколько десятков метров, то наше Солнце выглядело бы темным пятном на окружающем ярком фоне. Понятно, что сильный «фон» радиоизлучения явился бы помехой приему слабых искусственных сигналов. Значит, и выбор этой части диапазона был бы неразумен.

Наиболее благоприятным диапазоном для космической связи является участок длин волн от 3 до 30 сантиметров. И как раз внутри этого диапазона находится одна длина волны, имеющая в радиоастрономии принципиальное значение. Это волна в 21 сантиметр. Дело в том, что именно на такой волне ведет свои «передачи» межзвездный водород. Каждый водородный атом — крохотная «радиостанция», которая необычайно редко испускает «порцию» электромагнитной энергии. Частота этого радиоизлучения имеет строго фиксированное значение. Она обусловлена внутриатомным строением водорода как элемента и известна науке с большой точностью. Наконец, «фон» излучения межзвездного водорода совсем невелик. Его сравнительно легко перекрыть искусственным сигналом не слишком большой мощности.

Водород — самый распространенный элемент Вселенной. Поэтому не так давно американские исследователи вполне логично предположили, что если в каких-либо других планетных системах есть цивилизованное общество, которое, естественно, в процесса своего развития занимается исследованиями окружающего пространства, то оно должно прийти к таким же выводам и, следовательно, выбрать для установления космической связи волну в 21 сантиметр, как самую достопримечательную. Если предположить далее, что это цивилизованное общество имеет весьма высокий уровень развития, имеет, следовательно, весьма совершенные системы направленной передачи электромагнитных волн, то не исключена возможность, что это общество, стремясь установить связи со своими ближайшими соседями, ведет передачи во все стороны, в частности, в направлении нашей Солнечной системы.

Еще вопрос: какова могла бы быть дальнобойность космической радиосвязи? Сегодняшний уровень развития нашей радиотехники позволил бы осуществить радиосвязь на расстоянии около 100 световых лет. Естественно, что это можно было бы сделать, используя весьма совершенные системы радиосвязи: наиболее мощные передатчики, рекордные по чувствительности приемники, крупнейшие антенны.

Не так давно был предпринят значительный радиотехнический эксперимент — радиолокация планеты Венеры. В этом опыте участвовал передатчик, излучавший радиоволны мощностью в 265 киловатт. Огромная антенна концентрировала радиоволны в луч и посылала их в одном направлении — к Венере. Эффективность передатчика тем самым была усилена более чем в семь тысяч раз. Это все равно, что повысить его мощность до двух миллионов киловатт!

Громадной чувствительности достигли в последнее время и специальные приемники для слабых сигналов. Было бы наивно пытаться принять «космический» сигнал на обыкновенный радиоприемник. Чувствительность его совершенно недостаточна — в миллиарды раз меньше необходимой. Зато радиоастрономические приемники уже сегодня обладают требуемой сверхвысокой чувствительностью. Они работают с гигантскими антеннами, собирающими приходящую из глубин вселенной мощность сигнала на площади в сотни и тысячи квадратных метров. А сейчас сооружаются антенны с площадью приема в десятки тысяч метров.

Добавим еще, что усиление принятого сигнала ведется не обычными радиотехническими способами, а особыми молекулярными и параметрическими устройствами. Уровень собственных шумов усилителя в них снижается во много раз, усиление получается необычайно чистым, предельно свободным от помех, которые еще сравнительно недавно считались чуть ли не непреодолимым барьером для приема слабых сигналов. Только такая техника в состоянии пронести вести разумных существ через десятки световых лет космического пространства.

В сфере с радиусом 100 световых лет находится около 10 тысяч звезд. Видимо, лишь несколько процентов их имеют планетные системы, а следовательно, основу для существования жизни требования к центральной звезде, а также вероятные различия в уровнях развития еще более ограничивает это число. Но все же, по-видимому, есть некоторая вероятность, что планетная система хотя бы одной из этих звезд может иметь цивилизованное общество с высоким уровнем развития культуры и техники.

В настоящее время в США разрабатывается специальная приемная аппаратура для поисков возможной передачи искусственных сигналов на волне 21 сантиметр. Радиотелескопы предполагается направить к звездам Эпсилон созвездия Эридана и Тау созвездия Кита. Трудно что-либо сказать о вероятности успеха и о том, сколько потребуется времени для получения положительного результата. Но если он будет получен, то значение его трудно переоценить.

Здесь стоит указать на одну существенную особенность «межзвездного разговора». Всем известно, что в секунду радиоволны, как и свет, проходят 300 000 километров. А следовательно, если мы, уловив сигнал, пошлем ответ — он будет принят «космическим абонентом» очень нескоро. До установления двухсторонней связи пройдет еще много лет. Ведь даже до ближайшей к нам звезды — Альфы Центавра — расстояние около четырех с половиной световых лет. Столько времени будет идти сигнал в одном направлении. Следовательно, нужно 9 лет чтобы получить с Альфы Центавра ответ на запрос с Земли. Для установления надежной радиосвязи и выработки взаимопонятной системы передачи потребуются, вероятно, десятки лет…

Автор: Р. Сороченко.