Текст книги "Разумная жизнь во Вселенной"

Автор книги: Юрий Мизун

Соавторы: Юлия Мизун
сообщить о нарушении

Текущая страница: 23 (всего у книги 29 страниц)

Поэтому, когда планета находится на диске звезды вблизи ее лимба, цвет звезды изменится в синюю сторону (красного стало меньше), а когда планета продвигается к центру – в красную сторону. Было оценено, что если планета проходит по диску звезды вдоль ее экватора, показатель цвета может изменяться от лимба к центру звезды на 0,7 %. Эти изменения, если они будут измерены, благодаря их симметричной форме могут быть интерпретированы как результат прохождения планеты по видимому диску звезды. Проводится также поиск планет, которые находятся на самых разных стадиях своей эволюции. Их называют протопланетны-ми образованиями (облаками). Поиск ведется главным образом в инфракрасном диапазоне, хотя эти облака можно наблюдать и в радиодиапазоне. Протопланетные облака, как правило, ищут там, где происходит образование звезд.

Что конкретно можно сказать о результатах поиска планет? Исследовались системы, состоящие из двух объектов. Одним объектом является видимая звезда, а вторым объектом – невидимая. Невидимый объект оказывает влияние на движение видимой звезды и тем самым обнаруживает себя. Разными исследователями обследовалось определенное количество таких двойных систем. Оказалось, что в большинстве случаев невидимыми компаньонами видимых звезд являются также звезды и реже субзвезды. Но все-таки у двух систем компаньонами звезд являются, видимо, планеты. Одна из этих двух звезд – звезда Барнарда, которая имеет очень большую угловую скорость движения, достигающую 10,31 угл. сек/год. За это она была названа летящей звездой. Ван-де-Камп проанализировал информацию о положении этой звезды более чем за 60 лет, начиная с 1916 года. Эта информация хранится на фотопластинках (всего 3026 штук), полученных на 61-сантиметровом рефракторе. Тщательный анализ движения летящей звезды по этим данным показал, что на 2400 пластинках содержатся свидетельства изменения положения звезды, которые повторяются с периодом в 25 лет. Эти изменения движения звезды могут быть обусловлены ее обращением вокруг общего барицентра всей системы (звезда плюс невидимые для нас планеты). Изменения в угловой скорости достигают 4·102 угл. сек. Звезда находится на расстоянии 1,81 парсек от Солнца. Масса ее мала и составляет 0,14 от массы Солнца. Поэтому она легко поддается действию на нее планет, в результате чего изменяется ее скорость. Анализ указанных данных показывает, что эти изменения в движении могли бы вызываться двумя планетами, массы которых составляют 0,8 и 0,4 массы Юпитера. Периоды обращения этих планет должны быть равны 11,7 и 26 лет. Большие полуоси орбит двух планет составляют примерно 2,7 и 3,8 а. е. Смещение звезды под действием этих планет должно составить 0,0114 а. е. Такая интерпретация не вполне однозначная. Такие же изменения в движении звезды могут вызвать три планеты, но уже с другими характеристиками. В данном случае это не так важно. На первом этапе чрезвычайно важно удостовериться хотя бы в принципиальном наличии планет у звезды.

Приведенные результаты у некоторых ученых вызывают сомнения. Это относится не к самому многолетнему, очень трудоемкому анализу и обработке фотопластинок, которые были выполнены исключительно тонко и аккуратно. Дело в самом инструменте наблюдения, его разрешающей способности. Ведь изменения в движении звезды, которые анализировались, составляли на фотопластинках всего доли микрона. Если бы эти наблюдения выполнялись прибором с разрешением в 10 – 100 раз выше, то сомнения не возникали бы. Но такие наблюдения, естественно, должны быть многолетними, поэтому и использовались эти данные. На основании экспериментальных данных сделали вывод, что и у компонента А двойной 61 Лебедя также имеются планеты. Раньше было обнаружено (или, как считают сейчас, заподозрено) существование планет у звезд Проксима Центавра, Крю-гер 60А и 70 Змееносца. Все указанные звезды будут в дальнейшем исследоваться более тщательно.

Поиск неизвестных планетных систем позволил разработать и опробовать эффективные методы (как прямые, так и косвенные) их обнаружения. На будущее исследователи ставят задачу вести поиск планет по специально разработанной программе с привлечением как космических, так и крупнейших наземных телескопов. Как уже упоминалось, планируется также создание специальных приборов, предназначенных для этой цели.

Понятно, что наличие планеты еще не означает наличие цивилизации. Планета должна быть экологически пригодна для возникновения жизни и ее эволюции в развитую цивилизацию. На ней должна быть соответствующая температура, величина притяжения к ней, которая определяется ее массой, она должна иметь соответствующий период вращения и т. д.

ЧАСТЬ ПЯТАЯ
ПРОБЛЕМА СВЯЗИ С ВНЕЗЕМНЫМИ ЦИВИЛИЗАЦИЯМИ
РАДИОВЕЩАНИЕ НА ВСЕЛЕННУЮ

Что нужно для того, чтобы начать радиовещание с Земли на Вселенную, хотя бы на расстояния 100 – 1000 световых лет от Земли? Поскольку мы не знаем, в каком конкретном направлении находятся наши корреспонденты-цивилизации, кажется логичным вещать сразу во всех направлениях, то есть использовать всенаправленную передающую антенну. При организации такого космического радиовещания возникают два вопроса: как обеспечить такую большую мощность передатчика, чтобы нас могли услышать на удалении 100 – 1000 световых лет, и как (и где) построить необходимую для передающего центра антенну. Собственно, эти два вопроса взаимосвязаны.

Вопрос о мощности передатчика является центральным. Только цивилизация с достаточным энергетическим потенциалом сможет обеспечить необходимую мощность. При межзвездной связи именно от мощности передатчика зависят дальность обнаружения и связи, объем передаваемой информации, характер сигналов и методы их обнаружения.

Важно не только то, сколько энергии можно излучить, но и то, сколько ее будет рассеяно в окружающее нас пространство. Чем больше рассеянная энергия, тем больше мы нагреваем Землю и ее атмосферу, изменяя таким образом среду нашего обитания. Ясно, что эти изменения не могут быть беспредельными, а только такими, при которых сохраняются нормальными условия функционирования биосферы, в том числе и человека.

В настоящее время потребление энергии на Земле в год составляет около 1,5·1027 эрг; это соответствует мощности порядка 5 · 1013 Вт. Вся используемая энергия в конечном счете преобразуется в тепло и излучается обратно в космическое пространство. Для того чтобы наше излучение могло быть обнаружено хотя бы на удалении 10 световых лет (если передачу вести на частоте 3 см с полосой частот в 1 Гц), необходима мощность 2·1017 Вт, что более чем в тысячу раз больше всей мощности, потребляемой на Земле. Приток энергии от Солнца составляет 1017 Вт. Где нам сейчас взять такое количество энергии? Если мы овладеем технологией получения энергии в результате управляемого термоядерного синтеза, то останется вопрос рассеяния энергии в среде обитания. Мы не можем рассеивать на своей планете (и в ее атмосфере) энергии больше, нежели получаем от Солнца, так как нарушим существующие экологические условия. Специалисты считают, что величина расхода энергии, равная 1017 Вт, является предельной не только для нашей цивилизации, но и для любой другой планетной цивилизации. Где же выход? Как можно обойти эти ограничения? Выход указал еще Циолковский: цивилизация должна выходить за пределы своей планеты и ее атмосферы. Если цивилизация выйдет за пределы своей планеты и расселится вокруг своей звезды, то предельная рассеиваемая мощность увеличивается более чем на девять порядков (она станет равной 3·1026 Вт). Значит и нам с нашим передающим центром (антенной и передатчиком) надо выбраться за пределы Земли, если мы хотим вещать на космос.

Специалисты рассчитали, что антенна с передатчиком должна быть вынесена за пределы орбиты Юпитера. Это нужно и потому, чтобы защитить биосферу Земли от излучения мощного радиопередатчика. Имея дело с антеннами, предназначенными для излучения столь большой мощности, надо решать непростой вопрос охлаждения антенны, отвода от нее тепла. Для этого надо строить весьма массивные радиаторы, отбирающие это лишнее тепло.

Размер антенны определяется многими факторами. Но главным из них является излучаемая мощность, а более определенно – та энергия, которую надо отводить от антенны в виде тепла. Было рассчитано, что для того. чтобы наше вещание было услышано на удалении 30 тысяч световых лет, необходимо соорудить антенну в виде шара, радиус которого в шесть раз больше радиуса Солнца! Диаметр этой антенны составляет десятую часть расстояния между Землей и Солнцем!

Так обстоит дело с величиной излучаемой мощности и размерами антенны. Резонно задаться вопросом: как быстро можно осуществить такое строительство? Для него понадобится соответствующий материал (и немало!), который надо будет доставить к месту строительства космическим транспортом. Понадобится и многое другое. В С. Троицкий рассчитал, что время транспортировки растянется на треть миллиона лет. Результат, прямо скажем, неутешительный. Причем он неутешителен вдвойне. Во– первых, мы должны выб-росить из головы мысли о создании всенаправленного ра-диовещания на Вселеннуюс целью установить связь с другими цивилизациями. Во-вторых, мы поняли, что и другие цивилизации, которые находятся на таком же уровне технолог ическог о развития, что и мы, не построят таких пе-редающих центров и не начнут вещать на нас. Конечно, можно себе представить, что имеются цивилизации с раз-ным уровнем технологического развития. Если некоторые, к которым относится и наша цивилизация, овладели энергией только своей планеты, то цивилизации более высоко-го уровня овладели всей энергией звезды. Энергетические возможности таких цивилизаций значительно (примерно на 10 порядков в сравнении с нашей Солнечной системой) выше. Нельзя исключить также существование и еще более раз вит ых в плане технологий цивилизаций. Эти цивилизации, если они имеются, овладели энергией всей своей галактики. Естественно их назвать сверхцивилизациями. Такое деление цивилизаций на типы I, II, III предложено Н С. Кардашевым.

Используя эту терминологию, можно ожидать, что ра-диовещание на космх мэгут себе позволить только цивилизации II и I I I типа. Означает ли это, что надо отказаться от попыток выйти через радиоокно в космос и что не стоит направлять свои приемники на космические радиопередачи? Нет, поскольку имеются и другие, кроме рассмотренных выше, возможности.

Здравый смысл подсказывает, что если мы не имеем возможности обеспечить энергией всенаправленные радиопередачи, то мы должны искать другие, менее энергоемкие пути связи с внеземными цивилизациями. Собственно, такие пути для связи в земных условиях давно разработаны. Нам надо только применить их к новым, космическим условиям. Рассмотрим эти пути.

МЕЖЗВЕЗДНАЯ РАДИОСВЯЗЬ

Опыт, описанный в предыдущем разделе, говорит о том, что нам надо использовать узконаправленные антенны, излучающие в пределах определенного телесного угла. Применение таких антенн позволит не рассеивать энергию во все окружающее пространство, а направлять ее в заданном направлении. Отсюда и получается выигрыш в энергии (мощности), причем чем меньше телесный угол, или как говорят специалисты, чем эже главный лепесток диаграммы направленности антенны, тем выигрыш по мощности больше.

Смысл диаграммы направленности антенны состоит в следующем. Она представляет собой кривую, которая характеризует изменение потока энергии, излучаемой антенной в зависимости от направления.

Можно подсчитать, какой выигрыш энергии мы можем получить, если вместо всенаправленной антенны будем использовать узконаправленную. Такой подсчет легко выполнить, если знать коэффициент направленного действия антенны (который самым тесным образом связан с формой диаграммы антенны). Чтобы определить этот коэффициент, надо мощность, излучаемую антенной в направлении главного лепестка, поделить на мощность, излучаемую всенаправленной антенной, но в обоих случаях надо брать излучаемые мощности в расчете на единичный телесный угол. Отношение этих мощностей и даст нам численное значение выигрыша в мощности при использовании узконаправленной антенны. Это отношение и есть коэффициент направленного действия. Ясно, что если во всех направлениях он равен единице, то никакого направленного действия антенны нет, она является всенаправленной, или, как еще говорят, «изотропной» (изо – равный, тропос – направление), то есть излучающей одинаково во всех направлениях.

Если использовать для передачи антенну с диаметром 300 метров, то на волне длиной 10 сантиметров получим «выигрыш” в сто миллионов, то есть в 108 раз. Так что игра стоит свеч, и строительство узконаправленных антенн, каким бы дорогим оно ни было, окупается теми результатами, которые с их помощью получаются.

Читатель понял, что мы охотимся за максимальным выигрышем. Но его можно увеличивать не только путем увеличения площади антенны, но также и путем уменьшения длины излучаемой волны. Ведь нам не обязательно работать на частоте 10 сантиметров. Если мы длину волны уменьшим до 1 миллиметра, то выигрыш увеличится в сто раз.

Что касается антенны, то чем ее площадь больше, тем больше «выигрыш» (если только она построена с соблюдением всех требований, которые к ней предъявляются). Что же касается выбора длины волны, то мы не можем ее уменьшать произвольно в погоне за выигрышем. Надо выбирать такую длину волны, излучение на которой могло бы дойти до радиокорреспондента. Это правило должно выполняться даже в том случае, если выбор длины волны не обеспечивает максимального выигрыша в энергии.

ВЫБОР ДЛИНЫ ВОЛНЫ

Связисты знают, что выбрать правильную длину волны (или частоту) – это значит обеспечить надежную радиосвязь. Существует целая служба радиопрогнозов, в задачи которой входит предсказывать оптимальные радиочастоты с определенной заблаговременностью (за год, месяц, сутки и т. д.). Эти службы распространяют долгосрочные, месячные прогнозы и прогнозы меньшей заблаговременности.

Почему же в земных условиях надо все время следить за правильным выбором радиочастоты? Дело в том, что короткие радиоволны, с помощью которых осуществляется связь на Земле, направляются от одного пункта к другому примерно так же, как световые лучи направляются зеркалом. Зеркало, которое направляет радиоволны, находится в атмосфере на высотах от 50 до 350 километров. Оно состоит из заряженных частиц электронов и атомов, от которых оторвано по одному электрону. Такие атомы называются ионами. Их электрический заряд положительный. Процесс отрыва электронов от атомов, в результате которого образуются ионы, называется ионизацией. Та часть атмосферы, где содержится достаточное количество ионов (по крайней мере более ста штук в одном кубическом сантиметре), была названа ионосферой, то есть сферой ионов. С таким же основанием ее можно было назвать и электроносферой, поскольку свободных электронов там столько же (по крайней мере выше 90 километров). Это было бы тем более оправданным, что на распространение радиоволн оказывают влияние именно электроны. Поскольку их масса в тысячи раз меньше массы ионов, они быстрее отзываются на проходящую радиоволну. Отражательная способность ионосферного зеркала определяется концентрацией свободных электронов. Чем эта концентрация больше, тем большей частоты радиоволну ионосфера в этом месте способна отразить.

Если бы концентрация электронов в ионосфере все время оставалась неизменной, то, определив ее один раз, мы узнали бы те частоты, на которых следует вести радиосвязь. Но это не так. Ионосфера практически непрерывно меняется. Дело в том, что ионы и электроны образуются под действием солнечного излучения, а оно зависит от времени суток, широты места, сезона года и т. д. Мало того, часть ионов (и электронов) образуется в ионосфере также под действием не волнового излучения Солнца, а заряженных частиц, которые вторгаются в атмосферу Земли сверху. Эти частицы вторгаются, главным образом, в высоких широтах северного и южного полушарий, где они не только изменяют ионосферу, но и вызывают полярные сияния. Таким образом, ионосферное зеркало, которое должно направлять радиоволны, непрерывно меняется. Наибольшие его изменения имеют место в высоких широтах, где по этой причине труднее всего обеспечить надежную радиосвязь. Служба радиопрогнозов практически пытается определить, какой будет ионосфера на предстоящий период. Зная ионосферу, то есть концентрацию электронов на разных высотах, не представляет труда определить оптимальную рабочую частоту для радиосвязи.

Наша задача – исследовать возможности космической радиосвязи, а не связи в пределах Земли. При этом нельзя не учитывать ионосферу. Волны длиной больше примерно 10–15 метров через ионосферу Земли в космос не пробьются. Они ионосферным зеркалом отразятся обратно к Земле. Но и в этом случае, если длина волны меньше указанного предела и волна пройдет сквозь ионосферу, ионосфера будет оказывать определенное влияние на распространение в ней радиоволны. Ионосфера не только отражает радиоволны, но и поглощает их. Как и отражение, поглощение радиоволны зависит от длины волны. Но радиоволны поглощаются не только ионосферой, но и атомами и молекулами нейтральной атмосферы. Но нейтральные частицы поглощают только волны со строго определенной длиной. Кислород и вода поглощают на длине волны 1,35 сантиметра, гидроксил – на 18 сантиметрах, формальдегид – на 6 сантиметрах. На длинах волн от 21 до 18 сантиметров (это соответствует частотам 1400–1700 МГц) размещается так называемый «водяной диапазон», в котором поглощение меньше, чем на более коротких волнах.

Но не только ионосфера и атмосфера накладывают ограничения на выбор рабочей частоты для осуществления межзвездной радиосвязи. При выборе частоты надо учитывать также радиопомехи, исходящие из Галактики и Метагалактики. Ведь радиосигналы на межзвездных радиотрассах вряд ли будут интенсивными. А обнаруживать слабые сигналы на фоне шумов очень непросто. Интенсивность радиоизлучения Галактики и Метагалактики тем меньше, чем больше частота. Значит, рабочую частоту для межзвездной связи надо выбирать в том диапазоне, где помехи уже невелики. Из сказанного ясно, что чем меньше длина волны, тем лучше: ее распространению не будет мешать ионосфера Земли, а радиопомехи Галактики и Метагалактики будут меньше. Но не тут-то было: очень короткие волны весьма сложно принимать. Это связано с устройством радиоприемников, а точнее, с физической природой самого излучения. Как известно, электромагнитное излучение обладает одновременно свойствами волн и частиц, то есть квантов. Энергия кванта тем больше, чем больше частота излучения. Регистрировать слабое излучение на высоких частотах трудно потому, что оно проявляет свои дискретные, квантовые («квант» – значит порция) свойства. Даже идеальный радиоприемник не может достоверно регистрировать это излучение. Из-за квантовой природы излучения создается впечатление, что имеются шумы, возникающие внутри приемника. Чем больше частота, тем выше уровень этих квантовых шумов, то есть уровень квантового шума прямо пропорционален частоте излучения.

Таким образом, мы ограничены в выборе рабочей частоты снизу (со стороны низких частот) наличием космического радиошума, а сверху (со стороны высоких частот) – наличием возрастающего с частотой квантового шума приемника. С учетом тех и других шумов получается, что участок с минимальным уровнем помех находится между частотами 1000 и 10 000 Гц. Это соответствует диапазону длин волн от 30 до 3 сантиметров.

В 1959 году в английском журнале «Нейчур» была опубликована статья Дж. Коккони и Ф. Моррисона. Считается, что она положила начало поиску внеземных цивилизаций, поскольку в ней впервые было показано, что имеющиеся в то время радиотехнические (а точнее, радиоастрономические) средства позволяют поставить проблему множественности миров на практическую основу. В этой пионерской работе авторы решали главный вопрос, а именно – на какой частоте надо вести межзвездную радиосвязь. Они, конечно, учли все то, о чем говорилось выше. Но этого для выбора рабочей длины волны недостаточно. Ведь надо не только оптимально выбрать рабочую длину, но и сообщить об этом радиокорреспонденту (находящемуся где-нибудь на планете около своей звезды), с тем чтобы он настроил свой приемник именно на эту частоту, а передачи для нас вел также на этой частоте. Это сложнее, чем поднять себя за волосы! Что же делать? Представим себе, что нашего радиокорреспондента мучают те же мысли: как связаться с нами, какую частоту для этого выбрать и т. д. Естественно, перед ним встанут те же вопросы, что и перед нами. Послать к нам гонца, чтобы узнать у нас рабочую частоту или сообщить нам выбранную им частоту, естественно, он не может. Остается одно – выбрать такую частоту, о которой мы догадались бы не сговариваясь. Коккони и Моррисон не без основания решили, что такая длина волны должна быть равна 21 сантиметру (частота 1420 МГц). На эту частоту не могли не обратить внимание жители Вселенной, поскольку она содержится в спектре космического радиоизлучения. Волны с длиной 21 сантиметр излучает межзвездный газ, состоящий из водорода, самого распространенного элемента во Вселенной. Этого не могут не знать другие цивилизации, а заслуги этой длины слишком велики (исследования Вселенной на волне 21 сантиметр – мощнейший метод познания ее природы), чтобы она не была воспринята всеми как основной, главный ориентир среди всех частот.

Выбор этой длины волны был одобрен практически всеми учеными мира, работающими над данной проблемой. И.С. Шкловский по поводу этого выбора высказался так: «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».

Эта длина волны всем хороша, однако на ней весьма сильно излучение межзвездного водорода, которое для познания Вселенной бесценно, но в данном случае служит помехой. Ученые предложили уменьшить длину волны вдвое (частота 2840 МГц). Полагали, что инопланетяне без труда догадаются о таком удвоении частоты, поскольку она позволяет отделаться от космического радиошума. Предлагались и другие модификации этой вселенской длины волны, равной 21 сантиметру.