SETI: Поиск Внеземного Разума: читать начало книги онлайн

Второе направление, развиваемое Н. С. Кардашевым — поиск сигналов от сверхцивилизаций (см. § 1.4). Поскольку речь идет о непрерывном широкополосном излучении, обнаружение подобных сигналов возможно с помощью обычной радиоастрономической аппаратуры. Здесь, практически, не требуется проводить поиск по частоте. А поиск по направлению сводится к исследованию различных дискретных источников космического радиоизлучения с целью выявления среди них искусственных радиоисточников, в соответствии с ожидаемыми критериями искусственности. Обследование звезд в рамках этой программы не представляет интерес, так как сверхцивилизации, осуществляющие преобразование таких гигантских потоков энергии, уже не могут ассоциироваться с обычными звездами.

Следует заметить, что в начале 1960-х годов, когда была выдвинута эта программа, космическое радиоизлучение в оптимальном для межзвездной связи сантиметровом диапазоне волн было еще очень слабо изучено. Обзоры неба, проведенные к тому времени, на основе которых были составлены каталоги радиоисточников, выполнялись на более длинных волнах. Например, знаменитый Кембриджский обзор проводился на частоте 178 МГц. Можно было ожидать, что существует множество радиоисточников с максимумом излучения в сантиметровом диапазоне, которые не видны на более длинных волнах[25]. Среди них могли быть и искусственные источники. Поэтому Н. С. Кардашев выдвинул в качестве первоочередной задачи SETI проведение полных обзоров неба в оптимальном для межзвездной связи сантиметровом диапазоне волн. Это предложение было поддержано радиоастрономами, поскольку оно смыкалось с актуальными задачами радиоастрономии. Предполагалось, что в процессе обзора можно будет делать отбор источников с малыми угловыми размерами, а затем исследовать их согласно другим ожидаемым критериям искусственности.

Кроме того, Н. С. Кардашев обратил внимание на необходимость поиска искусственных радиоисточников в центре нашей Галактики и в ближайших галактиках — Магеллановых Облаках и Туманности Андромеда, а также на исследование некоторых пекулярных радиоисточников.

Бюраканское совещание рекомендовало развивать исследования в обоих направлениях: поиск монохроматических сигналов от ближайших звезд и поиск сигналов от сверхцивилизаций путем детального исследования радиоисточников, подозреваемых в качестве искусственных.

1.6. Сигнал готовности

Интересные соображения о стратегии поиска внеземных цивилизаций были развиты патриархом советской радиоастрономии С. Э. Хайкиным (1901-1968)[26]. По состоянию здоровья он не мог присутствовать на бюраканской конференции, представленный им доклад был зачитан Ю. Н. Парийским, с которым Хайкин обсуждал основные положения своего доклада.

«Своеобразие обсуждаемой проблемы, — подчеркнул Хайкин, — состоит в том, что она обращена в далекое будущее. Если не проявлять необоснованного оптимизма (который был бы только вреден), то нужно быть готовым к тому, что результат этой работы станет известным только нашим потомкам и, быть может, даже далеким потомкам». Отсюда следует, что планомерная работа по установлению радиосвязи с ВЦ «должна быть организована как систематическая работа многих поколений». Конечно, — отмечал Хайкин, — нельзя исключить того, что первый успех будет достигнут быстро, но это скорее надо рассматривать «как очень маловероятную случайность, на которую нельзя рассчитывать при организации планомерной работы». В обстановке энтузиазма первых лет SETI это сдержанное заявление прозвучало некоторым диссонансом, но последующее развитие событий подтвердило правоту Хайкина.

Одной из особенностей нашего динамичного и прагматического века является стремление к быстрому получению результатов, желание самим воспользоваться плодами своего труда. В прошлые века люди нередко предпринимали проекты, осуществление которых растягивалось на многие поколения. Достаточно вспомнить сооружение крупных величественных храмов. Те, кто проектировал такой храм, и кто закладывал первые камни в его фундамент, не могли надеяться увидеть завершение сооружения, но это не останавливало строителей. Теперь подобные проекты почти не предпринимаются. Возможно, SETI является именно таким проектом, и нам суждено лишь заложить первые камни в его основание.

Важнейший вопрос в проблеме связи с ВЦ — как отличить искусственные сигналы от естественного радиоизлучения. Излучение естественных источников содержит информацию о мощности радиоизлучения, его спектральном составе, характере поляризации, размерах источника, распределении яркости в нем. Эту информацию Хайкин назвал «естественной информацией». Но такая же «естественная информация» содержится и в радиоизлучении искусственного источника. Поэтому она не может дать бесспорных доказательств искусственного происхождения источника, а может дать лишь более или менее веские основания подозревать его в искусственности. Единственным бесспорным доказательством искусственного характера принимаемого радиоизлучения может служить только наличие в нем какой-либо информации, выходящей за пределы «естественной информации». Как обнаружить такую информацию? Прежде всего, считает Хайкин, необходимо получить наиболее полную и детальную «естественную информацию» о космических радиоисточниках. Мы должны знать возможно больше о том, какими свойствами обладают естественные радиоисточники. Тогда, обнаружив источник с резко отличными свойствами, мы можем подозревать его искусственное происхождение, хотя нельзя исключить и того, что он относится к новому классу естественных радиоисточников. Чем полнее «естественная информация» об источниках, которой мы располагаем, тем больше вероятность того, что «подозрительный» источник может иметь искусственное происхождение. Но задача получения наиболее полной «естественной информации» о радиоисточниках — это основная задача радиоастрономии. Поэтому, заключает Хайкин, планомерные поиски сигналов ВЦ (а не попытки, рассчитанные на случайную удачу) на первом этапе полностью совпадают с задачами радиоастрономии. Лишь тогда, когда будут накоплены достаточно веские «улики» искусственного происхождения того или иного источника, станут целесообразны попытки обнаружить в принимаемом радиоизлучении информацию, выходящую за пределы «естественной информации». Только эта последняя задача является специфической для связи с ВЦ, и только для ее решения потребуются специальные технические средства помимо тех, которые используются в радиоастрономии.

Совпадение первого этапа поиска сигналов ВЦ с задачами радиоастрономии является очень благоприятным обстоятельством, ибо позволяет организовать работу на первом этапе таким образом, чтобы она приносила реальные результаты, которые позволят оправдать затраченные усилия и будут поддерживать интерес к работе у большого коллектива людей, а не только у отдельных энтузиастов. От того, насколько полно будет использована такая благоприятная возможность, указал Хайкин, будет зависеть успех первого, а значит, и последующих этапов поиска радиосигналов ВЦ.

Какие средства следует использовать для связи с ВЦ? С. Э. Хайкин подчеркнул, что возможности связи зависят от уровня средств, которыми располагают обе цивилизации, и определяются «произведением их возможностей». Поэтому чем более мощные средства мы применим, тем менее мощными средствами могут располагать наши партнеры, или, при тех же средствах, тем больше будет предельное расстояние, на котором возможно установление связи. Применение возможно более мощных средств на Земле значительно увеличит вероятность осуществления связи с ВЦ и, следовательно, должно быть положено в основу программы решения этой проблемы.

Однако С. Э. Хайкин не ограничился только этими общими соображениями, а предложил конкретную стратегию, основанную на идее взаимного поиска, при котором каждый из партнеров стремится предугадать действия другого и согласовать с ним свои действия.

Рассмотрим две цивилизации А и В, различающиеся по уровню развития. Пусть развитие цивилизации В соответствует примерно нашему уровню, а цивилизация А гораздо более развита. Для цивилизации В трудность планирования радиосвязи состоит в том, что она не знает ничего определенного о технических возможностях цивилизации А. Последняя находился в этом отношении в гораздо более благоприятных обстоятельствах: планируя радиосвязь с менее развитой цивилизацией В, она может вполне определенно указать тот низший уровень развития цивилизации В, при которой та будет в состоянии принять посланные ей сигналы. Цивилизации более низкого уровня (неспособные принять ее сигналы) не будут интересовать цивилизацию А. Но возможности тех цивилизаций, которые способны установить связь, будут ей известны.

Попробуем встать на точку зрения цивилизации А. Как ей установить связь с цивилизацией В? Если положение цивилизации В в пространстве неизвестно, ей не остается ничего другого, как либо вести изотропную передачу на всю Галактику, либо последовательно обследовать лучом своей антенны все подходящие звезды в сфере выбранного радиуса R. Но поскольку цивилизация А знает уровень развития цивилизации В, она придет к выводу, что цивилизация В способна сообщить о своем существовании и готовности приема сигнала (цивилизации, не способные к этому, не будут приниматься во внимание). Для этого цивилизация В должна послать монохроматическое излучение с шириной полосы несколько герц на частоте радиолинии водорода 21 см (или, еще лучше, на одной из частот ее гармоник) мощностью в тысячи киловатт, последовательно облучая все небо, или телесный угол, в котором находится большинство звезд Галактики. Рассчитывая на передачу такого «сигнала готовности», цивилизация А создаст систему обнаружения, предназначенную для его приема. (Это может быть система, аналогичная рассмотренной в предыдущем параграфе.) Цивилизация В не закладывает в «сигнал готовности» никакой специальной информации, однако, приняв его, цивилизация А сможет определить направление, откуда был послан сигнал, и оценить расстояние до цивилизации В. После этого она немедленно приступает к передаче информации цивилизации В с помощью остронаправленной антенны. При этом радиоизлучение, несущее информацию, можно будет сопроводить «пилотсигналом» на частоте, совпадающей с той, на которой передает свой «сигнал готовности» цивилизация В. Это будет указание на то, что «сигнал готовности» принят, и в передаваемом излучении содержится «искусственная информация».

До сих пор мы рассуждали с точки зрения цивилизации А. Встанем теперь на точку зрения цивилизации В. Она должна учитывать этот образ мысли цивилизации А и выполнять свою часть программы взаимного поиска, т. е. послать «сигнал готовности». Конечно, она может надеяться, что цивилизация А осуществи! передачу, не дожидаясь получения «сигнала готовности». Но при этом ей придется считаться с тем, что другие цивилизации типа В примут эту стратегию и пошлют свой «сигнал готовности». Тогда цивилизация А будет считать существующими только те цивилизации В, от которых приходит «сигнал готовности». Если бы она знала, что цивилизация В не имеет возможности послать «сигнал готовности», тогда ей пришлось бы вести передачу на всю Галактику (путем изотропного излучения или последовательно облучая все направления). Но цивилизация А знает, что цивилизация В имеет такую возможность, и она знает, что цивилизация В знает, что она знает об этом. Принимая во внимание эти обстоятельства, цивилизация В должна понять, что, отказываясь от передачи «сигнала готовности», она рискует поставить себя вне системы организованной Галактической связи. Не является ли «сигнал готовности» тем взносом, который цивилизация В должна внести за вступление в «Галактический клуб»?

«Возникает любопытная ситуация, — подчеркнул Хайкин, — в “сообществе цивилизаций Вселенной” каждая из цивилизаций должна, в соответствии с уровнем своего развития, затрачивать определенные усилия на укрепление “сообщества”. Не выполняя выпавших на ее долю задач, она может оказаться вне сообщества». Это очень важное положение, которое выходит за рамки стратегии радиопоиска и имеет более широкое философское звучание. Всякий контакт предполагает желание и усилия, предпринимаемые с обеих сторон. «Сигнал готовности» можно трактовать в самом широком плане — прежде всего, как внутреннюю психологическую и нравственную готовность человечества к контакту.

Но вернемся к радиопоиску. Посылка «сигнала готовности» отдаляет установление связи (на время распространения сигнала до цивилизации А и обратно). Если расстояние между цивилизациями не слишком велико (скажем, меньше 100 св. лет) эту задержку можно считать приемлемой; при больших расстояниях между цивилизациями (больше 1000 св. лет) задержка становится существенной. Может быть, это обстоятельство побуждает цивилизацию А посылать радиосигналы, не дожидаясь получения «сигнала готовности»? Мы не может полностью предугадать ее действия. Поэтому было бы целесообразно, не отказываясь от поиска сигналов, организовать также передачу «сигнала готовности». Но такой сигнал должен стать акцией всего человечества. В этом случае наши усилия будут иметь смысл также как сигнал внутренней психологической готовности человечества к контакту. И тогда, кто знает, может быть, мы получим ответ даже от тех цивилизаций, которые используют неэлектромагнитные каналы связи?

1.7. Первые шаги. СТА-102

Сразу же после Бюраканской конференции В. С. Троицкий приступил к реализации своих идей. Ему удалось привлечь молодых сотрудников и аспирантов (Л. И. Герштейн, А. М. Стародубцев, В. Л. Рахлин), с помощью которых он приступил к созданию спектроанализатора по поиску узкополосных сигналов ВЦ.

К 1968 г. аппаратура была готова. Наблюдения начались осенью 1968 г., использовалась 15-метровая антенна радиоастрономической станции НИРФИ в Зименках. Исследовались 11 звезд солнечного типа (τ Кита, ε Эридана, Gl380 и 47 Большой Медведицы, β Гончих Псов, ρ Волос Вероники, η Геркулеса, π¹ Большой Медведицы, ψ⁵ Возничего, ι Персея, η Волопаса) и галактика М 31 (знаменитая Туманность Андромеды). Наблюдение каждого объекта длилось 10 минут. Ни от одного из них не было зарегистрировано монохроматического потока, превышающего 2•10^-21 Вт/м²[27]. По сравнению с проектом Озма это был несомненный шаг вперед, однако при выборе частоты поиска исследователи были вынуждены исходить из имеющихся у них возможностей. Так была выбрана частота 926—928 МГц (диапазон 32 см) только потому, что в этом диапазоне имелись разработанные промышленностью высокочувствительные элементы СВЧ.

Еще одна группа, приступившая к исследованиям после Бюраканского совещания — московские радиоастрономы из ГАИШ под патронажем И. С. Шкловского и непосредственным руководством Н. С. Кардашева. Здесь работа велась в двух направлениях: исследование пекулярных источников и подготовка к проведению обзоров неба в сантиметровом диапазоне.

Для проведения полных обзоров неба в сантиметровом диапазоне волн Н. С. Кардашев предложил построить радиотелескоп, специально предназначенный для этой цели. За основу был принят радиотелескоп системы Крауса. Он состоит из двух отражателей — неподвижного параболического цилиндра, оптическая ось которого направлена в меридиан, и плоского отражателя, который может вращаться вокруг горизонтальной оси, благодаря чему диаграмма направленности смещается в вертикальной плоскости, и можно наблюдать источники, кульминирующие на различной высоте над горизонтом. Если зафиксировать наклон плоского отражателя, то благодаря суточному вращению небесной сферы через диаграмму направленности радиотелескопа в течение суток пройдут все радиоисточники, кульминирующие на заданном угловом возвышении над горизонтом, т. е. имеющие заданное склонение δ. Таким образом, за сутки будет покрыта полоска неба в виде кольцевой зоны (360° по прямому восхождению) с шириной, равной размеру диаграммы направленности в вертикальной плоскости. Изменив наклон плоского отражателя, можно в следующие сутки просмотреть кольцевую зону, примыкающую к первой, и, двигаясь таким образом, шаг за шагом, перекрыть, наконец, все небо.

В отличие от обычного радиотелескопа, имеющего антенну в форме парабалоида вращения, у которого диаграмма направленности симметрична (так называемая «игольчатая» или «карандашная» диаграмма направленности), радиотелескоп системы Крауса имеет «ножевую» диаграмму направленности, ее размер в вертикальной плоскости значительно больше, чем в горизонтальной. Эго увеличивает ширину полосы обзора в течение суток и позволяет значительно сократить полное время обзора неба. Кроме того, благодаря малой ширине «ножа» в горизонтальной плоскости возникает возможность более точной (чем при «карандашной» диаграмме) оценки угловых размеров источника.

Эскизный проект радиотелескопа для проведения обзоров неба был разработан в Государственном Астрономическом институте им. П. К. Штернберга (ГАИШ) при МГУ и получил название РТ-МГУ (см. рис. 1.7.1). Неподвижный параболический рефлектор имел размер 416 × 5 м (горизонтальный раскрыв 400 м). Плоский отражатель размером 414 × 8,2 м мог вращаться в пределах 52,5° от вертикали, что обеспечивало перекрытие интервала склонений 105° и позволяло на широте 45° наблюдать 80% всей небесной сферы. Геометрическая площадь антенны составляла 2000 м². Диаграмма направленности по уровню половинной мощности на волне 1 см равнялась 5″ × 412″. Полное время обзора на той же волне (с учетом частичного перекрытия полос) — около 5 лет.

Рис. 1.7.1. Радиотелескоп РТ-МГУ. Фотография с макета, изготовленного Т. А. Лозинской из бумаги и хлебных крошек

И. С. Шкловский, работавший в то время заведующим отделом радиоастрономии ГАИШ, добился поддержки проекта у ректора МГУ академика И. Г. Петровского, который всегда очень внимательно относился к нуждам радиоастрономии. Однако университет не мог выделить необходимые средства. И. Г. Петровский обратился к президенту Академии Наук СССР академику М. В. Келдышу и обсудил с ним возможность сооружения радиотелескопа совместно с Академией Наук на долевых началах. М. В. Келдыш согласился с этим предложением, и вопрос был передан на решение в Научный совет по проблеме «Радиоастрономия» АН СССР, председателем которого был В. А. Котельников.

Одновременно пулковские радиоастрономы, возглавляемые С. Э. Хайкиным, выдвинули проект создания крупного радиотелескопа сантиметрового диапазона волн с антенной переменного профиля (АПП) для нужд радиоастрономии. Отражающая поверхность АПП состоит из отдельных подвижных элементов, установленных на кольцевом фундаменте. Перемещение отражающих элементов вдоль радиуса образующей окружности с одновременным вращением их вокруг вертикальной и горизонтальной оси позволяет измерять профиль отражающей поверхности и, таким образом, наводить телескоп в различные точки неба. По сравнению с параболоидом той же площади АПП имеет более высокое угловое разрешение. Подобно радиотелескопу системы Крауса, АПП также имеет «ножевую» диаграмму направленности, но с переменной высотой «ножа» (в зависимости от координат наблюдаемого источника).

Рис. 1.7.2. Радиотелескоп РАТАН-600. Слева — общий вид радиотелескопа (макет), справа — часть кругового отражателя

[25] Последующие исследования подтвердили существование такого класса радиоисточников.

[26] Хайкин С.Э. О проблеме связи с внеземными цивилизациями / Внеземные цивилизации. — Ереван, 1965. С. 83-94.

[27] Троицкий В.С., Стародубцев А.М. и др. Опыт поиска монохроматического радиоизлучения от звезд в окрестностях Солнца на частоте 927 МГц // Астрон. журн. 1971.Т.48. С. 645-647.