Возможно, когда-нибудь при должном везении мы совершим величайшее открытие из всех, и узнаем, что мы не одиноки во Вселенной. У различных обсерваторий и космических миссий среди целей есть одна, самая важная — когда-нибудь найти признаки жизни на других мирах. Но конечная наша цель ещё более амбициозна – найти другую разумную и технически продвинутую цивилизацию. Поймать и прослушать их сигналы, отправить им своё сообщение, организовать двусторонний обмен данными. Если на разумном расстоянии от нас существует кто-либо ещё, то вопрос успеха этих поисков зависит только от времени, технологий, инвестиций и удачи.

Как далеко мы прошли по пути к этой нашей цели? Можем ли мы вообще обнаружить другую цивилизацию, рассылающую сигналы на том же уровне, на котором это делаем сегодня мы на Земле?

Для начала нужно понять, что в основном мы ищем разумных инопланетян, сканируя небо на предмет радиоволн (разные участки неба, и в особенности – некоторые самые интересные системы). Тому есть множество причин. Во-первых, радиоволны с большими длинами волн проникают практически через все субстанции Вселенной, блокирующие свет: пыль, газ, нейтральные и ионизированные атомы всех мастей. Для радиоволн остаётся прозрачным всё то, обо что другие виды излучения «спотыкаются» и чем поглощаются (или, как говорят астрономы, из-за чего эти волны «вымирают»).

Во-вторых, благодаря большой длине волны радиоволны кодируют гораздо больше информации на то же количество энергии. К примеру, длина волны FM-радиостанции, вещающей на частоте 90 МГц, составляет 3,3 м. Длина волны видимого глазом человека света составляет от 400 до 700 нм. В результате в радиоволнах можно закодировать в 5-8 млн раз больше информации на единицу энергии. И для обмена сообщений на дальних расстояниях это наилучший вариант.

Размеры, длины волн и температуры/энергии, соответствующие разным диапазонам электромагнитного спектра.
Строки сверху вниз:
— Проникает ли через атмосферу Земли?
— Тип излучения.
— Примерный масштаб длин волн.
— Частота.
— Температура объектов, излучающих преимущественно на этой длине.

Однако это только одна часть истории света, путешествующего по космосу. Разные другие его формы могут быть интересны для астрономов, но для целей поисков инопланетян создают только шум. Это галактический фон электромагнитного излучения, реликтовое излучение, оставшееся после Большого взрыва и излучение всяческих молекул нашей атмосферы, включая кислород и водяной пар.

Также необходимо принимать во внимание и другие ограничения. Приборы, фиксирующие радиосигналы из космоса, сами находятся на поверхности Земли, используют неподвижные антенны радиотелескопов и антенные решётки. Мы не можем рассматривать всё небо всё время – мы фокусируемся на избранных интересных объектах, изучая каждый из них относительно небольшие промежутки времени. И хотя мы концентрируемся на поисках в радиодиапазоне, вполне возможно, что предпочтительным способом поиска разумных инопланетян может оказаться использование другого диапазона – микроволны, излучение нейтрино, гравитационные волны, или даже что-то, о чём мы пока не задумывались.

MeerKAT (изначально Karoo Array Telescope) — радиотелескоп, расположенный в Северо-Капской провинции Южно-Африканской Республики. Он станет крупнейшим и наиболее чувствительным радиотелескопом в южном полушарии вплоть до завершения строительства Square Kilometre Array около 2024 года. Телескоп будет использоваться для изучения космического магнетизма, эволюции галактик, крупномасштабной структуры Вселенной, тёмной материи и природы транзиентных астрономических радиоисточников.

Также не стоит забывать, что на Земле мы не испускали подобные сигналы достаточно долгое время, а кроме того, со временем мощность этих сигналов значительно менялась. Эксперименты с радио начались в начале XX века, но эти волны были слабыми и распространялись локально. Только в 1930-х эти сигналы достигли такой мощности, что смогли превысить уровень шума, создаваемого Солнечной Системой и выйти во Вселенную из нашего уголка пространства.

В 1960-х и 1970-х годах мы даже начали специально рассылать мощные сообщения в направлении определённых космических целей: избранных звёзд и звёздных скоплений, связанных гравитационным притяжением. Высокая мощность и узкая полоса этих сигналов позволяют им легко превзойти уровень галактического, земного и космического шума.

Однако с тех пор наш мир изменился. Пик активности радиоизлучения давно прошёл, и пришёлся на эру широковещательного телевидения и радио. Теперь мы используем кабельное ТВ, спутники и интернет – в результате на этих длинах волн передач остаётся всё меньше. Скорее всего, нам нужно будет продолжать не только прослушивать небо, но и отправлять в космос специальные сигналы, если мы хотим наладить контакт с другими цивилизациями.

Одной из интересных возможностей кажется использование естественных природных сигналов в тех диапазонах, где атмосферное излучение, галактический фон и реликтовое излучение слабы. К примеру, запрещённая линия нейтрального водорода (спонтанное изменение ориентации магнитного момента электрона на противоположную, или «spin-flip transition») – на частоте 1420 МГц и длине волны 21 см. Или линия гидроксильного радикала, на которой «работают» самые мощные природные мазеры – 1662 МГц, 18 см. На больших частотах и меньших длинах волн начинает преобладать космическое излучение, а на меньших частотах и больших длинах волн – галактическое.

Можно лишь догадываться, какие возможности откроются нам после ввода в строй Сверхбольшой Антенной Решётки следующего поколения (ngVLA), которую симпозиум Astro2020 объявил приоритетным проектом. Можно мечтать о создании радиотелескопов или даже целых антенных решёток на Луне – это серьёзные предложения с невероятными преимуществами. Однако все эти проекты станут возможными только в будущем – как и прямое наблюдение за экзопланетами земных размеров, использование транзитной спектроскопии для измерения параметров атмосфер землеподобных миров, а также межпланетная палеонтология на планетах в рамках Солнечной системы.

Но вернёмся к сегодняшнему дню. Что насчёт сигналов, которые мы испускаем сегодня или уже испустили в прошлом, и что насчёт имеющихся у нас технологий обнаружения?

Каждый из вариантов придётся рассмотреть отдельно, потому что у каждого из них своя физика, своя разумная и возможная дальность обнаружения. Давайте пройдёмся по разным возможностям, и посмотрим, на каком расстоянии мы бы смогли обнаружить свою копию, имея в распоряжении текущие технологии.

Насколько далеко от Земли ушли сигналы, мощность которых превышает различное фоновое излучение космоса и Галактики?

В известном художественном фильме «Контакт» был показан сценарий, при котором инопланетная цивилизация поймала телепередачу с Земли с Олимпиады 1936 года и отправила нам это изображение обратно. На самом деле такие ранние передачи потонули бы как из-за прохода через атмосферу, так и из-за шумного в радиодиапазоне Солнца. Эти сигналы и все передачи коммерческих радиостанций первой половины XX века были слишком слабыми для того, чтобы превысить уровень фонового шума – наши же собственные современные технологии их бы не уловили.

Однако свои радиопередачи вели и военные, и вот их мощность и частоты как раз подходят для того, чтобы обнаружить их за сотни световых лет – это были сигналы радаров, которые во время Холодной войны пытались распознать атаку баллистическими ракетами. Впервые такие технологии разработали в конце 1950-х и начале 1960-х, поэтому разумно построить воображаемую сферу с радиусом в 60-65 световых лет и центром в Земле, после чего заявить, что если в неё попадает землеподобная разумная цивилизация, то она уже смогла бы обнаружить наше присутствие в тех передачах, что мы отправили во Вселенную. С учётом некоторых предположений можно сказать, что на половине этого расстояния, около 30 световых лет, нет цивилизаций, которые бы получили наш сигнал и тут же отправили бы нам на него ответ.

Что насчёт послания Аресибо, и других попыток отправки специальных сигналов для внеземных цивилизаций?

Подобные сигналы в принципе могут преодолеть и большие расстояния. Обеспечив постоянную интенсивность сигнала, простое повторяющееся сообщение, определённую частоту небольшого диапазона и направленный коллимированный луч, мы можем преодолеть расстояния в несколько десятков тысяч световых лет. Не случайно послание Аресибо было направлено не к одной звезде, а в сторону шарового их скопления – набора из сотен тысяч звёзд, расположенных на расстоянии в несколько десятков световых лет друг от друга.

Однако даже цивилизации, оказавшейся на пути этого узкого луча, должно повезти для того, чтобы она нас обнаружила – им нужно будет смотреть в нужном направлении в нужное время, и записывать сигнал с достаточной детализацией, чтобы его можно было раскодировать и понять, что он был создан другим разумом. Мы не отправляли этот сигнал многократно, мы не отправляли его постоянно несколько месяцев, лет или десятилетий, мы не отправили его к разным целям, расположенным на достаточно близких для общения расстояниях. Возможно, что кто-нибудь когда-нибудь его примет, раскодирует, и отправит ответ – но мы не узнаем об этом в ближайшие 50 000 лет или около того.

Что насчёт самого интересного из полученных нами сигналов? Могли ли его отправить разумные инопланетяне?

Мы получили только один сигнал, похожий на нечто, что можно ожидать от инопланетян – сигнал «Wow!». 15 августа 1977 года, уже более 45 лет назад, радиотелескоп «Большое ухо» зафиксировал аномально сильный сигнал, исходящий из конкретной точки неба – интенсивный, долгий, и непохожий ни на что, из того, что мы видели до или после этого. Модуляции в нём не прослеживалось – а именно так информацию передают по радиоволнам – однако пик его в четыре раза превысил интенсивность, а длительность оказалась в 6 раз больше, чем у других сигналов.

Самое интересное, что он как раз оказался почти на линии водорода – упомянутых 21 см. Могло ли быть так, что этот сигнал, похожий на послание Аресибо, который отправила цивилизация, похожая на нашу, и мы в нужное время посмотрели в нужное место?

Возможно. Хотя более вероятно, что это просто скопление атомов водорода, движущихся со скоростью 10 км/с относительно нас (а в пределах Млечного Пути такие скорости распространены) испустила такой сигнал, после чего прекратила излучать. Мы не знаем, почему, но все последующие попытки не смогли найти никакого источника сигналов в той области пространства.

Конечно, звёзды, с которыми мы уже сегодня могли бы общаться, или которые могли бы обнаружить наше присутствие по созданным нами электромагнитным сигналам, представляют собою лишь крошечную, невероятно мизерную долю всех звёзд, существующих даже в пределах Галактики Млечный Путь. Коллаборация RECONS, созданная в 1994 году для переписи ближайших к нам звёзд, расширила свой поиск до 25 парсеков (около 82 световых лет) и обнаружила в общей сложности около 3000 звёзд на таком расстоянии от нас. Для сравнения, в Млечном Пути насчитывается около 400 миллиардов (400 000 000 000) звезд, что напоминает нам о том, что наше присутствие всё ещё остаётся незамеченным для более чем 99,999% потенциальных цивилизаций в нашей галактике.

Всё это означает, что да, мы действительно пока не нашли никаких признаков существования разумных инопланетян. Но мы не должны из-за этого отказываться от поисков, поскольку мы занимаемся ими совсем недолго, причём с помощью относительно примитивных методов и технологий. Мы уже поняли, что вряд ли разумная, технологически развитая цивилизация найдётся рядом с каждой звездой, но это лишь означает, что плодов нет на самой низкой ветке. Если мы хотим узнать, кто ещё существует во Вселенной, мы должны продолжать искать, пока кого-нибудь не найдём. В великой космической лотерее жизни мы не узнаем, каковы шансы на выигрыш любого приза, и являются ли человеческие существа вообще главным призом в розыгрыше, пока не изучим достаточное количество лотерейных билетов, чтобы найти ответы на наши самые интересные вопросы.


Источник: Вячеслав Голованов / habr