Николай Кардашев: Первое Всесоюзное совещание по внеземным цивилизациямНазад
Николай Кардашев: Первое Всесоюзное совещание по внеземным цивилизациям
Две стратегии поиска сигналов
В начале 1960-х годов проблемой поиска внеземных цивилизаций заинтересовались советские ученые. Первым, кто обратил на нее внимание, был наш выдающийся астрофизик Иосиф Самуилович Шкловский. В 1960 г. он опубликовал в академическом журнале "Природа" большую статью "Возможна ли связь с разумными существами других планет?", а в 1962 г. вышла его знаменитая книга "Вселенная, жизнь, разум".
Она сыграла очень большую роль в развитии исследований по поиску внеземного разума, как у нас в стране, так и за рубежом. Последнее, 6-е издание книги вышло в 1987 г., уже после смерти И.С. Шкловского, но она и сейчас сохраняет свое значение. Очень советуем вам прочесть ее.
Шкловский всегда живо обсуждал научные проблемы со своими учениками и коллегами. Он умел увлекать идеями и заражать энтузиазмом. Ближайший ученик Шкловского Николай Семенович Кардашев увлекся проблемой связи с внеземными цивилизациями и выдвинул очень важные идеи в этой области. Впоследствии он стал академиком и одним из признанных мировых лидеров в проблеме ВЦ. Свои главные идеи Кардашев изложил в статье "Передача информации внеземными цивилизациями", которая была опубликована в "Астрономическом журнале" в 1964 г.
Кардашев считал, что при поиске внеземных цивилизаций надо ориентироваться не на цивилизации нашего уровня, а на высокоразвитые цивилизации, технический уровень которых намного превосходит уровень нашей земной цивилизации. Кардашев разделил все цивилизации на три типа. К первому он отнес цивилизации с уровнем энергопотребления порядка 1013 Вт (или 10 миллионов мегаватт), что близко к уровню нашей цивилизации; ко II типу он отнес цивилизации с уровнем энергопотребления порядка 1026 Вт, то есть порядка мощности, излучаемой звездами типа Солнца; и, наконец, к III типу он отнес цивилизации с уровнем энергопотребления 1037 Вт, равным суммарному излучению всех звезд Галактики.
Расчеты показали, что цивилизации II и III типов, обладая такой гигантской мощностью, могут вести всенаправленную передачу сигналов (то есть сразу по всем направлениям в пространстве) в очень широкой полосе частот (что значительно облегчает их поиск), и при этом сигналы могут быть обнаружены с помощью нашей современной техники на очень больших расстояниях - для цивилизаций II типа всюду в пределах Галактики, или даже в соседних галактиках, а для цивилизаций III типа - всюду в пределах наблюдаемой области Вселенной.
Это открывало хорошие перспективы для поиска сигналов ВЦ. Конечно, надо было определить оптимальный диапазон связи и решить множество других вопросов, но, в целом, перспективы были хорошие.
В мае 1964 г. в Бюраканской астрофизической обсерватории собрались астрономы, радиофизики, специалисты по космической связи и ученые других специальностей. Это было первое Всесоюзное совещание по проблеме поиска внеземных цивилизаций. Совещание пришло к выводу, что проблема контакта с внеземными цивилизациями является важной и актуальной научной проблемой, необходимо начинать работу в этом направлении.
Что касается методики поиска сигналов, то в этом отношении на совещании наметились два подхода, две различные точки зрения. Первое направление - поиск сигналов от цивилизаций нашего или несколько более высокого уровня развития (цивилизации I типа по Кардашеву). Так как мощность, которой располагают такие цивилизации, не очень велика, то они, чтобы обеспечить возможно большую дальность обнаружения, вынуждены будут излучать в очень узкой полосе частот. Значит, на приемной стороне надо искать узкополосные сигналы.
Почему узкополосные сигналы легче обнаружить на больших расстояниях? Потому что сила их (или мощность) будет выше, и такие сигналы легче обнаружить на фоне шума. А почему мощность сигнала будет выше? Потому что энергия, которую излучает передатчик, сосредотачивается в узкой полосе частот. Чем уже полоса частот, тем (при той же энергии) будет выше мощность. Можно пояснить это с помощью следующей аналогии. Представьте себе каменистую пустыню, в которой мы хотим построить кирпичную стену, чтобы ее можно было бы видеть издалека. Неровности почвы и камни мешают видеть стену. В нашем примере они аналогичны шуму, который мешает обнаружить сигнал.
Чем выше стена, тем легче ее обнаружить среди беспорядочно разбросанных камней. Высота стены в нашем примере аналогична мощности сигнала. Чем выше мощность сигнала, тем легче обнаружить его на фоне шума. Теперь представим себе, что мы располагаем определенным заданным количеством кирпичей. В нашем примере это будет аналогично энергии, которой располагает цивилизация для межзвездной связи. Пусть длина стены тоже будет задана. В нашем примере она аналогична длительности передачи. А вот ширину стен мы можем выбирать по своему усмотрению. Ширина стены будет аналогична полосе частот передатчика. Если мы построим широкую стену, то высота ее будет не велика, и ее трудно будет обнаружить. Если мы из того же количества кирпичей построим узкую стену, она будет выше, и ее легче будет обнаружить.
Так и узкополосный сигнал легче обнаружить на фоне шума. "Узкополосность" может служить также в качестве критерия искусственности, так как естественные радиоисточники излучают, как правило, в довольно широкой полосе частот.
Но есть в этой стратегии поиска и серьезный недостаток. Чтобы обнаружить узкополосный сигнал, надо точно знать его частоту. И чем уже сигнал, тем труднее его найти. Если частота сигнала заранее неизвестна, надо вести поиск по частоте.
В этом смысле широкополосные сигналы более выгодны, но чтобы обеспечить достаточно превышение сигнала над шумом при широкой полосе частот требуется больше энергии (или больше мощности) на передаче. Если цивилизация располагает большими запасами энергии, как, например, цивилизация II или III типа, по Кардашеву, то она может позволить себе роскошь вести передачу в широкой полосе частот, и тогда чтобы обнаружить такие сигналы, не надо будет вести утомительный поиск по частоте.
После долгих дискуссий совещание пришло к выводу, что следует вести поиск в обоих направлениях: искать как узкополосные, так и широкополосные сигналы. Мы еще слишком мало знаем о возможностях, которыми располагают внеземные цивилизации, чтобы остановиться на каком-то одном методе поиска.
Далее надо иметь в виду, что чем шире полоса частот, тем большее количество информации можно передать по такому каналу в единицу времени. Здесь мы должны различать две задачи: поиск позывных и поиск информативной передачи.
Задача позывных - дать возможность обнаружить сигнал и убедиться в его искусственном происхождении. Считается, что для этого не требуется слишком много информации, и поэтому позывные могут передаваться с помощью узкополосных сигналов.
А вот когда цивилизации обнаружат друг друга, и им потребуется передавать много информации, тогда можно переходить к широкополосным сигналам и, может быть, даже - от радиодиапазона к оптическому или рентгеновскому диапазону электромагнитных волн. Цивилизация может и не дожидаться, когда она будет обнаружена, а может сразу вести как передачу позывных, так и информативную передачу, что-то вроде космического радиовещания.
В нашей программе мониторинга звезд, в которой вы участвуете, используется полоса 7,5 кГц на частоте 22235 МГц, и поиск с этой полосой ведется в довольно широком диапазоне 960 кГц. По радиоастрономическим критериям, нашу полосу можно считать узкой, хотя в некоторых экспериментах, о которых мы расскажем позднее, используются гораздо более узкие полосы.
Надо также иметь в виду, что при поиске ВЦ мы можем встретиться с сигналами двух типов: сигналы, специально предназначенные для связи с другими цивилизациями, и сигналы, предназначенные для внутренних нужд цивилизации, которые распространяются в космическое пространство и могут быть обнаружены другими цивилизациями. Например, сигналы наших телевизионных станций или межпланетных радаров. Это одно из направлений поиска, которое иногда называют "подслушиванием". Конечно, "сигналы подслушивания" не сопровождаются никаким позывными и никак не предназначены для того, чтобы облегчить нам задачу обнаружения. В романе известного американского астрофизика Карла Сагана "Контакт" рассказывается именно о таком типе контакта. Там цивилизация, обитающая около Веги, приняла сигналы нашего телевидения и отправила их обратно на Землю.
