Почему не обнаружены сигналы внеземных цивилизаций? [Проблема передачи позывных]
Есть два пути подачи сигналов, чтобы обратить внимание других цивилизаций на свое существование. Первый - направление сигналов к определенным звездам, второй-всена-правленный сигнал. Очевидно, что второй путь дает существенно большую вероятность обнаружения.
Рассмотрим возможность и условия создания такого всенаправленного радиомаяка, который обеспечил бы максимальную искусственность сигнала и возможность его обнаружения при современной технике приема. Сигнал можно считать искусственным, если он строго монохроматичен, что в естественных условиях не наблюдается. Для передачи и приема должна быть выбрана волна 21 см, известная всем цивилизациям. Простые подсчеты показывают, что для связи нужно излучать во всех направлениях мощность порядка мощности светового излучения средней звезды, то есть 1026- 1026Вт. Чтобы излучить столь большую мощность, антенная система должна быть достаточно велика. Большие размеры антенн совершенно необходимы, чтобы рассеять мощность потерь в ней и в генераторах, которая приводит к нагреву антенны и генератора. Из этого принципиального положения следует, что антенная система маяка .должна состоять из отдельных антенн (расположенных, например, на сфере), которые перекрывают диаграммами направленности все окружающее пространство. В общем случае размеры такой сферической антенной системы будут определяться тем, какую мощность, перешедшую в тепло, нужно удалить из системы. Для размещения антенн нельзя использовать Землю, хотя бы из-за поглощения волн в атмосфере Земли. Несмотря на то, что это поглощение ничтожно-всего 2%, при мощности передатчика 1021Вт оно приведет к рассеянию в атмосфере Земли 1019Вт. Это в 100 раз превышает мощность, получаемую Землей от Солнца! В силу сказанного, антенную систему вместе с генераторами необходимо поместить в космосе. Ее охлаждение может осуществляться только излучением, поэтому должно! быть предусмотрены радиаторы, находящиеся в тепловом контакте с антеннами и генераторами. В качестве их будет служить поверхность сферы, где расположены и передатчики. Наконец, такой маяк должен находиться в космосе на достаточно большом расстоянии от планеты обитания, чтобы приходящая от него на Землю энергия была, например, в 1000 раз меньше получаемой от Солнца. Нетрудно подсчитать, что при передатчике в Солнечной системе мощностью 1026Вт его удаление от Земли должно составить не менее 30 а. е. Иначе говоря, он должен быть вынесен на орбиту Нептуна. Однако, если учесть предельно допустимую биологическую дозу облучения, то вывести его придется гораздо дальше. (См. таблицу.) Сделаем расчет необходимых параметров маяка, если прием проводится на антенну с площадью приема А = 200 м2(диаметр параболоида 20 м) с шумовой температурой приемника Т = 20 К и полосой частот одного канала приема Д=200 Гц. Всего приемник должен иметь около 104таких каналов, чтобы перекрыть полосу неопределенности частоты около 2•104Гц из-за неизвестности относительной скорости приемника и передатчика. Эти параметры приемной системы определяют минимальный пороговый сигнал:
Для создания такого потока необходима мощность излучения передатчика:
где l-расстояние от передатчика до приемника в световых годах.
Найдем теперь радиус R сферической антенны, исходя из требования, чтобы допустимый нагрев антенны на превышал Ta градусов Кельвина. Пусть β - доля поверхности сферы, покрытая радиаторами, и η - общий КПД передающей системы. Используя уравнение баланса рассеянной в сфере и излученной ею энергии, будем иметь, согласно закону Стефана - Больцмана:
С другой стороны, мощность излучения Солнца P๏связана с его температурой T๏и радиусом R๏тем же законом:
где σ - постоянная Стефана - Больцмана. Из этих двух выражений находим удобное соотношение:
Сделаем теперь расчет основных параметров всенаправленного маяка на волну 21 см при различных дальностях связи. Примем, что нагрев передающей антенны не превышает Tа = 300К и β=1. Возьмем очень высокий КПД генератора (еще не достигнутый в настоящее время) η=0,9, чем заведомо снижаем величину R.
Необходимое удаление маяка от Земли может определяться в принципе двумя условиями. Первое условие - энергетическое. Поток от маяка около Земли, скажем, не превышает тысячной доли от предельно допустимого потока производства энергии. Иначе говоря, он в 106раз меньше мощности светового потока от Солнца. Второе условие, скорее, биологическое: поток не должен превосходить потока от Солнца на волне маяка. Во втором случае поток от маяка должен составлять на Земле 10-18полного потока от Солнца. Мы примем среднегеометрическую величину, а именно 1012. Соответственно этому, рассчитано расстояние, при котором поток от маяка будет все же в 106раз больше потока от Солнца вблизи волны 21 см (в полосе 107Гц).
Чтобы оценить возможности построения какого-либо реального маяка, рассмотрим сроки постройки маяка для дальности в 1000 световых лет, то есть мощностью 2•1010Вт и радиусом антенной сферы 1500 км. Для этого оценим величину необходимой энергии космического транспорта. Поскольку сфера должна быть достаточно жесткой и прочной, примем ее средний объемный вес 100 кг/м3. Полная масса металла сферы будет m=1018т - всего в 15000 раз меньше массы Земли. Транспортировка металла ракетами с миллисветовой скоростью потребует примерно той же массы ядерного горючего. При этом должно быть выделено около тc20,007•1036Дж. Как уже говорилось выше, мощность выделения энергии в межпланетной среде, где будет строиться маяк, должна быть существенно меньше мощное ги излучения звезды. Как мы видим, для Солнечной системы это всего 1023Вт. При такой мощности космического транспорта, занятого на строительстве антенны, потребуется время, равное 1013с - около трети миллиона лет! Для генерации мощности 2•1016Вт необходимо будет сжигать не менее 106т ядерного горючего в год. Для перевозки его потребуется постоянно действующий транспортный мост. Очевидно, что мощность этого транспорта должна быть существенно больше мощности передатчика. Трудно поверить, что какая-либо цивилизация будет создавать подобные сооружения. Таким образом, не следует ожидать сверхмощных сигналов цивилизаций, посылаемых непрерывно всенаправленным маяком. Скорее, возможна более экономичная посылка направленных сигналов поочередно к выбранным звездам. В этом случае затраты мощности существенно снижаются, но ценой такого же уменьшения времени облучения каждой звезды и, следовательно, вероятности обнаружения.
Из приведенных соображений ясно, что ведя поиск сигналов в расчете на технические средства, требующие от передающей стороны неприемлемо больших мощностей, мы обрекаем себя на неудачу. Применяя недостаточно чувствительные технические средства прием", мы переносим все трудности связи на передающую сторону, и эти трудности оказываются непреодолимыми даже для крайне развитой цивилизации, владеющей термоядерной энергией и космическим транспортом с миллисветовой скоростью. Вот почему мы не наблюдаем искусственных сигналов, которые вправе были бы назвать "космическим чудом". Энергетический уровень "космического чуда" - сигнала, который может быть реально создан, недостаточен для восприятия применяемыми нами средствами обнаружения. Реально расстояние, с которого можно еще наблюдать "чудо" в мощнейшие современные радиотелескопы, составляет, по-видимому, не более 100 - 1000 световых лет.
Таким образом, вопреки утверждению члена-корреспондента АН СССР И. С. Шкловского о том, что если мы не наблюдаем "космических чудес", то значит в Галактике наша цивилизация единственна, мы говорим, что энергетический уровень "чудес" не может быть достаточно высоким, чтобы его заметили современными средствами. Цивилизаций может быть много, но трудности сигнализации и связи чрезвычайно велики.
Из рассмотренного вытекают определенные выводы о стратегии СЕТИ. Необходимо теоретическое исследование предельных стадий развития цивилизаций, которые определяются физическими и биологическими законами на данном уровне знания. Реальность может только снизить полученные таким образом оценки. Далее, необходимо конкретное проектирование для уточнения предельных энергетических, пространственных, транспортных и других основных характеристик цивилизации. Особенно необходимо проектирование крупных систем обнаружения планет у ближайших звезд, систем маяка для сигнализации и поиска сигналов внеземных цивилизаций и т. п. Все это позволит выработать более правильную стратегию СЕТИ. Расчеты показывают, что необходимо сосредоточиться на поисках сигналов от звезд в радиусе до 100-1000 световых лет, используя для этого (при непрерывном наблюдении) самые большие антенны, многоканальные спектроанализаторы и т.п.
В последнее время появились идеи проведения наблюдений в выделенных природой направлениях, например в направлении замечательных объектов Галактики, а также синхронизации начала наблюдений с выдающимися событиями в Галактике, например вспышками новых. Все это повышает вероятность обнаружения. Эти идеи, высказанные недавно советским ученым П. В. Маковецким, по существу аналогичны идее Дж. Коккони и Ф. Моррисона о выделенной природой волне связи в 21 см. Все это будет способствовать повышению вероятности приема сигналов внеземных цивилизаций.
