Новости о том, что какое-либо изобретение человечества — например, радиосигналы или сотовая связь — может быть слышно из космоса, появляются в медиа довольно часто. Но что из этого правда? И могут ли на самом деле свидетельства разумной жизни на Земле дойти до внеземных цивилизаций, а мы — услышать их «приветы»? Разбираемся.
Чтобы не пропускать главные материалы «Холода», подпишитесь на наш инстаграм и телеграм.
В середине ХХ века, когда радиоастрономия только зарождалась, ученые были убеждены, что во Вселенной должно быть множество высокоразвитых цивилизаций. А почему нет? Наше Солнце — ординарная звезда на окраине Галактики, ее планетная система и сама Земля тоже не должны быть чем-то уникальным. Поэтому нужно только выйти на контакт с инопланетянами: построить мощные антенны и начать ловить сигналы от внеземного разума. Антенны были построены, астрономы слушали эфир много лет (и сами отправляли в космос множество сообщений), но до сих пор не получили ничего. Молчание Вселенной получило название парадокса Ферми — в честь американского физика Энрико Ферми, который впервые задал этот вопрос: «И где все?»
Среди объяснений этого парадокса самое пугающее — высказанная в 1980-х гипотеза темного леса. Суть ее в том, что разумные существа молчат не потому, что их нет, и не потому, что цивилизации, которые достигают достаточно высокого технологического уровня, уничтожают себя слишком быстро (теория Великого фильтра), а потому, что попытка вступить в контакт равносильна самоубийству.
Представьте себе, объясняют приверженцы этой версии, ночной лес, где в темноте прячутся многочисленные охотники с ружьями. Если вы попытаетесь разжечь костер, то в вас из тьмы сразу полетят пули. Охотники, стреляющие в вас, очень рациональны: может статься, что вы дружелюбны и хотите просто пообщаться, а может быть, напротив, враждебны и превосходите по своим технологиям всех охотников леса. Логика самосохранения предписывает принять вторую версию, потому что, если охотник ошибется и ответит на сигнал враждебной цивилизации не выстрелом, а ответным сигналом, это может означать для него гибель, то есть проигрыш для него будет фатален и даже малейшая доля риска неприемлема.
В этом виде гипотеза сформулирована в цикле романов Лю Цысиня 2000-х годов «Память о прошлом Земли», где беспечных землян, рассылавших сообщения для собратьев по разуму, пытается поработить и уничтожить значительно более высокоразвитая цивилизация Проксимы Центавра, хотя впервые сама эта мысль была сформулирована еще в 1983 году.
Возможно, мы с вами живем в этом сюжете; возможно, выстрел из темноты уже сделан, но узнаем мы об этом не скоро. На межзвездные перелеты даже при самом фантастическом уровне развития технологий требуются десятилетия или века, и о нависшей угрозе узнают, может быть, лишь наши правнуки.
И дело даже не в том, что беспечные астрономы во второй половине XX века отправили больше десятка разных посланий инопланетянам. Еще в начале прошлого века мы развели достаточно яркий костер, и, возможно, его уже успели заметить — мы изобрели радиовещание и телевидение.
Ученые пытаются определить, как далеко от Земли можно засечь всю ту цветомузыку, которую мы включили, какие инопланетянам потребуются для этого антенны и приемники, как именно они смогут отличить наши сигналы от множества астрофизических шумов. Попробуем рассказать, что им удалось понять.
Что стоит слушать и как?
Примерно до середины 1960-х годов большая часть общества была уверена, что на Марсе существует развитая цивилизация (а кто же еще мог проложить открытые Скиапарелли марсианские каналы?). Эта уверенность была настолько сильна, что, например, во время самого близкого противостояния с Марсом (момент максимального сближения двух планет) в августе 1924 года ученые обратились ко всем хозяевам радиостанций с предложением молчать по пять минут каждый час и слушать возможные сигналы с планеты, а американские военные готовились их расшифровывать.
После того как зонды «Маринер» в середине 1960-х прислали первые детальные снимки с Марса, где не оказалось ни каналов, ни вообще признаков биологической жизни, стало понятно, что никаких других цивилизаций, кроме нашей, в Солнечной системе нет, а возможно, жизнь вообще существует только на Земле (читайте о шансах в нашем материале). Однако бурное развитие радиотехники (и особенно радаров) в военное и послевоенное время дало астрономам мощный инструментарий для изучения космических радиосигналов, и именно тогда появились первые проекты по поиску внеземных цивилизаций — проекты и программы SETI.
В 1959 году Джузеппе Коккони и Филипп Моррисон опубликовали в Nature, одном из главных научных журналов мира, статью, которая, по сути, запустила всю эту программу.
«Рядом со звездами, похожими на Солнце, могут существовать цивилизации, у которых есть наука и технические возможности, намного превышающие те, что сейчас доступны нам. Для таких существ наше Солнце должно выглядеть как место, где вероятно появление новой цивилизации. Весьма возможно, что они уже долгое время ожидают развития науки рядом с Солнцем. Нам следует предположить, что они уже давно установили канал связи, который в какой-то момент станет нам известен, и с нетерпением ждут ответных сигналов со стороны Солнца, которые дадут им знать, что в сообществе разумных существ появились новички. Но какой канал связи это может быть?» — спрашивали Коккони и Моррисон.
Они пришли к выводу, что этим каналом должны быть электромагнитные волны — потому что они распространяются с наивысшей возможной скоростью и на них не влияют магнитные поля (как, например, на заряженные частицы). Кроме того, диапазон для общения должен быть на частотах, где не так сильно излучают звезды (иначе они заглушат любую передачу). В итоге ученые пришли к выводу, что лучше всего подходит длина волн от 300 метров от 1 сантиметра.
Но и этот диапазон был слишком широк, чтобы радиотелескопы могли слушать его весь. Нужно было понять, какая длина волны должна быть известна любому астроному во Вселенной. Коккони и Моррисон решили, что это 21 сантиметр, длина волны электромагнитного излучения, которое испускают атомы водорода, самого распространенного элемента во Вселенной. Они посчитали, что именно эту частоту должны слушать самые чувствительные радиотелескопы, поскольку на ней они могут получить важные сведения о процессах в Галактике. А значит, именно на ней и нужно общаться.
Коккони и Моррисон подсчитали, что мощности существовавших на тот момент передатчиков и приемников, таких как 76-метровый радиотелескоп «Ловелл» в обсерватории Джодрелл-Бэнк, достаточно, чтобы отправить сигнал к звездам, расположенным на расстояниях около 10 световых лет, и уловить обратный сигнал. Они наметили цели для прослушивания — это должны быть в первую очередь похожие на Солнце звезды, расположенные далеко от плоскости Галактики (чтобы фоновый шум не глушил сигнал), и даже выдвинули предположения, что должно быть в этом сигнале (они считали, что там должны быть ряды простых чисел).
Проекты SETI все еще не принесли результата: никакого достоверно искусственного сигнала астрономам услышать не удалось. Сейчас в радиошуме Вселенной ищет возможные передачи внеземных цивилизаций проект Breakthrough Listen, запущенный на средства миллиардера Юрия Мильнера.
Но если мы не слышим сигналов инопланетян, то, может быть, они слышат наши? Могут ли они подслушать тот поток радиопередач, которые мы ведем для наших собственных целей? И что это могут быть за передачи?
Как подслушивать?
Сначала немного физики: у земной атмосферы есть несколько окон прозрачности для электромагнитных волн — то есть диапазонов длины волн, которые пропускает воздушная оболочка. Атмосфера прозрачна, например, для видимого света и для радиоволн — от сантиметровых до декаметровых, но сквозь нее очень плохо проходят рентгеновские и гамма-лучи. Однако, кроме атмосферы, у Земли есть еще и ионосфера — слой, содержащий заряженные частицы, от которого значительная часть радиоволн отражается. Именно благодаря этой особенности в первой половине XX века была реализована межконтинентальная коротковолновая радиосвязь.
Но это означает, что значительная часть излученной радиостанцией мощности не уходит в космос, а отражается от ионосферы и остается на Земле.
В 1978 году группа физика Вуди Салливана из Университета Вашингтона проанализировала возможные утечки земных радиосигналов. Они сделали вывод, что практически весь средневолновый диапазон (AM-диапазон) в интервале от 0,5 до 1,5 мегагерц «заперт» — эти радиоволны отражаются от ионосферы и не уходят в космос. Почти 90% коротковолновых передач (от 3 до 30 мегагерц) тоже не в силах прорваться сквозь ионосферу. Намного лучше «проникающая способность» у радиостанций FM-диапазона (как правило, в диапазоне 80–100 мегагерц), но наиболее многообещающими, по версии Салливана и его коллег, были сигналы телевизионных передатчиков в диапазоне от 40 до 850 мегагерц. Кроме того, их в то время было достаточно много. Наконец, самым эффективным источником сигналов для инопланетян должны быть радары системы предупреждения о ракетном нападении — правда, их на Земле во много раз меньше, чем телевизионных передатчиков.
В целом, писали Салливан и его коллеги, излучение от телевидения инопланетяне, обладающие сопоставимыми с земными технологиями, могли заметить на относительно небольшой дистанции в 25 световых лет, а радары системы предупреждения о ракетном нападении — даже на расстоянии в 250 световых лет.
Сами передачи внеземные телезрители не расшифруют, но понять их искусственную природу смогут (а кроме того, понять некоторые характеристики атмосферы, ионосферы, скорость вращения Земли и наклон ее оси и даже построить грубую карту расстановки телепередатчиков по поверхности Земли).
Однако расчеты эти относились к концу 1970-х годов, времени расцвета эфирного телевидения. А что с нашим шумом происходит сейчас, когда коммуникации все больше и больше уходят в кабели, в оптоволокно, а радиостанции и эфирное ТВ теряют популярность?
Мобильная революция с точки зрения прослушки
Спустя 40 лет после работ Салливана физик Рамиро Саид и его коллеги констатируют, что вклад в земной радиошум со стороны теле- и радиопередатчиков серьезно снизился. Однако, по их мнению, нельзя не учитывать влияние миллионов вышек сотовой связи. Ученые построили детальную модель, которая учитывала пространственное распределение вышек сотовой связи, и пришли к выводу, что лучше всего была бы слышимость для окрестностей звезды HD 95735 — красного карлика, расположенного в 8,3 световых года от Солнца в созвездии Большой Медведицы, поскольку она «смотрит» на северное полушарие Земли, где находится большинство передатчиков.
Однако подсчеты эти малоутешительны, поскольку показывают, что даже из окрестностей ближайших звезд, расположенных на дистанциях ближе 10 световых лет, пока невозможно услышать земные сотовые вышки, хотя мощность их суммарного излучения на дистанции до звезды HD 95735 составляет около 4 гигаватт. Даже крупнейшие земные радиотелескопы, сопоставимые со 100-метровым радиотелескопом в Грин-Бэнк, не смогут услышать мобильный шум на такой дистанции.
Однако, пишут ученые, сотовые сети пока находятся во младенчестве и их еще ждет значительный рост, то есть и вероятность, что их услышат внеземные цивилизации, повышается.
Таким образом, картина, нарисованная в 1978 году, содержательно изменилась мало: загоризонтные радары, о которых писали ученые, выключены, но аналогичные российские установки все еще в строю, популярность эфирного ТВ снижается, но не обвально, а сотовые сети пока еще не «вышли в космос».
Мы можем рассчитывать, что нас смогут услышать в лучшем случае на расстоянии в 250 световых лет, если будут внимательно слушать на частотах радаров оповещения о ракетном нападении.
Но здесь против нас работает еще и конечная величина скорости света (она же — скорость любого электромагнитного излучения). Мы изобрели радио слишком недавно, и сейчас самые первые искусственные радиоволны (которые вряд ли кто-то сумеет расслышать, поскольку мощность тогдашних земных радиостанций была недостаточной) приближаются к отметке в 150 световых лет. Поэтому осведомленность о земной цивилизации в Галактике все еще слишком мала.
