Розмови через 100 світлових років
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Вже багато століть людство ставить перед собою питання, чи є життя і цивілізоване суспільство де-небудь ще, крім нашої Землі. Але відповідь на це питання отримати не так просто. Пізнанням навколишнього нас простору займається астрономія. Ця давня наука, яка має багатовікову історію, накопичила багатющий матеріал про будову Сонячної системи, Галактики і всього доступного вивченню Всесвіту. Велика кількість оптичних спостережень планет Сонячної системи дозволила, наприклад, укласти, що на них не може бути будь-якого життя з високим рівнем розвитку. Але наше Сонце разом з Сонячною системою є лише маленькою піщинкою в безмежному океані Всесвіту. Тільки в нашій Галактиці налічується близько мільярда зірок, подібних до Сонця. Деякі зірки мають планетні системи, і не виключена можливість, що на них є суспільства з розвиненою культурою.
На жаль, експериментальні можливості оптичної астрономії, що оперує зі світловими хвилями, ще недостатні для відповіді на питання про існування там життя. Навіть у самий великий телескоп не можна побачити не тільки те, що мається на планетах інших планетних систем, а й самі планети. Занадто велика до них відстань. Адже навіть до найближчих зірок вона приблизно в мільйон разів більше, ніж до Сонця і планет Сонячної системи.
Правда, астрономам все ж вдалося виділити ті зірки, які мають планети, але зробили вони це побічно – по періоду обертання цих зірок. Самі ж планети інших планетних систем поки ще для нас невидимі.
Здавалося б, становище важке. Але це не зовсім так. У післявоєнні роки стала бурхливими темпами розвиватися нова галузь науки – радіоастрономія. Вона стоїть на стику радіофізики та астрономії і полягає у використанні радіометодів і радіодіапазонів для вирішення астрономічних проблем. Цей напрям виявився вельми перспективним. Радіоастрономія вклала в руки дослідників Космосу нову і вельми ефективну зброя.
По-своєму підійшла радіоастрономія і до корінного питання про можливість встановлення життя на інших планетних системах. Як можна дізнатися, що в якійсь вельми віддаленій від нас планетній системі існує цивілізаційне суспільство? Відповідь проста: треба прийняти звідти сигнал. Причому сигнал цей повинен мати штучне, а не природне походження.
А яка природа сигналу? Це, безумовно, повинні бути добре поширювані електромагнітні хвилі. Однак діапазон електромагнітних хвиль великий. У нього входять і видиме світло, і невидимі інфрачервоні і ультрафіолетові промені, і всі радіохвилі – від міліметрових до найдовших. У якій ділянці слід шукати такий важливий для науки сигнал? Адже не знаючи довжини хвилі передавача, ви не зможете налаштувати приймач. У всякому разі, це буде надзвичайно важко. Як же бути?
Накопичені наукою до теперішнього часу відомості про поширення та прийом електромагнітних хвиль дозволили спочатку значно звузити можливий діапазон пошуку, а потім назвати і конкретну, найбільш ймовірну, довжину хвилі для «космічного радіомовлення».
Очевидно, для посилки сигналу не годиться світло. Воно занадто сильно поглинається міжзоряним пилом, а також газами і парами в атмосферах планет. Розрахунки дають абсолютно нереальні величини необхідних для такої передачі потужностей світлового потоку. Цим самим можливий діапазон пошуку обмежується з високочастотної сторони.
З іншого боку, дуже низькі частоти електромагнітних коливань – довгі радіохвилі – також не можуть бути придатні для такого зв’язку. Радіоелектромагнітне дослідження останніх років показали, що оточуючий нас простір дуже інтенсивно випромінює радіохвилі. І чим довше хвиля, тим інтенсивність випромінювання більше. Якби людське око реагувало не так на світлові промені, а на радіохвилі в кілька десятків метрів, то наше Сонце виглядало б темною плямою на навколишньому яскравому фоні. Зрозуміло, що сильний «фон» радіовипромінювання став б на заваді прийому слабких штучних сигналів. Значить, і вибір цієї частини діапазону був би нерозумний.
Найбільш сприятливим діапазоном для космічного зв’язку є ділянка довжин хвиль від 3 до 30 сантиметрів. І якраз всередині цього діапазону знаходиться одна довжина хвилі, що має в радіоастрономії принципове значення. Це хвиля в 21 сантиметр. Справа в тому, що саме на такій хвилі веде свої «передачі» міжзоряний водень. Кожен водневий атом – крихітна «радіостанція», яка надзвичайно рідко випускає «порцію» електромагнітної енергії. Частота цього радіовипромінювання має строго фіксоване значення. Вона обумовлена внутрішньоатомною будовою водню як елемента і відома науці з великою точністю. Нарешті, «фон» випромінювання міжзоряного водню зовсім невеликий. Його порівняно легко перекрити штучним сигналом не надто великої потужності.
Водень – найпоширеніший елемент Всесвіту. Тому не так давно американські дослідники цілком логічно припустили, що якщо в будь-яких інших планетних системах є цивілізоване суспільство, яке, природно, в процесі свого розвитку займається дослідженнями навколишнього простору, то воно повинно прийти до таких же висновків і, отже, вибрати для встановлення космічного зв’язку хвилю в 21 сантиметр, як саму зручну. Якщо припустити далі, що це цивілізоване суспільство має вельми високий рівень розвитку, має, отже, досить досконалі системи спрямованої передачі електромагнітних хвиль, то не виключена можливість, що це суспільство, прагнучи встановити зв’язки зі своїми найближчими сусідами, веде передачі в усі сторони, і зокрема, в напрямку нашої Сонячної системи.
Ще питання: яка могла б бути далекобійність космічного радіозв’язку? Сьогоднішній рівень розвитку нашої радіотехніки дозволив би здійснити радіозв’язок на відстані близько 100 світлових років. Природно, що це можна було б зробити, використовуючи досить досконалі системи радіозв’язку: найбільш потужні передавачі, рекордні по чутливості приймачі, найбільші антени.
Не так давно був зроблений значний радіотехнічний експеримент – радіолокація планети Венери. У цьому досліді брав участь передавач, який випромінював радіохвилі потужністю в 265 кіловат. Величезна антена концентрувала радіохвилі в промінь і посилала їх в одному напрямку – до Венери. Ефективність передавача тим самим була посилена більш ніж у сім тисяч разів. Це все одно, що підвищити його потужність до двох мільйонів кіловат!
Величезної чутливості досягли останнім часом і спеціальні приймачі для слабких сигналів. Було б наївно намагатися прийняти «космічний» сигнал на звичайний радіоприймач. Чутливість його абсолютно недостатня – в мільярди разів менше необхідної. Зате радіоастрономічні приймачі вже сьогодні мають необхідну надвисоку чутливість. Вони працюють з гігантськими антенами, які збирають прихожу з глибин всесвіту потужність сигналу на площі в сотні і тисячі квадратних метрів. А зараз споруджуються антени з площею прийому в десятки тисяч метрів.
Додамо ще, що посилення прийнятого сигналу ведеться не звичайними радіотехнічними способами, а особливими молекулярними і параметричними пристроями. Рівень власних шумів підсилювача в них знижується у багато разів, посилення виходить надзвичайно чистим, гранично вільним від перешкод, які ще порівняно недавно вважалися мало не нездоланним бар’єром для прийому слабких сигналів. Тільки така техніка в змозі пронести послання розумних істот через десятки світлових років космічного простору.
У сфері з радіусом 100 світлових років перебуває близько 10 тисяч зірок. Мабуть, лише кілька відсотків їх мають планетні системи, а отже, основні для існування життя вимоги до центральної зірки, а також ймовірні розбіжності у рівнях розвитку ще більш обмежує це число. Але все ж, мабуть, є певна ймовірність, що планетна система хоча б однієї з цих зірок може мати цивілізоване суспільство з високим рівнем розвитку культури і техніки.
В даний час в США розробляється спеціальна приймальна апаратура для пошуків можливої передачі штучних сигналів на хвилі 21 сантиметр. Радіотелескопи передбачається направити до зірок Епсилон сузір’я Ерідана і Тау сузір’я Кита. Важко що-небудь сказати про ймовірність успіху і про те, скільки буде потрібно часу для отримання позитивного результату. Але якщо він буде отриманий, то значення його важко переоцінити.
Тут варто вказати на одну суттєву особливість «міжзоряної розмови». Всім відомо, що в секунду радіохвилі, як і світло, проходять 300000 кілометрів. А отже, якщо ми, вловивши сигнал, пошлемо відповідь – він буде прийнятий «космічним абонентом» дуже нескоро. До встановлення двостороннього зв’язку мине ще багато років. Адже навіть до найближчої до нас зірки – Альфи Центаври – відстань близько чотирьох з половиною світлових років. Стільки часу буде йти сигнал в одному напрямку. Отже, потрібно щонайменше 9 років щоб отримати з Альфи Центаври відповідь на запит із Землі. Для встановлення надійного радіозв’язку та вироблення взаємозрозумілої системи передачі будуть потрібні, ймовірно, десятки років.
Автор: Р. Сороченко.