Связь с инопланетными цивилизациями

с помощью автоматических зондов

 

При обсуждении возможности связи с инопланетными цивилизациями с помощью электромагнитных волн радио- и оптического диапазонов очень большое значение имеет вопрос о расстояниях до ближайших таких цивилизаций. Он важен не только для правильной оценки мощности передатчиков, необходимых для осуществления межзвездной связи. Чтобы яснее стали трудности, возникающие при попытках осуществления такой связи, мы рассмотрим два случая.

I. Среднее расстояние до ближайших инопланетных цивилизаций около 10 световых лет. Именно этот случай, по существу, рассматривался в проектах Коккони—Моррисона и Таунса—Шварца, которые мы подробно обсуждали в предыдущих главах.

II. Среднее расстояние до ближайших инопланетных цивилизаций превосходит 100 световых лет.

Между этими двумя случаями имеется принципиальная разница. В случае I число подходящих звезд, около которых можно ожидать разумной жизни, всего лишь три. Это ε Эридана, τ Кита и ε Индейца. В случае II число подходящих звезд может быть несколько тысяч. Если в случае I сравнительно легко установить, посылают ли звезды в направлении Солнца искусственные радио- или оптические сигналы, то в случае II задача становится в высшей степени затруднительной, а главное — неопределенной. Ведь в течение очень длительного времени нужно непрерывно, и притом очень тщательно, следить за многими тысячами, если не десятками тысяч звезд. По существу, должна быть организована непрерывно работающая грандиозных масштабов «служба неба». При этом необходимо еще считаться с возможностью, что весьма удаленные от нас разумные инопланетные существа по каким-либо причинам не посылают радио- или оптические импульсы в сторону Солнца. Они, например, могут исключить наше Солнце из числа звезд, вокруг которых возможна разумная жизнь. Ведь для них Солнце — только одна из многих тысяч или десятков тысяч звезд, более или менее подходящих для поддержания жизни...

Обнаружение искусственных сигналов от одной из таких звезд — весьма трудное дело. Но несоизмеримо труднее в течение многих столетий и даже тысячелетий непрерывно и с большой точностью держать в пучке электромагнитных волн десятки тысяч звезд и терпеливо, скорее всего тщетно, дожидаться ответа от одной из них...

В самом деле, допустим даже, что на каждой из нескольких миллиардов потенциально подходящих для развития жизни планет в нашей Галактике должна на каком-то этапе эволюции возникнуть разумная жизнь (что, вообще говоря, необязательно). Но для проблемы межзвездной радиосвязи основное значение имеет вопрос о существовании разумной жизни в эпоху, когда посылаются сигналы. Другими словами, существенное значение имеет расстояние до инопланетных цивилизаций, современных нашей.

Если бы разумная жизнь, однажды возникнув на какой-нибудь планете, существовала там миллиарды лет, т. е. примерно столько же, сколько находится на главной последовательности «питающая» эту цивилизацию звезда, то при сделанном предположении количество разумных цивилизаций в Галактике было бы также порядка миллиарда. Положение радикально изменится, если мы учтем, что  длительность разумной жизни на планетах может быть существенно меньше времени эволюции звезд.

На это обстоятельство одновременно обратили внимание в 1960 г. австралийский радиоастроном Брэйсуэлл и автор этой книги. Здесь мы не будем обсуждать столько-нибудь подробно вопрос о времени существования разумной жизни на планетах. Это будет сделано ниже. Для нас пока достаточно, что возможная сравнительно небольшая длительность «технологической эры» (мы имеем в виду эру технически развитой цивилизации) на планетах может существенно уменьшить число цивилизаций, одновременно существующих в Галактике, и соответственно увеличить расстояния до ближайших из них.

На рисунке приведены построенные Брэйсуэллом графики, поясняющие сказанное. При построении этих графиков сделано предположение, что на каждой из нескольких миллиардов галактических планетных систем на некотором этапе их развития возникла разумная жизнь. Последняя, прогрессируя, достигает высокого уровня научного и технического развития и по истечении некоторого промежутка времени угасает. Например, если длительность «технологической эры», равна 10 тыс. лет, расстояние до ближайшей цивилизации будет около 1 тыс. световых лет, причем на этом расстоянии будет находиться около 50 тыс. звезд. Можно представить, как трудно в этом случае осуществить связь с помощью электромагнитных волн между ближайшими цивилизациями. Ведь заранее совершенно не известно, около какой из 50 тыс. звезд может существовать разумная жизнь.

 

Безотносительно к вопросу о возможной ограниченности «технологических эр», графики Брэйсуэлла позволяют быстро оценить расстояния до ближайших цивилизаций в зависимости от их полного количества в Галактике, а также число одновременно существующих в Галактике цивилизаций.

Итак, если расстояния до ближайших цивилизаций превышают 100 световых лет, то будет в высшей степени затруднительным установить связь с помощью электромагнитных волн с разумными существами около одной из многих тысяч, если не десятков тысяч, ничем не отличающихся друг от друга звезд. При такой ситуации Брэйсуэлл предлагает другой путь установления связи, который он считает  значительно более практичным, а потому и перспективным. В случае инопланетных технологически развитых цивилизаций следует ожидать исключительного прогресса ракетной техники, неизбежно связанной с выходом каждой из таких цивилизаций за пределы своей планеты, в космическое пространство. Через довольно короткий промежуток времени цивилизация сможет посылать сравнительно небольшие автоматические ракеты-зонды в сторону ближайших звезд. Высокая техника автоматического управления сделает возможным «посадку» такого зонда на почти круговую орбиту вокруг заранее намеченной звезды. Техника такой «посадки» разработана уже сейчас.

Следовательно, вполне можно представить, что в будущем, может быть и не таком уже далеком, автоматические ракеты-зонды полетят к ближайшим звездам и там на заранее определенном расстоянии станут их искусственными спутниками. Высокоорганизованная  и технически развитая цивилизация сможет таким способом «навязать» своих искусственных спутников нескольким тысячам ближайших к ней звезд. В проектах, предлагавшихся в конце ХХ века, в качестве наиболее оптимальной скорости таких автоматических ракет-зондов предлагалась скорость 100—200 тыс. км/с, то есть одна-две трети скорости света. С одной стороны, такая скорость достаточно велика, с другой стороны, осложняющие полет релятивистские эффекты будут не существенны. Следовательно, на жизни одного поколения потребуется всего лишь несколько столетий, чтобы вокруг всех ближайших звезд, подозреваемых как возможные очаги жизни, стали обращаться искусственные спутники.

Такие зонды, конечно, должны обладать надежной защитой от разрушающей их поверхность метеорной бомбардировки и иметь достаточно мощную и долгоживущую приемную и передающую радиоаппаратуру, питаемую либо энергией звезды, спутником которой они стали, либо источником ядерной энергии на борту. Если вокруг этой звезды имеются планеты, населенные разумными существами, радиопередачи от такого зонда должны быть обнаружены.

Преимущества связи этого типа очевидны. Во-первых, радиосигнал, посылаемый зондом за счет энергии звезды, спутником которой он стал, будет гораздо более мощным, чем в случае, когда он прямо посылается с планеты, ищущей разумных соседей по космосу. Ведь сигнал от зонда до предполагаемых разумных существ пройдет расстояние, в миллионы раз меньшее, чем если бы он прямо посылался с планеты. В проекте Брэйсуэлла не предполагается, что разумные инопланетные существа ведут длительную и непрерывную «службу неба» в поисках (возможно, тщетных) радиосигналов от «подходящих» звезд. Это, конечно, большое достоинство «метода зондов». Наконец, этот метод установления связи не зависит от конкретного выбора длины волн (например, 21 см), что также составляет известное преимущество.

Выведенный на орбиту вокруг исследуемой звезды автоматический зонд может работать, например, по следующей программе. Прежде всего, зонд начнет исследовать, имеются ли в пространстве, где он летает, монохроматические радиосигналы. Такой автоматический «поиск» может происходить в широком диапазоне частот. Если сигналы будут обнаружены, зонд сможет тотчас же отправлять их без изменений обратно. Коль скоро данная процедура будет повторяться много раз, это несомненно привлечет внимание разумных инопланетных существ. В результате будет достигнута первая, очень важная цель: разумные инопланетные существа узнают о присутствии в их системе, вестника далекой цивилизации.

По этой причине Брэйсуэлл считает важным тщательное изучение всех радиосигналов космического происхождения. Ведь нельзя исключить возможность того, что такие зонды уже давно летают в нашей Солнечной системе... Они могут быть посланцами одной или нескольких ближайших к нам инопланетных цивилизаций. В этой связи Брэйсуэлл обращает внимание на некоторые давно известные, но до сих пор не нашедшие разумного объяснения явления. Так, например, в начале ХХ века Штермер и Ван дер Поль обнаружили несколько случаев «радиоэхо», причем время запаздывания отраженного сигнала достигало несколько секунд и даже минут. Это может означать, что сигнал отражался от некоторого объекта, удаленного от Земли на расстояние свыше 1 млн. км. Не является ли причиной таких странных отражений радиосигналов какой-нибудь «кибернетический гость» из далеких миров? С другой стороны, то, что космические радиосигналы даже большой мощности можно «прозевать», доказывает пример радиоизлучения Юпитера на частотах в десятки мегагерц. За последние несколько десятилетий его много раз обнаруживали, но не придавали этому значения. Хотя мощность излучения Юпитера здесь достигает 1000 Вт/Гц, оно не было отождествлено до 1954 г.

После того как зонд установит двустороннюю связь с разумными инопланетными существами, он может начать по заранее разработанной программе  передачу достаточно сложной информации. В этом отношении большие возможности открывает использование телевидения. Например, зонд может передать на планету телевизионное изображение созвездия, выделив в нем каким-нибудь способом ту звезду, откуда он прилетел. Для этого посылающие зонд разумные существа должны, конечно, заранее знать, как выглядит их звезда на небосклоне другого мира. Заметим, что эта задача очень простая. В дальнейшем будет передаваться и более сложная информация.

С другой стороны, коль скоро аборигены другого мира узнали о присутствии разумных существ около совершенно определенной звезды, последняя станет предметом особенно тщательных исследований. В сторону этой звезды будут отправлены мощные модулированные оптические и радиопучки, а также автоматические зонды. Таким образом, можно рассчитывать, что в течение жизни одного поколения между двумя цивилизациями, разделенными десятками световых лет, установится оживленная двусторонняя связь.

В принципе объем информации, заложенной в зонде, может быть настолько велик, что даже простая односторонняя связь будет очень ценной. Наконец, можно представить себе систему ретрансляции искусственных сигналов, обнаруженных каким-либо из посланных зондов, через «промежуточные станции» обратно на «материнскую планету». В качестве «промежуточных станций» могут быть использованы межзвездные ракеты, систематически посылаемые в космос по специальной программе.

Можно полагать, что методом зондов исследуются только относительно близкие друг к другу цивилизации. Разумно далее предположить, что исследование Вселенной высокоразвитыми цивилизациями происходит планомерно, без нежелательного «дублирования».

В конечном итоге можно постулировать существование Великого Кольца разумных цивилизаций в масштабе Галактики, так красочно описанного в научно-фантастическом романе И. А. Ефремова «Туманность Андромеды»...

Если согласно Брэйсуэллу тщательные поиски в течение ряда лет не приведут к обнаружению в пределах нашей Солнечной системы источника искусственных радиосигналов, можно будет сделать малоутешительный вывод: ближайшая к нам технологически развитая цивилизация находится слишком далеко, чтобы установить с нами какой-либо контакт.

Этот вывод станет, может быть, более наглядным, если мы обратимся к графикам Брэйсуэлла. Если, например, полное число разумных цивилизаций в Галактике N_c = 10⁷, то средняя «продолжительность жизни» каждой из цивилизаций ∆ ≈ 10⁷ лет, в то время как среднее расстояние между цивилизациями будет около 100 световых лет. Можно полагать, что за 5 млн. лет своего существования достигшая высокого уровня технического развития цивилизация сможет исследовать несколько тысяч соседних звезд, среди которых по крайней мере одна должна быть населена разумными существами.

Положение, согласно Брэйсуэллу, станет совершенно другим, если N_c = 10³. Тогда N_d = 10⁷,    d = 2000 световых лет, а ∆ ≈  1000 лет. Ясно, что за 1000 лет эры технического развития цивилизация не сможет установить контакты со своими разумными соседями, удаленными от нее по крайней мере на расстоянии 2000 световых лет. Впрочем, и в этом, самом неблагоприятном, случае Брэйсуэлл не исключает возможности установления контактов между отдельными цивилизациями. Может так случиться, что весьма небольшое количество технологически развитых цивилизаций (из числа постоянно возникающих в нашей звездной системе) найдет способ победить причины, приводящие к их быстрой гибели. И тогда они, гармонически развиваясь длительное время, достигнут постепенно исключительно высокого уровня технического развития. Более подробно об этом будет говориться в соответствующей главе.

Даже весьма отдаленные области Галактики могут быть предметом непосредственного исследования таких «сверхцивилизаций». Сейчас мы, конечно, ничего не можем сказать о методах этих исследований — слишком отличны должны быть уровни технического развития этих гипотетических цивилизаций от нашего уровня. Вполне может быть, что такие «эмбриональные» цивилизации, какой им кажется  наша, не будут представлять для них интереса. Для них может и не быть никакой нужды исследовать все такие примитивные цивилизации, подобно мотылькам рождающиеся и гибнущие где-нибудь в нашей Галактике ежегодно в среднем два раза...

Любопытные расчеты Брэйсуэлла представляют, однако, чисто теоретический интерес. Слишком много в них совершенно произвольных предположений — даже для такой тематики как наша... И все же обсуждать нужно все возможности.

Ну а что же с практической реализацией? В главе «Освоение человечеством Солнечной системы» мы говорили о посланиях к внеземным цивилизациям, заложенным в станциях «Пионер» и «Вояджер», ныне вышедших за пределы Солнечной системы. Но это был лишь побочный результат – основная функция этих аппаратов состояла в исследовании планет-гигантов Солнечной системы, а до ближайших звезд они долетят за сотни тысяч лет. Поэтому необходима разработка специализированных межзвездных зондов.

Наиболее разработанным стал проект зонда «Дедал», предложенный английскими учеными в начале 1980-х годов. В качестве исходной для проекта "Дедал" была выбрана схема безвозвратного космического полета, в ходе которого автоматический аппарат, не притормаживая, миновал бы звезду-цель, оставляя около нее роботов-исследователей. Традиционные химические топлива недостаточно эффективны, новые задачи потребуют и принципиально иного источника энергии. Им может стать, например, термоядерная реакция. Именно ее попытались использовать в своем проекте члены Британского межпланетного общества. В качестве "пункта назначения" зонда предлагалась самая близкая звезда - Проксима Центавра (удаленность - четыре с небольшим световых года), но некоторые особенности Проксимы Центавра (это затухающий красный карлик) снижают к ней интерес ученых. Некоторые основания для надежд на обнаружение жизни дает "летящая звезда" Барнарда – первая звезда, у которой были обнаружены планеты. "Летящую звезду" отделяют от нас шесть световых лет. Выбирая цель для первого межзвездного путешествия, авторы проекта рассчитывали на то, что зонд, способный достигнуть ее, при необходимости может исследовать и другие близкие звезды, совершив полеты на расстояния до девяти световых лет.
       На осуществление проекта "Дедал" его авторы отводили немногим более полувека. После четырехлетнего разгона зонд должен достичь скорости, составляющей 12 процентов скорости света, и перейдет в пассивный полет. К тому времени он удалится от Солнца на расстояние в 0,2 светового года. С этого момента и начнется выполнение научной программы полета.  Звезду Барнарда зонд минует, не замедляя своего движения. Самостоятельно проанализировав сведения от двух пятиметровых телескопов, зонд незначительно скорректирует движение, отправит к планетам автономные исследовательские станции, а затем вернется на прежнюю траекторию. Автономные станции проведут необходимые измерения в окрестностях планет, а затем передадут все накопленные сведения на борт основного аппарата. После пролета звезды зонд будет в течение трех лет отправлять полученную информацию к Земле. Именно на этом этапе впервые за весь полет на полную мощность включатся бортовые ядерные реакторы, питающие электроэнергией радиопередающие устройства.
         Топливо составит основную часть массы аппарата. Сферические баки первой и второй ступеней зонда вместят 50 тысяч тонн дейтерия и гелия-3. Сам аппарат при длине 200 метров должен иметь массу 54 тысячи тонн. В сравнении с ним покажутся малышами даже такие могучие ракеты, как "Энергия" или "Сатурн-5". В головной части второй ступени "Дедала", согласно проекту, установлен отсек полезной нагрузки массой 450 тонн. На его четырех палубах размещаются роботы-смотрители, радиотехническое оборудование и телескопы для астрономических наблюдений, ядерные реакторы, питающие установленную тут же аппаратуру для двусторонней связи с Солнечной системой, а также 18 автономных исследовательских станций, запускаемых с борта "Дедала" за 1,2 и 7,2 года до встречи со звездой Барнарда. Спереди отсек полезной нагрузки закрывается плоской бериллиевой плитой массой 50 тонн. Она предохраняет его от разрушительных ударов межзвездных пылинок. На той огромной скорости, с которой следует аппарат, встречи даже с микроскопическими твердыми частичками грозят ему серьезными повреждениями. В окрестностях планетной системы не исключены встречи и с более крупными телами. Для защиты от них с зонда запускается небольшой робот, опережающий аппарат на 200 метров и создающий вокруг себя облако мелкой пыли. Столкнувшись с этим пылевым жуком, встреченные объекты мгновенно испарятся, и на пути аппарата останется только не опасное для него облако плазмы.
         Связь со стремительно удаляющимся от нас зондом, согласно проекту, будет поддерживаться только первое время, в дальнейшем управление полетом целиком берет на себя электронный мозг аппарата, обладающий возможностями самообучения. Радиоуправление с Земли не предствляется возможным из-за огромного расстояния и связанной с этим задержкой. В путешествии, продолжающемся в течение десятилетий, наверняка произойдут какие-то поломки, какие-то системы могут выйти из строя. Восстановлением их работоспособности займутся два совершенно автономных робота-смотрителя. Эти десятитонные автоматы снабжены высокоразвитым искусственным интеллектом, набором датчиков и специализированных манипуляторов. Роботы могут выходить в открытый космос, производить ремонт и осмотр расположенных снаружи систем и агрегатов, корректировать и уточнять свои действия у электронного мозга корабля. Автоматические зонды с развитым машинным интеллектом способны обнаружить не только высокоразвитые цивилизации, но также и примитивную жизнь. В отличие от пилотируемых экспедиций, автоматы могут подождать, пока встреченные ими существа не достигнут высокой степени развития, а затем наладить с ними контакт.
         Авторы проекта намеренно использовали наиболее консервативные идеи, доказывая возможность осуществления проекта в ближайшее время, так что основная критика проекта сводилась к недостаточной смелости решений. Научная и техническая мысль не стоит на месте (достаточно вспомнить хотя бы закон Мура). Увы, космические агентства разных стран не заинтересовались этим проектом, тем более что произошедшая вскоре реставрация капитализма в СССР сделала ненужной для западных стран «космическую гонку» с СССР. Однако и в современных условиях вырастает поколение, желающее заняться исследованием дальнего космоса. Можем представить вам представленный на конкурс "Энергия будущего - 2005" доклад десятиклассника Сергея Фролова из Краснознаменска Московской облатси с предложениями о возрождении проекта "Дедал" на нынешнем техническом уровне, или, например, публикацию журнала "Наука и жизнь" с оригинальным проектом дешевых межзвездных зондов.

         Еще один проект межзвездного зонда был предложен в 2012 году

Некоммерческий фонд Icarus Interstellar недавно опубликовал некоторые подробности своего нового проекта межзвездной беспилотной миссии.

Необычность данного проекта, запущенного в разработку в конце 2011 года, в производстве топлива. Схема полета VARIES в принципе проста: ракета, использующая в качестве топлива антиматерию, будет питаться от солнечных панелей и лазерного луча с Земли или спутников. Затем она отправится к далекой звезде, исследует ее, с помощью солнечных панелей накопит энергию для обратного полета и вернется к Земле.

Антипротонно-позитронное топливо будет вырабатываться непосредственно на борту космического аппарата. Заправляться VARIES будет благодаря использованию квантового эффекта, известного как швингеровское образование электрон-позитронных пар. Разработчики VARIES планируют использовать для этого мощный лазерный луч, "ломающий" вакуум и вызывающий его поляризацию, т.е. образование пары электрон/позитрон. Для этого требуется создать мощнейшее электрическое поле, и за короткое время существования позитрона "выхватить" его и направить в хранилище или непосредственно в ракетный двигатель.

Излучать энергию планируется с помощью сверхкороткого (одна квинтиллионная доля секунды) лазерного импульса, благо прогресс в этой области идет семимильными шагами. В частности, совсем недавно в лаборатории NIF получен импульс мощностью 500 трлн. тераватт и длительностью 23 миллиардных долей секунды. Проблема хранения антиматерии теоретически тоже решаема: сегодня физики уже умеют удерживать ее в течение 1000 секунд в специальных магнитных бутылках.

Мощные лазеры на свободных электронах с помощью сверхкоротких импульсов добудут антиматерию непосредственно из вакуума

Также существует проблема производства энергии, необходимой для генерации мощных лазерных импульсов. Дело в том, что производство антиматерии из вакуума подчиняется законам сохранения энергии и требует столько же энергозатрат, сколько даст последующая аннигиляция. Разработчики VARIES видят два пути решения этой проблемы. Первый предполагает использование больших солнечных панелей и лазерного излучателя, который даст необходимый избыток энергии и позволит накопить топливо при старте из Солнечной системы. На разгон и торможение VARIES будет использовать запасы антиматерии, сгенерированные в процессе кружения вокруг нашего Солнца. После достижения главной цели, Проксимы Центавра, зонд будет изучать чужую звездную систем и одновременно с помощью солнечных панелей вырабатывать энергию для лазеров и накапливать антиматерию на обратную дорогу. Схема эта довольно сложна в реализации, поскольку зонду потребуется "тащить" на себе тяжелые панели и надеяться, что у Проксимы Центавра они все еще будут работать.

Более надежным выглядит идея предварительного накопления антивещества на борту VARIES еще в пределах Солнечной системы, где энергию кораблю будут поставлять с Земли микроволнами, лазером или с помощью сбрасываемых солнечных панелей. Накопив достаточный запас антивещества, VARIES стартует к чужой звезде, перейдя с внешнего питания на свои запасы топлива. Данная схема позволяет реализовать как "полноценный", так и "половинчатый" полет с разворотом на полпути к звезде, однако накопление и длительное хранение большого количества антивещества пока остается очень сложной технической проблемой.

После установления коммунистического общества, которое даст простор научно-техническому прогрессу, необходимо будет вернуться к проекту межзвездного зонда, который должен будет обследовать ближайшие звезды, в том числе ближайшую к нам «настоящую» звезду α Центавра (в систему которой входит и красный карлик Проксима Центавра), загадочную звезду Барнарда, три звезды, в планетных системах которых не исключается наличие жизни - ε Эридана, τ Кита и ε Индейца – а также Сириус. Все перечисленные звезды на карте ближайших к Солнцу звезд (см., например, журнал «Наука и жизнь», №9 за 1990 год) находятся примерно в одном секторе неба. В таком зонде можно будет применить все наработки, предложенные авторами проекта «Дедал», с учетом прогресса, совершенного наукой с тех пор – речь идет, во-первых, об электронике и технологии ракетных двигателей. Современные достижения науки не будут препятствовать организация сверхсветовой нейтринной связи между зондом и Землей. В проект «Дедал» не была включена идея, известная во времена составления проекта: установить чувствительный спектрометр, фиксирующий линии кислорода в атмосферах планет, к которым приближается аппарат, что может еще до подлета к планете дать знать о наличии на ней жизни, а также радиолокатор, способный зафиксировать фон радиоизлучения от планет (или излучения в других диапазонах), которые могут указать на наличие на планете технически развитой цивилизации. Поскольку проект «Дедал» положил начало идее называть межзвездные зонды именами героев античной мифологии, то есть предложение продолжить эту традицию и дать будущему межзвездному зонду имя «Прометей».