Внеземные цивилизации

Содержание:

1. Введение
2. Возможная распространённость космических цивилизаций
3. Типы контактов между космическими цивилизациями
4. Поиски внеземных цивилизаций
5. Радиосвязь между космическими цивилизациями

1. Введение

Внеземные цивилизации - общества разумных существ, к-рые могут возникнуть и существовать вне Земли, на космич. телах или средах, напр, на др. планетных системах. Наряду с термином "В. ц." пользуются более широким понятием - "космическая цивилизация" (К. ц.). При этом земную цивилизацию считают одной из К. ц.

Основанием для предположения о возможности существования В. ц. являются: представления о единстве законов развития материи; понимание закономерностей процесса происхождения и эволюции жизни на Земле; данные астрономии, к-рые свидетельствуют, с одной стороны, о типичности процесса образования Солнечной системы и не дают существенных оснований для выделения Солнца среди множества подобных ему звёзд Галактики, а с другой стороны - о большом разнообразии физ. условий в космосе, что в принципе может привести к возникновению значительно различающихся форм высокоорганизованной материи.

2. Возможная распространённость космических цивилизаций

Для оценки числа галактич. К. ц., способных вступить в контакт между собой в рассматриваемый момент времени t, можно воспользоваться ф-лой:

N_c(t) = N₀Fq

Здесь N₀ - число подходящих мест, где могут возникать такие К. ц.; F - фактор, учитывающий то обстоятельство, что не в каждом подходящем месте обязательно возникнет способная к контактам (коммуникативная) цивилизация, q - вероятность того, что любая из рассматриваемых цивилизаций в момент t находится в коммуникативной фазе. В качестве подходящих для возникновения В. ц. мест обычно рассматриваются планеты с благоприятными для возникновения жизни условиями. Тогда, напр., для нашей Галактики

N₀ = N*f_pn_e ,

где N* - общее число звёзд в Галактике; f_p - доля звёзд, имеющих планетные системы, n_e - ср. число планет в каждой планетной системе с необходимыми для возникновения жизни условиями. Фактор F и вероятность q определяются применяемой процедурой выборки. Наиболее употребительна ф-ла Дрейка:

N_c = N₀F_DL_c/t .

Здесь F_D - вероятность того, что на данной наугад взятой подходящей планете к моменту t возникает коммуникативная цивилизация (время t отсчитывается от момента образования самых старых звёзд). Для К. ц., схожих с земной цивилизацией, этот фактор учитывает вероятность происхождения жизни при наличии благоприятных условий, вероятность происхождения разумной жизни и, наконец, вероятность возникновения коммуникативной цивилизации. L_c - ср. продолжительность коммуникативной фазы.

Применяются два способа оценки числа В. ц. Первый (наиболее распространённый) способ состоит в оценке компетентными учёными отдельных величии, входящих в ф-лу Дрейка. Разброс значений сделанных оценок весьма велик: для фактора F_D, напр., он составляет от 1 до 10^-6; причём, строго говоря, не исключаются и такие оценки, при к-рых наша цивилизация оказывается единственной во Вселенной. Недостатком этой методики, помимо субъективности оценок, явл. то, что оценки не учитывают зависимость вероятностей от времени. Второй способ основан на статистич. подходе. Рассматривается время t₀ от образования подходящей планеты до возникновения на ней коммуникативной цивилизации. Это время считается случайной величиной. При выборе определённого закона распределения случайной величины t₀ можно вычислить вероятность образования К. ц. к моменту времени t на любой наугад взятой подходящей планете, т. е. определить фактор F_D. Он явл. ф-цией времени и при заданном времени (напр., в рассматриваемый совр. момент) зависит от ф-ции распределения t₀. При приемлемых распределениях . Однако в целом неопределённость в оценке величины N_c остаётся очень большой: от 10⁹ цивилизаций в Галактике до одной цивилизации в нескольких соседних галактиках. Все подобные оценки не учитывают возможность существования иных форм жизни и разума, чем на Земле, и дают, т. о., лишь нижнюю оценку числа В. ц.

Иногда допускают, что если В. ц. широко распространены в Галактике, то они должны к.-л. образом проявлять себя. Отсутствие видимых проявлений деятельности В. ц. рассматривается как аргумент в пользу того, что В. ц. крайне редки. Несомненно, подобные заключения недостаточно строги, т. к. основаны на определённых произвольных предположениях о закономерности развития и характере деятельности В. ц. и исходят из уровня совр. средств астрономич. наблюдений.

3. Типы контактов между космическими цивилизациями

В самом широком смысле контакт между К. ц. понимается как любой тип взаимодействия между ними. Мыслимы следующие типы контактов: 1) непосредств. контакты, т. е. взаимные (или односторонние) посещения; 2) контакты по каналам связи; 3) контакты смешанного типа, т. е. посылка в предполагаемый район обитания К. ц. автоматич. зондов, к-рые передают полученную информацию исходной цивилизации по каналам связи.

Осн. трудность реализации непосредств. контакта связана с длительностью полёта. При полётах к др. обитаемым мирам длительность путешествия может быть - времени жизни данной цивилизации. Отсюда возникает проблема возвращения и ценности привезённой информации. При полётах к далёким звёздам с нерелятивистскими скоростями v (v << с) требуется время, измеряемое тысячелетиями. Поэтому нерелятивистские полёты возможны только к самым ближайшим звёздам. Такие проекты в настоящее время обсуждаются. Полёты с релятивистскими скоростями (v~c) принципиально позволяют совершить путешествие в самые отдалённые области Вселенной н вернуться обратно за время жизни одного поколения космонавтов. Однако они связаны со столь значит. трудностями (энергетического и др. плана), что их практич. осуществление подвергается сомнению. Кроме того, надо иметь в виду, что в условиях релятивистского полёта время, согласно теории относительности, сокращается только для экипажа космич. корабля, для цивилизации-отправителя оно течёт в прежнем темпе. Поэтому длительность путешествия по часам цивилизации-отправителя (напр., жителей Земли), как и в нерелятивистском случае, может превышать L. Существует, конечно, возможность путешествия без возвращения.

Межзвёздные перелёты с нерелятивистскими скоростями при смене поколений во время полёта в принципе не исключены. Вопрос об их целесообразности относится к проблеме целей и побуждений, движущих обществом, но это уже не физ. проблема.

Контакты по каналам связи представляются для нашей цивилизации в настоящее время более перспективными. Если время распространения сигнала t > L, то связь между К. ц. (как и в случае непосредств. контактов) может быть только односторонней. Если t << L, то возможен двусторонний обмен информацией.

Единственный вид связи, о к-ром можно серьёзно говорить при совр. уровни знаний,- это связь с помощью электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света. Технические возможности для такой связи уже имеются.

4. Поиски внеземных цивилизаций

Важная особенность совр. постановки проблемы В. ц. состоит в стремлении перейти от чисто умозрительного её изучения к активному поиску В. ц. Это направление получило наименование SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence), т. с. поиск В. ц. Наряду с этим наименованием употребляется также термин CETI (Communication with Extraterrestrial Intelligence), т. е. связь с внеземным разумом. Логично предположить, что (поскольку речь идёт о нашей инициативе) поиск должен предшествовать установлению связи. Можно отметить неск. направлений поиска.

Поиск следов астроинженерной деятельности. Теоретически был рассмотрен ряд проектов преобразования окружающего космич. пространства, к-рые могла бы осуществить развитая В. ц. Ещё К. Э. Циолковский высказал идею о сооружении искусств. "эфирных городов" вокруг Солнца. В 60-х гг. 20 в. амер. физик Ф. Дайсон рассмотрел возможность создания искусств. биосферы вокруг обитаемой звезды, получившей название "сфера Дайсона". Это название, конечно, условно, т. к. конструкция в виде сплошной сферы, вращающейся вокруг звезды, существовать не может из-за неизбежного её разрушения приливными силами. В общем случае искусств. биосфера может состоять из системы околозвёздных спутников, что соответствует первоначальной идее Циолковского.

Как подчёркивает Дайсон, независимо от инженерных деталей искусств, биосфера будет перехватывать значит. часть энергии излучения звезды, а затем, согласно 2-му началу термодинамики, должна отдавать эту энергию в космич. пространство при более низкой темп-ре. Как показывают расчёты, осн. часть собств. излучения астроинженерных сооружений должна быть сосредоточена в ИК-области спектра, в интервале длин волн 3-10 мкм. Следовательно, задача обнаружения подобных В. ц. должна начинаться с поиска локальных источников ИК-излучения или звёзд с аномально большим избытком ИК-излучения. С момента выдвижения этой идеи были обнаружены десятки ИК-источников, однако ни в одном случае не было оснований связать подобный источник с В. ц.

Поиск следов посещения В. ц. на Земле. Это направление исходит из предпосылки, что посещение Земли представителями высокоразвитой В. ц. в историч. прошлом (если бы оно имело место) могло оставить определённый отпечаток, к-рый следует искать в памятниках материальной и духовной культуры различных народов. Имеются многочисл. данные, свидетельствующие о высокой культуре древнейших цивилизаций нашей планеты. Вопрос о возможных космич. истоках нек-рых элементов этих высоких культур нуждается в тщательном изучении .

Поиск сигналов от В. ц. Важнейшей задачей при поиске сигналов от В. ц. явл. выбор оптимального диапазона эл.-магн. волн. Этот диапазон должен отвечать высокой прозрачности среды, минимуму принципиально неустранимых помех и ослаблению др. мешающих факторов (напр., мерцания). При этом влияние земной атмосферы на приходящий искусств. сигнал может не приниматься во внимание, т. к. средства SETI в случае необходимости можно вынести с поверхности планеты в космич. пространство. Учитывая перечисленные факторы, можно сделать вывод, что оптимальным явл. коротковолновый участок радиодиапазона: дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны. Т. о., задача SETI может быть сформулирована как задача поиска искусств. радиосигналов. Это не исключает того, что при определённых условиях (напр., при небольших расстояниях до К. ц.) для посылки сигналов может быть использован оптич. диапазон. Осн. достоинства оптич. канала связи: высокая пропускная способность и лёгкость осуществления остронаправленной передачи (например, лучом лазера).

5. Радиосвязь между космическими цивилизациями

Возможность обнаружения радиосигнала определяется отношением (a) его мощности к мощности шума. На заданном расстоянии от передатчика a пропорционально его мощности, произведению площадей приёмной и передающей антенн и обратно пропорционально шумовой температуре приёмника и рабочей полосе частот.

Условие обнаружения сигнала можно записать в виде a > a₀, где a₀ - порог обнаружения. Величина a₀ зависит от характера сигнала. Существуют системы кодирования, для к-рых a₀ < 1. Но для этого, вообще говоря, требуется, чтобы получатель знал код отправителя. Поскольку при обнаружении сигналов В. ц. это условие не выполняется, необходимо, чтобы сигнал превышал уровень шума: a > 1. Как показывают расчёты, обнаружение сигналов от цивилизаций, расположенных в пределах нашей Галактики или в соседних галактиках, при совр. уровне радиотехники вполне возможно.

В проблеме радиосвязи с К. ц. можно выделить две задачи: а) приём позывных; б) приём высокоинформативного сообщения.

Назначение позывных - привлечь внимание получателя, облегчить ему задачу обнаружения. Поэтому можно думать, что позывные сигналы могут иметь необычный спектр. особенности поляризации, своеобразные врем. изменения и пр. Позывные должны также нести и определённое количество информации, они могут содержать двухмерные или трёхмерные изображения, математич. соотношения и т. п. Объём информации в позывных должен быть достаточным для того, чтобы на основе её можно было сделать заключение об искусств. характере принятых сигналов. Кроме того, можно полагать, что позывные содержат своего рода "ключ" к осн. программе (указание на полосу частот, способ кодирования и пр.). Общее количество информации, к-рое требуется для этих целей, невелико.

Стратегия поиска сигналов от В. ц. во многом зависит от предполагаемых возможностей отправителя. Здесь наметилось два осн. подхода. Первый ориентируется на К. ц., обитающие на планетах, с уровнем развития, близким к нашему, использующие технику связи, подобную нашей земной технике. В соответствии с этим выдвигается задача их последовательного поиска, начиная от ближайших звёзд, похожих на Солнце, с постепенным увеличением сферы поиска. Наиболее вероятны узкополосные искусств, сигналы на волнах: l 21 см (радиолиния водорода), l 18 см (ОН) и l 1,35 см (линия водяного пара), а также на кратных частотах (гармониках) или частотах, скомбинированных из осн. частоты с к.-л. математич. константами (е, p и др.).

Нельзя исключить также существование позывных, распределённых по широкой полосе частот (напр., в виде коротких импульсов) с целью облегчения поиска по частоте.

Др. направление ориентируется на поиск К. ц. с энергетич. потенциалом, намного превосходящим потенциал нашей земной цивилизации. В этом случае задача обнаружения существенно упрощается благодаря тому, что предполагаемая сверхцивилизация может генерировать сигналы огромной мощности. Однако при этом возникает неопределённость в координатах источника, поскольку такие цивилизации не обязательно связаны с планетными системами. Предполагается, что сигналы высокоразвитых В. ц. должны быть широкополосными. Это облегчает их поиск по частоте, но в то же время требует разработки критериев, позволяющих отличить подобные искусств. сигналы от широкополосного излучения естеств. происхождения. По постановке задачи и методам исследований это направление тесно смыкается с актуальными задачами астрофизики и радиоастрономии.

Более общая постановка задачи требует создания постоянно действующей службы контроля с применением систем обнаружения, охватывающих всю небесную сферу. Подобный подход не зависит от исходных предположений о локализации и уровне развития В. ц. Система должна быть достаточно универсальной, рассчитанной на приём сигналов различного вида (импульсных, узкополосных и др.).

Первые работы по поиску радиосигналов К. ц. были проведены Ф. Дрейком (США) на Национальной радиоастрономич. обсерватории в 1960 г. Исследовалось радиоизлучение ближайших звёзд - t Кита и e Эридана - на волне 21 см (проект Озма). В последующие годы был выполнен ещё ряд работ, число к-рых к настоящему времени превысило 20; в частности, в СССР в 1970 - 1980 гг. был проведён поиск импульсных радиосигналов от всего неба с помощью всенаправленных антенн в сантиметровом и дециметровом диапазонах (В. С. Троицкий, Н. С. Кардашев и др.). Все эти работы не привели к положительному результату. Однако надо иметь в виду, что они носят предварительный, поисковый характер и охватывают ничтожную долю всего возможного объёма поиска (по частоте, времени, направлению и др. параметрам). Интересный результат был получен на обсерватории Огайского университета (США), где в процессе обзора неба на волне 21 см в авг. 1977 г. был зарегистрирован узкополосный сигнал, характеристики к-рого указывают на его внеземное и в то же время, весьма вероятно, искусственное происхождение. Однако поскольку повторной регистрации этого сигнала получить не удалось, вопрос о его природе остаётся открытым. Поиски в оптич. диапазоне проводились с 1972 г. орбитальной астрономич. обсерваторией "Коперник" (США). Оригинальная методика поиска оптич. сигналов от К. ц. разработана в Специальной астрофизич. обсерватории АН СССР. Эти работы проводятся в плане поиска объектов с короткомасштабной переменностью, что представляет независимый астрофизнч. интерес.

Обсуждаются проекты поиска искусств. радиосигналов, предусматривающие строительство многозеркальных телескопов на Земле или Луне, а также сооружение гигантских космич. радиотелескопов. Большое внимание уделяется программе поиска планет у ближайших звёзд с помощью оптич. средств, включая будущий космич. телескоп диаметром 2,4 м на ИСЗ (США).

Наряду с поиском сигналов от В. ц. были предприняты попытки направить послание внеземным цивилизациям. В ноябре 1974 г. с радиоастрономич. обсерватории в Аресибо (в Пуэрто-Рико) было направлено радиопослание в сторону шарового скопления М-13 (расстояние 24 тыс. световых лет), содержащее в закодированной форме данные о жизни и цивилизации на Земле. В целях возможного установления контакта с В. ц. информац. сообщения, адресованные др. цивилизациям, помещались на космич. аппараты, траектории к-рых обеспечивали им выход за пределы Солнечной системы. Так, на космич. аппарате "Пионер-10" (1972 г., США) была установлена информац. пластинка, содержащая сведения о месте и времени старта корабля и др. данные о нашей цивилизации. Более полные данные содержатся в спец. контейнерах, установленных на кораблях "Вояджер-1 и -2" (1977 г., США). Трудно сказать, достигнут ли подобные послания цели, но они свидетельствуют о том, что человечество начинает серьёзно задумываться о контактах с разумными существами иных миров.

Лит.:
Внеземные цивилизации. Проблемы межзвездной связи, М., 1969; Населённый Космос, М., 1972;
Гиндилис Л. М., Космические цивилизации (Проблемы контакта с внеземным разумом), М., 1973; Проблема CETI (связь с внеземными цивилизациями), М., 1975;
Пановкин Б. Н., Проблема внеземных цивилизаций, М., 1979; Астрономия. Методология. Мировоззрение, М., 1979;
Шкловский И. С., Вселенная, жизнь, разум, 5 изд., М., 1980; Проблема поиска внеземных цивилизаций, М., 1981;
Голдсмит Д., Оуэн Т., Поиски жизни во Вселенной, пер. с англ., М., 1983.

(Л.М. Гиндилис)