РАДИОСВЯЗЬ МЕЖДУ ЦИВИЛИЗАЦИЯМИ

Задача связи состоит в том, чтобы получить сигнал, содержащий определенное количество информации. Этот полезный информативный сигнал обычно регистрируется вместе с неизбежными помехами, так называемыми шумами. Источники шумов весьма различны, а уровень их зачастую превышает уровень полезных сигналов. Техника связи успешно борется с шумами, но полностью освободиться от них невозможно. Неустранимые шумы определяют предельно допустимую дальность связи. С увеличением расстояния полезный сигнал ослабевает; когда он достигает такой величины, что его уже невозможно выделить на фоне шума, дальнейшее увеличение дальности невозможно.
В проблеме связи между цивилизациями принципиально неустранимый источник шума— космическое радиоизлучение. Интенсивность его падает с длиной волны. Чем меньше длина волны, тем меньше уровень шумов и тем большую дальность связи можно обеспечить при заданной мощности передатчика. Другой неустранимый источник шума — квантовые флуктуации. Суть этого явления в том, что каждый квант электромагнитного излучения не может переносить больше одной единицы информации (на самом деле для передачи одной единицы информации требуется не один, а множество квантов). Чем больше длина волны, тем большее число квантов излучается передатчиком данной мощности за единицу времени, тем больше, следовательно, скорость передачи информации. Поэтому, если мы хотим передать возможно большее количество информации в единицу времени, следует использовать возможно более длинные волны — условие, прямо противоположное тому, которое вытекает из требования максимальной дальности связи. Ясно, что здесь необходимо принять какой-то компромисс. Исследования показывают, что если ставится задача обеспечить максимальную информативность при максимальной дальности связи, то наиболее выгоден диапазон частот 109 —1011 гц^ сантиметровые и дециметровые радиоволны (рис. 2).
Важнейший параметр для межзвездной связи — мощность передатчика. От нее зависят достижимая дальность связи, объем передаваемой информации, характер сигналов, а следовательно, и метод их обнаружения. На какую мощность передатчика можно рассчитывать при установлении радиосвязи с другими цивилизациями? Очевидно, это зависит от энергетического потенциала данной цивилизации. В настоящее время человечество ежесекундно потребляет энергию порядка 4-1019 эрг, причем энергопотребление постоянно растет. По данным статистики, за последние 100 лет ежегодный прирост энергопотребления по всему земному шару составляет приблизительно 3%. Если этот процесс будет продолжаться дальше, то через несколько тысячелетий энергопотребление достигнет поистине космической величины. Если даже предположить, что в дальнейшем ежегодный прирост составит только 1% , то уже через 3000 лет энергопотребление будет составлять 4-1033 эрг! сек — это равно количеству энергии, ежесекундно излучаемой Солнцем, а через 6000 лет достигнет 4* 1045 эрг'сек, что равно энергии излучения всех звезд Галактики.
Поскольку мы допускаем существование множества цивилизаций и предполагаем, что каждая из них проходит определенный путь развития, постольку мы должны заключить, что существуют цивилизации различного уровня, в том числе значительно опередившие нашу. Н. С. Кардашев предлагает разделить все цивилизации на три типа по величине потребляемой энергии. К I типу он относит цивилизации, которые по техническому уровню развития сходны с нашей земной цивилизацией'(ежесекундное энергопотребление в пределах 1019— 1024 эрг/сек). Ко II типу — цивилизации с энергопотреблением порядка 1033 эрг/сек. Это цивилизации, полностью овладевшие энергией своей звезды (можно предполагать, например, что они создали вокруг своих звезд искусственные биосферы). Наконец, цивилизации III типа — с энергопотреблением порядка 1044—1045 эрг/сек. Это цивилизации, овладевшие энергетическими ресурсами в масштабе целой галактики.

4.            РАДИОСВЯЗЬ МЕЖДУ ЦИВИЛИЗАЦИЯМИ ЗЕМНОГО ТИПА

Очевидно, мощность сигнала, который может непрерывно посылать цивилизация I типа, не превышает 1019 эрг/сек, или около 1 млрд, кет. По космическим масштабам это очень небольшая величина. Примерно такова же мощность радиоизлучения спокойного невозмущенного Солнца в дециметровом диапазоне. Естественный источник радиоизлучения с такой мощностью при современных радиотехнических средствах не может быть обнаружен даже на расстоянии ближайших звезд.
Но в отличие от естественных источников, которые излучают изотропно (т. е. одинаково по всем направлениям) и в широкой спектральной области, искусственные сигналы обладают двумя особенностями — направленностью и монохроматичностью, что позволяет обнаружить их на огромном расстоянии при сравнительно скромной мощности излучения. Так, передатчик мощностью 10 кет с полосой излучения 10 кгц при диаметре передающей антенны около 100 м может быть обнаружен современными средствами с расстояния, равного расстоянию до ближайших звезд. Расстояния между цивилизациями, по-видимому, значительно больше: они составляют, вероятно, не менее нескольких сотен, а возможно, и тысяч световых лет. Чтобы обеспечить такую дальность связи, требуется передатчик мощностью от 1 млн. до 1000 млн. кет.
Создание передатчика такой мощности — грандиозное предприятие. По подсчетам американского специалиста Хэндельсмэна, стоимость его оценивается в 200 млрд, долларов. И все же эта задача не является технически невыполнимой. Поэтому можно думать, что применение направленных монохроматических сигналов позволит осуществить радиосвязь между цивилизациями I типа. Монохроматические сигналы обладают еще одним важным преимуществом: их легко отличить от сигналов естественных, поскольку последние, как правило, обладают непрерывным спектром.
Первой попыткой обнаружить сигналы от внеземных цивилизаций был американский проект «Озма». Его идея принадлежит Кокко- ни и Моррисону, которые предложили использовать для межзвездной связи частоту радиолинии водорода 1420 Мгц (длина волны 21 см). Эта линия излучается холодными межзвездными облаками водорода — самого распространенного элемента Вселенной и служит очень эффективным средством изучения Галактики.
Любая-цивилизация, достигшая такого уровня, при котором можно говорить о межзвездной связи, несомненно, знает о существовании линии 21 см. По идее Коккони и Моррисона, частота этой линии — созданный самой природой своеобразный эталон частот, поэтому естественно ожидать, что цивилизации, «не сговариваясь», выберут ее для установления связи.

Работа Коккони и Моррисона появилась в печати в 1959 г., а спустя год в США на обсерватории Грин Бэнк под руководством Дрейка была создана соответствующая аппаратура и с помощью 27-метрового радиотелескопа начато прослушивание Космоса на волне 21 см. Проект был рассчитан на расстояние не более 16 световых лет. В сфере такого радиуса содержится только три звезды, около которых можно предполагать наличие разумной жизни: это т Кита, е Эрида- на и е Индейца. В течение нескольких месяцев радиотелескоп обсерватории Грин Бэнк был нацелен на «подозрительные» звезды (рис. 3). Однако никаких сигналов не обнаружено.
Неудача проекта «Озма» не должна обескураживать. Она до некоторой степени закономерна: этот первый проект межзвездной связи, конечно, не мог быть свободен от недостатков, которые неизбежны в таком новом деле и которые теперь более ясны, чем вначале. Прежде всего, расстояние между цивилизациями значительно больше, чем то, на которое был рассчитан проект «Озма». В настоящее время предполагается возобновить наблюдения по проекту «Озма», используя радиотелескоп с диаметром зеркала 45 м.
Следует, однако, заметить, что блестящая идея Коккони и Моррисона об использовании частоты радиолинии водорода 21 см при внимательном рассмотрении оказывается небезупречной. Дело в том, что как раз в силу интенсивного излучения межзвездного водорода уровень помех на этой частоте будет очень велик, так что использование ее для связи становится невыгодным. Некоторым видоизменением этой идеи служит предложение искать сигналы вблизи линии 21 см, а также на частотах, кратных частоте линии 21 см. Так или иначе, необходимо производить поиск по частоте в широком диапазоне спектра.
Это очень сложная задача, так как в радиодиапазоне не существует методов анализа спектра. По существу, каждый приемник рассчитан на определенную частоту, и для исследования соседней области спектра надо строить другой приемник. Чтобы охватить весь оптимальный диапазон, академик В. А. Котельников предложил использовать многоканальный приемник, содержащий огромное количество узкополосных фильтров. Если на антенну такого приемника падает монохроматический сигнал частоты V, он будет зарегистрирован в соответствующем канале, настроенном на данную частоту.
Не менее сложно найти направление на источник искусственных сигналов. Предположим, что расстояние до ближайшей цивилизации, посылающей радиосигналы в пространство, не превышает некоторую величину В. Тогда можно обнаружить эти сигналы, исследуя звезды, расположенные около Солнца в сфере радиуса В. Сколько же звезд придется исследовать таким способом? Пусть В = 1000 световых лет. В сфере такого радиуса содержится более 10 млн. звезд, а число тех, около которых можно подозревать наличие цивилизаций, не менее 100 000. Возникает сложная задача: выбрать из 10 млн. звезд несколько сотен тысяч таких, около которых можно подозревать наличие высокоразвитых цивилизаций.
Впрочем, мы можем обойтись и без предварительного отбора звезд, переложив эту задачу на передающую цивилизацию. В. А. Котельников предлагает следующую программу поисков. Рассмотрим две цивилизации А и В, расположенные на расстоянии В друг от друга. Цивилизация А ведет передачу, а цивилизация В работает на прием. Очевидно, цивилизации А заранее неизвестно, куда направить сигналы, поэтому она должна лучом своей антенны последовательно «обшарить» все небо. Пусть т — длительность посылки сигнала в данном направлении, а со — телесный угол антенны, тогда для обхода всей небесной сферы требуется время
Допустим, что цивилизация В имеет систему неподвижных антенн, которые в совокупности своими лучами охватывают всю небесную сферу. Одна из них направлена на цивилизацию А. Приемник, связанный с этой антенной* зарегистрирует сигнал в момент, когда антенна цивилизации А окажется направленной на цивилизацию В. Эксперимент по обнаружению сигнала должен длиться в течение времени значительно превышающего ^о, тогда за время проведения эксперимента сигнал будет зарегистрирован несколько раз через равные промежутки времени ^о. Это позволит уверенно отделить его от случайных помех. Время обнаружения можно значительно сократить, если цивилизация А вместо обхода всего небесного* свода выберет подходящие звезды, расположенные около нее в сфере радиуса В (среди которых должна быть, конечно, и цивилизация В), и будет посылать сигналы только в направлении этих звезд, быстро переводя антенну с одной звезды на другую.
На основании проведенных расчетов* В. А. Котельников приходит к выводу, что обнаружение сигналов от цивилизаций нашего уровня вполне реально, если одна из них приходится на 106 звезд. Если одна цивилизация приходится на 107 звезд, то обнаружить ее значительно труднее, но при определенных усилиях все же возможно. Если же одна цивилизация приходится на 108 звезд, то обнаружить ее современными средствами крайне затруднительно.
Любопытно отметить такое обстоятельство. Дальность связи пропорциональна корню* квадратному из времени посылки сигнала т. Пока осуществляется поиск, т увеличивать нецелесообразно, особенно при большом расстоянии между цивилизациями, так как в этом случае приходится облучать поочередно огромное- количество звезд. Но если две цивилизации/ каким-то образом сумели обнаружить друг друга, то их антенны будут непрерывно направлены одна на другую. В этом случае т может быть очень велико, и между цивилизациями при рассмотренных параметрах аппаратуры возможна радиосвязь на любых расстояниях в пределах Галактики.
Как часто встречаются цивилизации I типа? Можно полагать, что время, в течение которого- цивилизация находится на этом уровне, порядка 103 лет (по истечении этого времени цивилизация должна развиться настолько, что ее* уже следует отнести по крайней мере ко второму типу). Учитывая это, нетрудно получить, что в наиболее благоприятном случае одна цивилизация I типа приходится на 108 звезд. Эта оценка получена в предположении, что 6% всех звезд Галактики имеют пригодные для жизни планеты, причем на каждой из них жизнь рано или поздно с необходимостью возникает и в результате эволюции обязательно приводит к появлению разумных, мыслящих существ. Если мы примем другую крайнюю оценку, согласно которой доля звезд, имеющих планеты с пригодными для жизни условиями, равняется одной миллионной, и будем по-прежнему считать, что мыслящие существа возникают на всех пригодных для жизни планетах, то получим, что одна цивилизация I типа приходится на 1013 звезд, или на несколько десятков галактик. Ясно, что в этом случае невозможно говорить об установлении связи между ними.

5.            ПРИЕМ ИНФОРМАЦИИ ОТ СВЕРХЦИВИЛИЗАЦИЙ

Совершенно другие перспективы открываются для связи с цивилизациями II и III типа, на что впервые обратил внимание Н. С. Кардашев. Во-первых, можно полагать, что такие цивилизации встречаются гораздо чаще, так как продолжительность времени, в течение которого они находятся на данном уровне развития, может быть значительно больше, чем для цивилизаций I типа. Но главное, конечно, не в этом.
Располагая мощностью порядка 1033 эрг!сек и более, такая сверхцивилизация может позволить себ>е роскошь посылки изотропных широкополосных сигналов, обеспечивая даже при этих условиях колоссальную дальность передачи от 10 млн. до 10 млрд, световых лет. Это значит, что если где-нибудь в нашей Галактике или даже в других галактиках (в пределах 10 млн. световых лет) существует хотя бы одна цивилизация II типа, то мы уже сейчас, при современном уровне техники способны обнаружить посылаемые ею сигналы.Что касается цивилизаций III типа, то их можно обнаружить всюду в пределах наблюдаемой области Вселенной!
По сравнению с этими цифрами расстояния, в пределах которых возможна радиосвязь между цивилизациями I типа, кажутся весьма скромными. Но даже в этих ограниченных пределах цивилизации I типа могут осуществлять связь только при использовании узкополосных, монохроматических сигналов. Для цивилизаций II и III типа это условие совершенно не обязательно. Приведенные дальности достижимы при использовании полосы частот порядка 106— 109 гц. Это очень важное обстоятельство, так как скорость передачи информации пропорциональна полосе частот используемого канала связи. В рассмотренном примере В. А. Котельникова, когда связь между цивилизациями I типа ведется в пределах всей Галактики, скорость передачи информации составляет 1 двоичный знак в минуту. Этой скорости достаточно, чтобы сообщить информацию об искусственном характере передаваемых сигналов, но для передачи научных знаний она все же мала: потребуется около 2 лет, чтобы передать с такой скоростью содержание только одного тома энциклопедии. При полосе порядка 109 гц для этого потребуется тысячная доля секунды, а за 100 секунд можно передать информацию, содержащуюся в 100 000 крупных книг, в которых, вероятно, можно было бы изложить всю сумму знаний, накопленных человечеством!
Представим себе такую картину. Цивилизация II или III типа непрерывно посылает сигналы по всем направлениям. Информация передается по определенной программе. Время, необходимое для передачи программы, благодаря большой скорости передачи информации, невелико, и по окончании этого времени программа повторяется вновь и вновь. Где бы в пределах сферы действия передатчика ни находился предполагаемый абонент (цивилизация В),
юн рано или поздно, достигнув определенного уровня, сумеет обнаружить эти сигналы, расшифрует их и начнет прием ценнейшей информации от более развитой цивилизации.
Сколько лет пройдет с момента отправки до момента приема сигналов? Быть может, пославшая их цивилизация уже перестанет существовать. Но накопленный ею опыт и знания не погибнут, они станут достоянием других цивилизаций. Это поможет им преодолеть много трудностей, избежать многих ошибок и будет способствовать их быстрому развитию. Скоро и эти цивилизации смогут посылать сигналы в пространство, передавая знания, полученные ими когда-то и обогащенные собственным опытом.
Как же обнаружить сигналы от таких сверхцивилизаций? При полосе излучения порядка 109 гц искусственный сигнал по своим характеристикам очень напоминает естественные радиоизлучения, которые тоже излучают в широкой области спектра (рис. 4). Поэтому необходимо установить, чем должен отличаться искусственный сигнал от естественного. Ведь, прежде чем пытаться получить информацию путем расшифровки полученных сигналов, мы должны убедиться, что имеем дело с искусственным источником, должны суметь выделить его из множества естественных.

Н. С. Кардашев указал на несколько таких отличительных признаков, которым должен удовлетворять искусственный источник радиоизлучения (предельно малые угловые размеры, характерное спектральное распределение мощности, особенности излучения вблизи линии 21 см, круговая поляризация и, конечно, закономерные изменения характеристик источника со временем — своего рода позывные).
Не все из этих признаков совершенно обязательны. Ученые работают над их уточнением и разработкой новых, более строгих критериев.
Таким образом, помимо исследования ближайших звезд, намечается еще один путь для поисков сигналов от внеземных цивилизаций— детальное изучение источников космического радиоизлучения с тем, чтобы отобрать среди них возможные искусственные в соответствии с их ожидаемыми свойствами. Этот путь близко смыкается с актуальными задачами радиоастрономии (рис. 5).
Уровень современной науки и техники позволяет вести активные исследования в обоих направлениях. Невозможно предсказать, как скоро ученые добьются успеха. Быть может, потребуются десятки лет напряженной, кропотливой работы, но рано или поздно успех должен прийти.