21 августа 1924 года, за два дня до максимального сближения Марса с Землей в XX веке, в США был объявлен Национальный день радиомолчания. На протяжении полутора суток ежечасно все американские радиостанции прекращали свои передачи на пять минут. В это время сотрудники Военно-морской обсерватории США прослушивали эфир, пытаясь уловить сигналы с Красной планеты. Армия даже выделила специального криптографа для расшифровки посланий от «марсиан».
Сейчас эта попытка найти разумную жизнь за пределами Земли выглядит откровенно наивной. Но за последующие 100 лет ситуация в сфере поисков внеземного разума (SETI) изменилась не так уж и сильно. Основная ставка по-прежнему делается на обнаружение радиосигналов искусственного происхождения. При этом еще до недавнего времени было весьма сложно говорить о каких-то продуманных программах поиска: охотники за «зелеными человечками» периодически прослушивали лишь некоторые ближайшие системы, составляющие каплю в море от общего звездного населения Млечного Пути.
Впрочем, благодаря техническому прогрессу, за последние годы в распоряжении ученых появились новые инструменты, способные значительно увеличить эффективность SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence — поиск внеземных цивилизаций). В этом материале мы разберем наиболее перспективные методы, которые человечество может использовать для ответа на извечный вопрос о том, одни ли мы во Вселенной.
Прослушивание радиоэфира
Поиск радиосигналов искусственного происхождения был и до сих пор остается приоритетным методом обнаружения внеземного разума. Первые шаги в этом направлении сделаны в конце 1950-х — начале 1960-х годов, когда легендарный астроном Фрэнк Дрейк использовал радиотелескоп диаметром 26 м, чтобы исследовать близкие к нам звезды Тау Кита и Эпсилон Эридана на частоте 1420 МГц (длина волны 21,1 см).
Почему именно 1420 МГц? Эта частота связана с наиболее распространенным элементом во Вселенной — водородом. При возвращении атома водорода в стабильное состояние происходит излучение одного кванта света (фотона). Его частота составляет именно 1420 МГц. Благодаря этому водород является своеобразным спектральным маяком, чье излучение должно быть хорошо знакомо всем исследователям звездного неба. Так что, если передавать на этой частоте, сигналы могут быть обнаружены в ходе обычных астрономических наблюдений.
Более того, частота 1420 МГц лежит между относительно свободными областями электромагнитного спектра, где фоновый шум Млечного Пути почти не слышен. Некоторые астрономы даже прозвали этот диапазон «космическим водопоем». По их мнению, излучение с длиной волны 21 см, окруженное областями относительной радиотишины, могло бы стать отличным местом для «встречи» разбросанных по галактическим просторам цивилизаций, где они смогут общаться и обмениваться идеями.
С тех пор 1420 МГц и прилегающие к ней частоты стали «золотым» стандартом для SETI. Подавляющее большинство поисков следов деятельности внеземных цивилизаций велось именно в этой области электромагнитного спектра. И время от времени астрономам даже удавалось обнаружить подозрительные сигналы. Увы, почти всегда последующий анализ находил довольно тривиальное объяснение. Так, в 2020 году немало шуму наделал зафиксированный со стороны Проксимы Центавра радиосигнал, получивший обозначение BLC-1. Он транслировался на частоте 982,002 МГц, обладал доплеровским сдвигом и наблюдался в течение пяти часов. Увы, в дальнейшем выяснилось, что он имел вполне земное происхождение.
Однако, у нас все же есть одно заметное исключение — знаменитый сигнал Wow! Он был зафиксирован 15 августа 1977 года. Его характеристики, частота — все в точности соответствовало тому, как, по мнению ученых, должен выглядеть сигнал от инопланетной цивилизации (неудивительно, что обнаруживший его астроном обвел соответствующую группу символов на распечатке и написал Wow!). К большому сожалению, сигнал Wow! так и остался уникальным событием. Астрономам не удалось ни зафиксировать его повторно, ни определить его источник. За последующие 45 лет было выдвинуто множество объяснений происхождения сигнала, но, по всей видимости, мы уже никогда не узнаем правды.
Базирующийся на поиске радиосигналов «традиционный» SETI является давним объектом критики за свою излишнюю антропоцентричность. Его сторонники исходят из того, что гипотетические пришельцы будут поступать именно так, как поступили бы люди — использовать радиосвязь и вести передачи в районе частоты 1420 МГц, чтобы облегчить свое обнаружение. Но что, если им неведома технология радиосвязи? Или же, наоборот, их цивилизация достигла такого уровня развития, что полностью ее переросла и сейчас использует для коммуникаций что-то намного более совершенное, вроде лазерной либо даже нейтринной связи? Или, допустим, им известна радиосвязь, но они молчат, предпочитая скрывать свое существование? Или же они попросту используют иные методы сжатия данных? Вполне может быть, что то, что для нас является «белым шумом», на самом деле сжатые сообщения, распределенные по нескольким частотным диапазонам.
История с сигналом Wow! наглядно демонстрирует еще одну слабость «традиционного» подхода — наше собственное непостоянство. Как правило, участники проектов SETI редко ведут постоянные наблюдения одного и того же участка звездного неба. Убедившись, что он не содержит ничего интересного, они переходят к следующей цели, исходя из того, что радиопередачи пришельцев будут регулярно повторяться. Но это лишь предположение. В случае с тем же сигналом Wow! повторные попытки зафиксировать новые передачи продолжались по несколько минут в день в течение нескольких месяцев, после чего астрономы фактически забросили это занятие, посчитав дальнейшие поиски бесперспективными.
В то же время нельзя сказать, что охотники за внеземным разумом полностью игнорируют эту критику. Так, организаторы недавнего проекта Breakthrough Listen сделали ставку на куда лучше организованный подход с регулярными наблюдениями неба и использованием самых мощных из существующих радиотелескопов, позволяющих охватить намного больший диапазон частот с высоким разрешением. Но все равно, ставка на поиск радиосигналов явно не сможет дать нам 100% гарантию обнаружения внеземного разума.
Поиски техносигнатур
К счастью, сканирование эфира — не единственный способ обнаружения инопланетного разума. Его альтернативой служит поиск техносигнатур — «следов» в виде какого-либо измеряемого свойства или эффекта, которые оставляют после себя развитые технологии. Безусловно, радиопередачи тоже являются техносигнатурой. Но для удобства их обычно разграничивают в разные категории SETI.
Что может считаться техносигнатурой? Возьмем для примера сферу Дайсона — гипотетическое астроинженерное сооружение в виде окружающей звезду оболочки. Считается, что развитая цивилизация могла бы построить ее, чтобы получать максимум энергии от своего светила. Сооружение подобных масштабов вполне может быть обнаружено уже существующими телескопами по избытку испускаемого им инфракрасного излучения с нетипичным спектральным распределением.
Находящуюся в процессе строительства сферу Дайсона или иное крупное астросооружение аналогичных размеров вроде двигателя Шкадова (гипотетическая машина, предназначенная для перемещения целой звездной системы) могут выдать ассиметричные изменения кривой блеска светила, у которого они расположены. Несколько лет назад астрономы на полном серьезе рассматривали версию, что звезда KIC 8462852 (более известная как звезда Тэбби) может служить домом для высокоразвитой цивилизации, как раз занимающейся созданием сферы Дайсона. Правда, в дальнейшем исследователи все же исключили эту версию в пользу естественных причин. Тем не менее, случай со звездой Тэбби значительно поднял интерес к проектам, целью которых является изучение светил на предмет поиска аномальных колебаний их блеска. Возможно, какие-то из них действительно окажутся свидетельством масштабного инженерного проекта, предпринятого инопланетной цивилизацией.
Техносигнатуры могут «сопровождать» и межзвездные корабли. Например, при взаимодействии звездолета с магнитным парусом с окружающей средой возникает циклотронное излучение. А корабль, оснащенный двигателем на антиматерии, можно было бы обнаружить по спектру излучаемых им фотонов.
Не стоит забывать и про еще одну популярную концепцию, которую часто можно встретить в обсуждениях, связанных с проблемой внеземного разума. Речь о зондах фон Неймана. Так называют самовоспроизводящиеся космические корабли, которые используют добываемые в космосе полезные ископаемые, создавая свои точные копии. Эти копии затем отправляются в другие звездные системы, где процесс повторяется.
Исследования показывают, что производство подобных зондов должно сопровождаться образованием излучения в различных диапазонах электромагнитного спектра. А поскольку создание новых кораблей будет происходить в экспоненциальной прогрессии, соответственно, так же экспоненциально будет увеличиваться и выделяемая в ходе этого процесса энергия. Проще говоря, если кто-то из астрономов обнаружит аномальный объект, чье излучение растет по экспоненте и который не похож ни на один известный природный феномен, его можно будет записать в кандидаты в зонды фон Неймана. Согласно недавним расчетам, процесс создания зондов также будет сопровождаться радиоизлучением, которое вполне могут зафиксировать уже существующие радиотелескопы, вроде китайского FAST.
Впрочем, если подходить к данному вопросу с реалистичной точки зрения, то цивилизация, умеющая строить зонды фон Неймана или сферы Дайсона, скорее всего, давно распространила бы свое влияние на значительную часть нашей галактики, и мы бы повсюду видели следы ее деятельности. Куда более вероятно, что если в Млечном Пути и есть иные цивилизации, то они скорее напоминают земную и ограничены пределами своей родной системы. А значит, для их обнаружения нам потребуется куда пристальнее присмотреться к экзопланетам.
Изучая экзопланеты
Изучение экзопланет — одна из самых молодых и бурно развивающихся областей астрономии. Всего три десятилетия назад количество известных нам миров у других звезд измерялось нулем. Сейчас же их число приближается к отметке в 5000. В связи с этим возникает закономерный вопрос: если какая-то из известных нам экзопланет обитаема, существуют ли внешние признаки, способные указать на это?
Исследование экзопланетных атмосфер — среди наиболее перспективных способов обнаружить такие признаки. Если планета является транзитной (то есть мы видим, как она проходит по диску своей звезды) и обладает газовой оболочкой, в спектре прошедшего через ее атмосферу звездного света будут содержаться линии поглощения — своего рода химическая подпись. Она укажет на то, какие вещества и соединения имеются в газовой оболочке тела. Более того, спектральный анализ может дать информацию и о строении самой атмосферы — наличии облачного покрова, стратосферы, и даже помочь определить общий цвет экзопланеты.
Вот уже несколько лет, как астрономы достаточно успешно используют эту методику для проведения химического анализа внесолнечных миров. Покамест речь идет о крупных телах, имеющих мощную атмосферу. Как правило, это газовые гиганты, и изредка — суперземли. Но по мере совершенствования технологий астрономы постепенно переходят и к мирам поменьше.
Что же может подсказать нам о том, что на другой планете есть жизнь? Первым в списке «обычных подозреваемых» идет кислород. Значительное количество молекулярного кислорода в атмосфере означает, что на экзопланете имеется какой-то механизм, обеспечивающий его восполнение. В случае с Землей это фотосинтез.
Наличие облаков из водяного пара укажет на то, что на экзопланете, скорее всего, есть вода в жидком виде. Значительный интерес представляет и метан. Этот газ постепенно разлагается под действием ультрафиолетового излучения, так что его присутствие означает, что на экзопланете есть какой-то источник его воспроизводства. Он может быть как геологическим, так и биологическим. Например, 90% земного метана образуется в результате жизнедеятельности бактерий.
Конечно, это хотя и весомые, но все же косвенные признаки. Намного более мощным свидетельством существования технологически развитой цивилизации могло бы стать обнаружение в инопланетной атмосфере химических соединений наподобие хлорфторуглеродов (фреонов), указывающих на промышленные выбросы, чье существование вряд ли может объясняться какими-либо естественными причинами.
В теории, с помощью спектрального анализа атмосферы можно определять хиральность (закрученность) содержащихся в ней органических молекул. Как известно, клетки всех земных организмов используют только аминокислоты, закрученные в левую сторону. С сахарами ситуация противоположная — живые существа потребляют только «правые» углеводы, закрученные в обратную сторону. Разумеется, мы не знаем, распространяется ли подобный принцип на инопланетную жизнь. Но выявление аналогичной закономерности на экзопланете станет важным индикатором, свидетельствующим о ее потенциальной обитаемости.
Как мы уже сказали, атмосферные методы годятся лишь для транзитных миров. А вероятность того, что любой произвольно взятый планетоподобный спутник звезды будет транзитным по отношению к Земле, составляет менее 1%. Но у охотников на пришельцев есть и иные перспективные методы поиска. Например, исследование ночной стороны экзопланеты.
Сделанные из космоса снимки наглядно демонстрируют огни городов на ночной стороне Земли. Если на какой-то экзопланете существует технологически развитая цивилизация, разумно предположить, что она тоже будет использовать искусственное освещение. Его огни будут создавать постоянный рисунок, который можно зафиксировать.
Другой подсказкой могут стать сопутствующие городам «тепловые острова» — участки, температура которых на несколько градусов выше окружающей территории. Ученые смогут отличить их от естественных источников тепла (вроде пожаров или извержений вулканов) по степени нагрева, а также по особенностям спектра теплового излучения.
Разумеется, чтобы обнаружить свет ночных городов или подобные тепловые острова, потребуются обсерватории нового поколения, оснащенные значительно более чувствительными приборами, чем имеющиеся в распоряжении современных астрономов. Но с учетом огромного прогресса в деле изучения экзопланет это уже не кажется какой-то невыполнимой задачей.
Телескоп по имени Солнце
Наконец, нельзя не упомянуть про еще один потенциальный способ поиска внеземного разума — прямое фотографирование экзопланет. Да, даже самая мощная из существующих в проектах обсерваторий физически не способна получить изображение, на котором можно будет различить какие-либо детали поверхности внесолнечного мира. Однако у нас есть обходной путь в виде нашего Солнца, а точнее говоря, его гравитации. Она может играть роль линзы, фокусируя свет чрезвычайно слабых удаленных источников и на много порядков усиливая их яркость.
Чтобы воспользоваться этим эффектом, необходимо разместить телескоп в гравитационном фокусе Солнца, расположенном на расстоянии 550 астрономических единиц от Земли. Мягко говоря, это не очень простая задача. Самому далекому космическому аппарату Voyager 1 потребовалось 45 лет, чтобы улететь всего на 140 а.е. от Земли. К тому же, подобный телескоп фактически будет «одноразовым» — его можно использовать лишь для изучения строго определенной звездной системы, которую нужно выбрать еще до запуска. Скажем, экзопланеты, в чьей атмосфере найдено большое количество кислорода или какие-то вещества, указывающие на ее потенциальную обитаемость.
Но если конструкторам удастся решить эту задачу и доставить аппарат в нужную точку, перед астрономами откроются поистине невиданные возможности. Даже скромный однометровый телескоп, помещенный в гравитационный фокус Солнца, будет способен сделать фотографию находящейся на расстоянии 100 световых лет от нас землеподобной экзопланеты с разрешением 1000×1000 пикселей. На таком изображении можно будет увидеть детали размером до 10 км. Для сравнения, чтобы получить аналогичный по разрешению снимок традиционными методами, нам потребуется обсерватория с зеркалом диаметром 75 тыс. км. Так что гравитационно-солнечный телескоп — это как раз тот случай, когда овчинка вполне может стоить выделки.
Конечно, пока что подобный аппарат остается лишь умозрительным проектом. Но с учетом активного развития науки вполне вероятно, что он будет реализован уже в обозримом будущем. Да и как знать? Возможно, в каком-то из далеких уголков Млечного Пути прямо сейчас чей-то гравитационный телескоп рассматривает нашу с вами родную планету.
