21 серпня 1924 року, за два дні до максимального зближення Марса із Землею у XX столітті, у США було оголошено Національний день радіомовчання. Півтори доби щогодини всі американські радіостанції припиняли свої передачі на п’ять хвилин. У цей час співробітники Військово-морської обсерваторії США прослуховували ефір, намагаючись вловити сигнали з Червоної планети. Армія навіть виділила спеціального криптографа для розшифрування послань від “марсіан”.
Нині ця спроба знайти розумне життя поза Землею має відверто наївний вигляд. Але за минулі відтоді 100 років ситуація у сфері пошуків позаземного розуму (SETI) змінилася не так уже й сильно. Основна ставка, як і раніше, робиться на виявлення радіосигналів штучного походження. До того ж іще донедавна було дуже складно говорити про якісь продумані програми пошуку: мисливці за “зеленими чоловічками” періодично прослуховували лише деякі найближчі системи, що становлять краплю в морі від загального зоряного населення Чумацького Шляху.
Звісно, завдяки технічному прогресу останніми роками у розпорядженні вчених з’явилися нові інструменти, здатні значно збільшити ефективність SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence — пошук позаземних цивілізацій). У цьому матеріалі ми розберемо найперспективніші методи, які людство може використовувати, аби відповісти на споконвічне запитання щодо того, чи одні ми у Всесвіті.
Прослуховування радіоефіру
Пошук радіосигналів штучного походження був та досі залишається пріоритетним способом виявлення позаземного розуму. Перші кроки у цьому напрямку зроблені наприкінці 1950-х — на початку 1960-х років, коли легендарний астроном Френк Дрейк використовував радіотелескоп діаметром 26 м, щоб дослідити близькі до нас зорі Тау Кіта та Епсилон Ерідана на частоті 1420 МГц (довжина хвилі 21,1 см).
Чому саме 1420 МГц? Ця частота пов’язана із найпоширенішим елементом у Всесвіті — воднем. При поверненні атома водню у стабільний стан відбувається випромінювання одного кванта світла (фотона). Його частота складає саме 1420 МГц. Завдяки цьому водень є своєрідним спектральним маяком, випромінювання якого має бути добре знайоме всім дослідникам зоряного неба. Отже, якщо передавати на цій частоті, сигнали можуть бути виявлені під час звичайних астрономічних спостережень.
Більше того, частота 1420 МГц лежить між відносно вільними областями електромагнітного спектра, де фоновий шум Чумацького Шляху майже нечутний. Деякі астрономи навіть прозвали цей діапазон “космічним водопоєм”. На їхню думку, випромінювання з довжиною хвилі 21 см, оточене областями відносної радіотиші, могло б стати чудовим місцем для “зустрічі” розкиданих галактичними просторами цивілізацій, де вони отримають нагоду спілкуватися та обмінюватися ідеями.
З того часу 1420 МГц і прилеглі до неї частоти стали “золотим” стандартом для SETI. Переважна більшість пошуків слідів діяльності позаземних цивілізацій велася саме у цьому діапазоні електромагнітного спектра. І іноді астрономам навіть вдавалося виявити підозрілі сигнали. Однак майже завжди аналіз знаходив досить очевидне пояснення. Так, 2020 року чимало ґвалту наробив зафіксований з боку Проксіми Центавра радіосигнал, який отримав позначення BLC-1. Він транслювався на частоті 982,002 МГц, мав доплерівський зсув та спостерігався протягом п’яти годин. На жаль, у подальшому з’ясувалося, що у нього було цілком земне походження.
Утім, у нас все ж таки є один помітний виняток — знаменитий сигнал Wow! Він був зафіксований 15 серпня 1977 року. Його характеристики, частота — все точно відповідало тому, який, на думку вчених, повинен мати вигляд сигнал від інопланетної цивілізації (не дивно, що астроном, який його виявив, обвів відповідну групу символів на роздруківці і написав Wow!). На превеликий жаль, сигнал Wow! так і залишився унікальною подією. Астрономам не вдалося ані зафіксувати його повторно, ані визначити джерело. За наступні 45 років було висунуто безліч пояснень походження сигналу, однак вірогідно, ми вже ніколи не дізнаємося правди.
“Традиційний” SETI, що базується на пошуку радіосигналів, є давнім об’єктом критики за свою зайву антропоцентричність. Його прихильники виходять із того, що гіпотетичні прибульці чинитимуть саме так, як вчинили б люди — використовуватимуть радіозв’язок і вестимуть передачі в районі частоти 1420 МГц, щоб полегшити своє виявлення. Але що, як їм невідома технологія радіозв’язку? Або ж, навпаки, їхня цивілізація досягла такого рівня розвитку, що повністю її переросла і зараз використовує для комунікацій щось набагато досконаліше, на кшталт лазерного чи навіть нейтринного зв’язку? Чи, скажімо, їм відомий радіозв’язок, однак вони мовчать, воліючи приховувати своє існування? Або вони просто використовують інші методи стиснення даних? Цілком можливо, що те, що для нас є “білим шумом”, насправді є стислими повідомленнями, розподіленими за декількома частотними діапазонами.
Історія із сигналом Wow! наочно демонструє ще одну слабкість “традиційного” підходу — нашу власну непостійність. Як правило, учасники проєктів SETI рідко ведуть постійні спостереження за однією й тією ж ділянкою зоряного неба. Переконавшись, що вона не містить нічого цікавого, вони переходять до наступної мети, сподіваючись на те, що радіопередачі прибульців регулярно повторюватимуться. Проте це лише припущення. У випадку з тим самим сигналом Wow! повторні спроби зафіксувати нові передачі тривали кілька хвилин на день протягом декількох місяців, після чого астрономи фактично полишили це заняття, вважаючи подальші пошуки безперспективними.
Водночас не можна сказати, що мисливці за позаземним розумом повністю ігнорують цю критику. Так, організатори недавнього проєкту Breakthrough Listen зробили ставку на куди краще організований підхід із регулярними спостереженнями неба та використанням найпотужніших радіотелескопів, що дозволяють охопити набагато більший діапазон частот з високою роздільною здатністю. Але однаково ставка на пошук радіосигналів явно не зможе дати нам 100% гарантію виявлення позаземного розуму.
Пошуки техносигнатур
На щастя, сканування ефіру — не єдиний спосіб виявлення інопланетного розуму. Його альтернативою є пошук техносигнатур — “слідів” у вигляді будь-якої вимірюваної властивості чи ефекту, які залишають після себе розвинені технології. Безумовно, радіопередачі теж є техносигнатурою. Але для зручності їх зазвичай розмежовують у різні категорії SETI.
Що може вважатися техносигнатурою? Візьмемо для прикладу сферу Дайсона — гіпотетичну астроінженерну споруду на кшталт оболонки навколо зорі. Вважається, що розвинена цивілізація могла б збудувати її, щоб отримувати максимум енергії від свого світила. Спорудження подібних масштабів цілком може бути виявлене вже існуючими телескопами через надлишок інфрачервоного випромінювання із нетиповим спектральним розподілом.
Сферу Дайсона у процесі будівництва або іншу велику астроспоруду аналогічних розмірів на зразок двигуна Шкадова (гіпотетична машина, призначена для переміщення цілої зоряної системи) також можуть видати асиметричні зміни кривої блиску світила, біля якого вони розташовані. Кілька років тому астрономи серйозно розглядали версію про те, що зоря KIC 8462852 (більш відома як зоря Теббі) може бути домом для високорозвиненої цивілізації, яка займається створенням сфери Дайсона. Щоправда, згодом дослідники все ж таки відкинули цю версію на користь природних причин. А втім, випадок із зорею Теббі значно посилив інтерес до проєктів, метою яких є вивчення світил на предмет пошуку аномальних коливань їхнього блиску. Можливо, якісь із них справді виявляться свідченням масштабного інженерного проєкту, створеного інопланетною цивілізацією.
Техносигнатури можуть ще й “супроводжувати” міжзоряні кораблі. Наприклад, у зорельота з магнітним вітрилом під час взаємодії із навколишнім середовищем виникає циклотронне випромінювання. А корабель, оснащений двигуном на антиматерії, можливо було б виявити за спектром випромінюваних ним фотонів.
Не варто забувати і про ще одну популярну концепцію, яку можна зустріти в обговореннях, пов’язаних із проблемою позаземного розуму. Мова про зонди фон Неймана. Так називають космічні кораблі, що за допомогою космічних корисних копалин створюють свої точні копії. Ці копії потім відправляються до інших зоряних систем, де процес повторюється.
Дослідження показують, що виробництво подібних зондів має супроводжуватися утворенням випромінювання у різних діапазонах електромагнітного спектра. А оскільки створення нових кораблів відбуватиметься в експоненційній прогресії, відповідно, так же експоненційно збільшуватиметься й енергія, що виділяється під час цього процесу. Говорячи простіше, якщо хтось із астрономів виявить аномальний об’єкт, чиє випромінювання зростає за експонентою і який не схожий на жоден відомий природний феномен, його можна буде записати у кандидати в зонди фон Неймана. Згідно із недавніми розрахунками, процес створення зондів також супроводжуватиметься радіовипромінюванням, яке можуть зафіксувати вже існуючі радіотелескопи, як-от китайський FAST.
Однак, якщо підходити до цього питання із реалістичної точки зору, то цивілізація, яка вміє будувати зонди фон Неймана або сфери Дайсона, швидше за все, давно поширила б свій вплив на значну частину нашої галактики, і ми б усюди бачили сліди її діяльності. Набагато більш імовірно, що якщо у Чумацькому Шляху і є інші цивілізації, всі вони скоріше нагадують земну і обмежені кордонами своєї рідної системи. А значить, задля їхнього виявлення нам треба буде пильніше придивитися до екзопланет.
Вивчаючи екзопланети
Вивчення екзопланет є однією з наймолодших областей астрономії, що бурхливо розвивається. Усього три десятиліття тому кількість відомих нам світів біля інших зірок вимірювалася нулем. Зараз їхня кількість наближається до 5000. У зв’язку з цим виникає закономірне запитання: якщо якась із відомих нам екзопланет живе, чи існують зовнішні ознаки, здатні вказати на це?
Дослідження екзопланетних атмосфер — серед найперспективніших способів виявити такі ознаки. Якщо планета є транзитною (тобто ми бачимо, як вона проходить диском своєї зорі) і має газову оболонку, у спектрі зоряного світла, що пройшло через її атмосферу, будуть утворюватися лінії поглинання — свого роду хімічний підпис. Вони вкажуть на те, які речовини та сполуки є в газовій оболонці тіла. Більше того, спектральний аналіз може дати інформацію про будову самої атмосфери — наявність хмарного покриву, стратосфери, і навіть допомогти визначити загальний колір екзопланети.
Ось уже кілька років астрономи досить успішно використовують цю методику щодо хімічного аналізу позасонячних світів. Поки що йдеться про великі тіла, що мають потужну атмосферу. Як правило, це газові гіганти, та зрідка — суперземлі. Але в міру вдосконалення технологій астрономи поступово переходять і до менших світів.
Що ж може підказати нам, що на іншій планеті є життя? Першим у списку “звичайних підозрюваних” йде кисень. Велика кількість молекулярного кисню у атмосфері означає, що у екзопланети є якийсь механізм, який би його створював. У випадку із Землею це фотосинтез.
Наявність хмар із водяної пари свідчитиме, що на екзопланеті, найімовірніше, є вода в рідкому вигляді. Значний інтерес становить і метан. Цей газ поступово розкладається під дією ультрафіолетового випромінювання, тож його присутність означає, що на екзопланеті є якесь джерело його відтворення. Воно може бути як геологічним, так і біологічним. Наприклад, 90% земного метану утворюється внаслідок життєдіяльності бактерій.
Звичайно, це хоча і вагомі, але все ж таки непрямі ознаки. Набагато більш потужним свідченням існування технологічно розвиненої цивілізації могло б стати виявлення в інопланетній атмосфері хімічних сполук на кшталт хлорфторвуглеців (фреонів), що вказують на промислові викиди, і чиє існування навряд чи може пояснюватись природними причинами.
Теоретично, за допомогою спектрального аналізу атмосфери можна визначати хіральність (закрученість) наявних у ній органічних молекул. Відомо, що клітини всіх земних організмів використовують лише амінокислоти, закручені у лівий бік. З цукрами ситуація протилежна — живі істоти споживають лише “праві” вуглеводи, закручені у зворотний бік. Зрозуміло, ми не знаємо, чи подібний принцип поширюється на інопланетне життя. Але виявлення аналогічної закономірності на екзопланеті стане важливим індикатором, що свідчить про її потенційну життєдіяльність.
Як ми вже казали, атмосферні методи підходять лише для транзитних світів. А ймовірність того, що будь-який довільно взятий планетоподібний супутник зорі буде транзитним відносно Землі, становить менше 1%. Але мисливці на прибульців мають інші перспективні методи пошуку. Наприклад, дослідження нічної сторони екзопланети.
Зроблені з космосу знімки наочно демонструють вогні міст на нічному боці Землі. Якщо на якійсь екзопланеті існує технологічно розвинена цивілізація, можна припустити, що вона теж буде використовувати штучне освітлення. Його вогні створюватимуть постійний малюнок, який можна зафіксувати.
Іншою підказкою можуть стати супутні містам “теплові острови” — ділянки, температура яких на кілька градусів вища за навколишню територію. Вчені зможуть відрізнити їх від природних джерел тепла (на зразок пожеж або вивержень вулканів) за рівнем нагрівання, а ще за особливостями спектра теплового випромінювання.
Зрозуміло, щоб виявити світло нічних міст або подібні теплові острови, будуть потрібні обсерваторії нового покоління, оснащені значно більш чутливими приладами, аніж ті, що є у астрономів зараз. Однак з огляду на величезний прогрес у справі вивчення екзопланет це не здається якимось нездійсненним завданням.
Телескоп на ім’я Сонце
Зрештою, не можна не згадати про ще один потенційний спосіб пошуку позаземного розуму — пряме фотографування екзопланет. Так, навіть найпотужніша з обсерваторій, що існують у проєктах, фізично не здатна отримати зображення, на якому можна буде розрізнити якісь деталі поверхні позасонячного світу. Проте ми маємо альтернативу у вигляді нашого Сонця, а точніше кажучи, його гравітації. Вона може грати роль лінзи, фокусуючи світло надзвичайно слабких віддалених джерел та підсилюючи їхню яскравість на багато порядків.
Щоб скористатися цим ефектом, необхідно розмістити телескоп у гравітаційному фокусі Сонця, що перебуває на відстані 550 астрономічних одиниць від Землі. М’яко кажучи, це не дуже просте завдання. Найдальшому космічному апарату Voyager 1 знадобилося 45 років, щоб відлетіти лишень на 140 а.о. від Землі. До того ж, подібний телескоп фактично буде “одноразовим” — його можна використати лише для вивчення певної зоряної системи, яку потрібно вибрати ще до запуску. Скажімо, екзопланети, у чиїй атмосфері знайдено велику кількість кисню або якісь речовини, що вказують на потенційне життя.
Однак якщо конструкторам вдасться вирішити це завдання і доправити апарат у потрібну точку, перед астрономами відкриються воістину небачені можливості. Навіть скромний однометровий телескоп, поміщений у гравітаційний фокус Сонця, буде здатен зробити фотографію землеподібної екзопланети, що перебуває на відстані 100 світлових років, із роздільною здатністю 1000×1000 пікселів. На зображенні можна буде побачити деталі розміром до 10 км. Для порівняння, щоб отримати аналогічний за роздільною здатністю знімок традиційними методами, нам знадобиться обсерваторія з дзеркалом діаметром 75 000 км. Отже, гравітаційно-сонячний телескоп — це якраз той випадок, коли витрати можуть бути цілком виправдані.
Звичайно, поки що подібний апарат залишається лише фантастичним проєктом. Але, з огляду на активний розвиток науки, цілком імовірно, що його буде реалізовано вже у найближчому майбутньому. Та й, як знати? Можливо, у якомусь із далеких куточків Чумацького Шляху просто зараз чийсь гравітаційний телескоп розглядає нашу із вами рідну планету.
