Современные возможности SETI
Художественное изображение представителей внеземных цивилизации.
Современной радиоастрономии уже больше 50 лет, но до сих пор не удалось принять ни одного достоверного внеземного сигнала, чья бы искусственность не вызывала сомнений. Эту ситуацию многие называют, как ‘’Великое радиомолчание Вселенной’’. Высказываются различные гипотезы, что это молчание означает, что наша цивилизация очень редкое явление в Галактике, поэтому мы не можем обнаружить ни радиосигналы подобных себе цивилизаций, ни более мощных цивилизаций по энергетике. Поэтому в этой ситуации я постараюсь объективно рассмотреть современные возможности по обнаружению внеземных радиосигналов, чтобы понять насколько мы уникальны во Вселенной.
Вначале остановимся на вопросе, почему искать искусственные радиосигналы от других цивилизаций следует именно в радиодиапазоне, а не, к примеру, в рентгеновском или оптическом диапазоне электромагнитного спектра? Ответ прост, во-первых, многие диапазоны, вроде рентгена или дальнего ИК, планетная атмосфера не пропускает. Во-вторых, существует понятие космического фонового излучения и его многолетние исследования показывают, что существует во Вселенной только одно окно в электромагнитном спектре, через которое проще всего организовывать межзвездную связь. Наглядно это можно увидеть на схеме ниже:
Уровень космического шума. Взято из доклада по SETI.
Как отлично видно на этой схеме, наиболее идеальным диапазоном является промежуток дециметровых волн от 1 до 10 гигагерц. Другим важным моментом является, то, что в природе нет узкополосных радиосигналов уже, чем с шириной 300 герц. Хотя конечно мы не знаем, на какой частоте излучают инопланетные радиопередатчики, и их поиск фактически сводится к тупому перебору около десятка миллиардов возможных частот (от 1 до 10 гигагерц, проверяя каждый герц частоты).
К примеру, совсем недавно прошла громкая новость, о подтверждение наиболее известного близкого близнеца Земли в космосе - планеты Кеплер-186f. Естественно еще до официальной публикации эта звезда, удаленная от нас на 400-500 световых лет, была проверена на наличие искусственных радиосигналов. Из официального сообщения института SETI следует, что звезда слушалась на всех частотах от 1 до 10 гигагерц в течение месяца дважды. На чем слушалась? На этой вот установке:
Радиотелескоп ATA-42, состоящий из 42 одинаковых шестиметровых параболических антенн. Источник фотографии.
Главный показатель любого радиотелескопа (и не только), характеризующий его чувствительность, является общая собирающая площадь его антенны (или антенн). У ATA-42 эта площадь равна около 1100 квадратных метров. Много это или мало? Мало, для сравнения можно посмотреть на самый чувствительный на этот момент радиотелескоп в мире.
Радиотелескоп в Аресибо с диаметром зеркала в 305 метров. Взято отсюда.
Его собирающая площадь уже 73 тысячи квадратных метров. Т.е. его чувствительность почти в 100 раз выше, чем у ATA-42. Но вернемся к наблюдениям Кеплер-186f. Авторы наблюдений говорят, что чувствительность поиска искусственных сигналов от этой системы составляла лишь 10-20 радаров в Аресибо. Что такое радар в Аресибо? Это самый мощный радиопередатчик на Земле, который регулярно используется для радиолокации планет, астероидов или связи с самыми удаленными космическими аппаратами. Отсюда следует, что даже если бы кепляриане и излучали бы 24 часа в сутки и 7 дней в неделю в направление Земли, с помощью самого мощного земного радиопередатчика, мы бы не заметили эти сигналы с помощью АТА-42, а вероятно только с помощью Аресибского радиотелескопа.
Почему именно в направление Земли должны излучать кепляриане? А потому что, у самых мощных радиосигналов, которые способны выдать земные передатчики, к сожалению, очень небольшой угол расхождения - в пределах нескольких угловых минут.
Поэтому если взять всю информацию об отправке таких сигналов к межпланетным станциям, с целью радиолокации планет и астероидов или отправки межзвездных посланий, то картина получается удручающая.
Анализ российским радиоастрономом Александром Зайцевым площади покрытия неба 1223 мощными радиосигналами, отправленными с целью радиолокации планет и астероидов Солнечной Системы. Источник.
Из карты выше видно, что самые мощные радиосигналы покрыли только мизерную часть неба - около 0.2 процентов (1/500 часть) всего неба. А ведь только такие сигналы могут на данный момент обнаружить радиотелескопы, наподобие, земных.
С самыми мощными узконаправленными сигналами понятно. Теперь перейдем к всенаправленным сигналам. Как известно каждую секунду с Земли уходит множество всенаправленных сигналов, к примеру, ТВ и радиостанции, гражданские и военные радары. Эти сигналы расходятся по большей части неба. Но, к сожалению, их мощность будет гораздо слабее, чем у узконаправленных, которые я рассмотрел выше.
Считается, что если на каждой звезде будет цивилизация подобная нашей, то только в системе Альфы Центавра мы сможем в теории зарегистрировать служебные всенаправленные радиосигналы с помощью самого чувствительного радиотелескопа (на данный момент) в Аресибо. Но есть маленькая тонкость:
Покрытие радиотелескопа в в Аресибо в галактических координатах ( http://www.naic.edu/alfa/galfa/lab_alfa_ac_from_ps_report.gif).
Как видно из схемы выше, телескоп в Аресибо имеет лишь узкую полосу покрытия от небесного экватора до 40 градусов северной широты. Спросите почему? А потому что чаша этого радиотелескопа имеет неподвижное зеркало, и единственная возможность остается лишь в перемещение приемника по сложной системе канатов. После того, как разобрались с возможностями радиотелескопа в Аресибо неплохо посмотреть небесные координаты ближайшей к нам системы - Альфы Центавры. И тут следует удивительный вывод - система Альфы Центавры лежит на 60 градусах южной широта, а значит, самому чувствительному радиотелескопу на Земле не доступна. Отсюда может следовать неутешительный итог, что даже если у каждой звезды есть ВЦ, подобная земной, то обнаружить ее практически невозможно современными средствами.
К счастью, не все так пессимистично и технический прогресс не стоит на месте. Во-первых, в Китае в настоящее время достраивается новейший радиотелескоп FAST (c анг. быстрый), который значительно больше радиотелескопа в Аресибо (500 метров в диаметре против 305).
Строительство радиотелескопа FAST на начало 2014 года. Источник снимка.
Ожидается, что FAST будет достроен к 2016 году, и его чувствительность будет по одним данным в 2.5 раза выше, чем у Аресибского радиотелескопа, по другим, даже в 10 раз. Конечно, этот телескоп будет иметь тот же недостаток, что и у Аресибо, - узкую полосу неба, доступную для наблюдений, но за счет большей чувствительности он может обнаружить земные сигналы уже от наиболее близких звезд, вроде звезды Барнарда (она как раз находится вблизи небесного экватора).
Через несколько лет ситуация еще более радикально улучшается. Тут все надежды на массивы огромного количества небольших антенн, которые работают, как единый инструмент. На северном небе это будет LOFAR, на южном небе SKA. Проекты уже перешли в стадию реализации по пути постепенного наращивания количества приемных антенн. В конечном счете, каждый проект будет иметь рабочую площадь до 1 квадратного километра. В дополнение, из-за того, что элементы проектов будут состоять из полноповоротных небольших антенн, площадь покрытия неба будет значительно больше, чем у жестко зафиксированных радиотелескопов в Аресибо и Китае. Эти проекты действительно имеют наибольшие шансы обнаружения искусственных сигналов в недалеком будущем. К примеру, один из фактов о проекте SKA звучит следующим образом:
SKA сможет обнаружить сигналы аэропортного радара в 50 световых годах от Земли. Первоисточник.
Или другое утверждение.
Возможности обнаружения всенаправленных радиосигналов с Земли в зависимости от расстояния и их энергии для волны на 21 см. Для MWA (Murchison Widefield Array) указаны три режима наблюдений - время наблюдений в час, день и неделю соответственно. MWA-5000, означает увеличенный в 10 раз массив антенн. Горизонтальная линия означает мощность наиболее мощных всенаправленных передатчиков на Земле - военных радаров предупреждения о ракетном нападение. Источник.
Кроме того авторы в той же статье проводят важную перепись земного имущества, которое регулярно отправляет всенаправленные радиосигналы в космос.
Краткое описание различных видов мощных источников искусственного радиоизлучения с Земли в космос. Источник
Из этой таблицы следует важный вывод. Обнаружив один повторяющийся искусственный радиосигнал на какой-либо частоте, дополнительное более детальное сканирование сможет обнаружить оттуда же десятки, если не сотни похожих сигналов на других частотах. В дополнение, изучая эти сигналы, можно будет в дальнейшем определить еще и период вращения планеты (по периодическому пропаданию сигналов) и орбитальную скорость планеты (по периодическому доплеровскому сдвигу частоты). Остается лишь еще раз отметить, что это будет доступно лишь для будущих более совершенных радиотелескопов.
Радиоспектр Земли, наблюдаемый, через регистрацию отражения земного радиоизлучения от Луны. Приведены данные, относящиеся к различным моментам всемирного времени (UT). Источник.
Другим важным моментом, является вопрос, почему стоит искать сигналы именно похожие на земные радиосигналы? Дело в том, что как считает большинство футурологов, сверхцивилизации, значительно более развитые, чем земная, не будут выходить на радиоконтакт, и вероятно просто маскируют свое присутствие в космосе. Впрочем, и земляне, уже знают много о таких понятиях, как радиоэлектронная борьба или глушение вражеских радиосигналов.
В заключение остается лишь отметить, что мы стоим только в самом начале тернистого пути изучения внеземных цивилизаций. Первые робкие шаги показали, что сверхцивилизации не идут с нами на прямой радиоконтакт, но с помощью будущих, более совершенных радиотелескопов, мы, наконец, будем способны найти подобные нам цивилизации.