Вселенная, жизнь, разум - Иосиф Шкловский

3. Высокоорганизованная жизнь может быть только на планетах, обращающихся вокруг достаточно старых звезд, возраст которых насчитывает несколько миллиардов лет. Ибо для того, чтобы в процессе эволюции такая жизнь возникла, необходимы огромные промежутки времени. Заметим, что третьему условию удовлетворяют почти все звезды-карлики интересующих нас спектральных классов.

4. Звезда в течение нескольких миллиардов лет не должна существенно менять своей светимости. И этому условию удовлетворяет подавляющее большинство интересующих нас звезд.

Звезда не должна быть кратной, ибо в противном случае орбитальное движение планет было бы существенно отлично от кругового, и резкие, если не катастрофические, изменения температуры поверхности планеты исключили бы возможность развития на ней жизни.

Если даже учесть все изложенные выше ограничения, мы можем считать, что в Галактике существует по крайней мере миллиард планет, обращающихся вокруг карликовых звезд, подобных нашему Солнцу, или несколько более холодных, на которых возможна высокоорганизованная, а может быть, и разумная жизнь.

Необходимо, однако, сейчас обратить внимание на одно важное обстоятельство. Известно, что человек как биологический вид появился на Земле всего несколько сот тысяч лет назад. Можно ли утверждать, что человечество, непрерывно развиваясь, будет существовать сколь угодно долго, скажем, миллиарды лет?

Как нам представляется, вера в вечность человеческого рода на Земле (ибо речь может идти только о вере) столь же нелепа и бессмысленна, как и вера в личное бессмертие индивидуума. Все что возникло — с неизбежностью должно рано или поздно погибнуть. И разумная жизнь на какой-нибудь планете не может составлять исключения.

Какова длительность в различных мирах психозойских эр, т. е. тех периодов, в которые начала развиваться жизнь мыслящих существ? На такой вопрос очень трудно ответить. Это могут быть сотни тысяч и даже многие миллионы лет.

Ограниченность психозойской эры во времени на различных планетах существенно уменьшает количество миров, где одновременно с нами обитают разумные существа. Так, например, если среднюю длительность такой эры принять за миллион лет, то в современную эпоху в Галактике может быть только несколько миллионов планет, населенных разумными существами с достаточно высоким уровнем цивилизации. В этом случае, в сфере радиусом 100 световых лет, окружающей Солнце, могут быть только одна-две такие планетные системы. Разумеется, сделанная нами только что поправка на ограниченность психозойских эр носит довольно произвольный характер. Однако, на наш взгляд, она совершенно необходима, ибо в противном случае оценка количества обитаемых миров во Вселенной получается грубо преувеличенной. Конечно, нельзя считать полностью исключенным, что миров, обитаемых разумными существами, значительно больше, чем мы предполагаем. Однако все же более вероятно, что их должно быть меньше.

Таким образом, наука второй половины двадцатого столетия приходит к обоснованию гениальных идей великого итальянского мыслителя Джордано Бруно о множественности обитаемых миров. Возникает естественный вопрос: каковы же перспективы установления контакта с разумными обитателями планетных систем?

Для высокоорганизованных цивилизаций, обитающих на некоторых планетах, наше Солнце должно представляться как звезда, вокруг которой могут обращаться планеты, где возможна разумная жизнь. Вполне естественно, что, располагая мощными техническими средствами, они должны стремиться установить какую-то связь с разумными существами, обитающими на какой-нибудь из планет Солнечной системы. Представим себе, что они уже давно, может быть, много тысяч лет тому назад, установили какой-то канал связи и терпеливо ожидают ответа…

Этой необычной проблеме была посвящена статья Д. Коккони и Ф. Моррисона в одном из сентябрьских номеров «Nature» за 1959 г. Проведенный этими авторами анализ показывает, что такую связь можно установить только при помощи электромагнитных волн. Необходимо еще иметь в виду, что эти волны не должны существенно ослабляться при прохождении через межзвездное пространство и планетные атмосферы. Кроме того, мощности передатчиков должны быть по возможности незначительными, а используемая техника — простой и надежной. Это сразу же ограничивает возможный диапазон электромагнитных волн радиодиапазоном с интервалом частот 10 — 104 МГц (что соответствует длинам волн от 30 м до ~ 3 см).

Мощные помехи космических источников радиоизлучения исключают возможность использования достаточно длинных волн, скажем, λ > 50 см. С другой стороны, тепловое радиоизлучение атмосфер планет исключает возможность использования очень коротких волн. Заметим, что при помощи находящихся за пределами атмосферы планеты искусственных спутников можно расширить диапазон в сторону более высоких частот.

Сразу же возникает вопрос: на каких же расстояниях можно уже сейчас установить прямую радиосвязь? Здесь необходимо подчеркнуть поразительно быстрый прогресс радиофизики за последние полвека.

На памяти нашего старшего поколения произошло важное для того времени событие: установление трансатлантической радиосвязи. В 1945 г. впервые посланный на Луну сигнал, отразившись от нее, был принят на Земле. В прошлом, 1959 г. была осуществлена радиолокация Венеры. Это гораздо более трудная задача, чем локация Луны, ибо, как известно, при радиолокации необходима мощность передатчика, пропорциональная четвертой степени расстояния до лоцируемого объекта. Как следует из сообщения нашей печати, а также печати США, сейчас обсуждается возможность посылки космических ракет в направлении к Марсу и Венере. Это потребует осуществления надежной радиосвязи на расстояниях порядка 100 млн. км. При этом следует иметь в виду, что бортовая радиоаппаратура по ряду естественных причин будет малогабаритной и маломощной.

Между тем уже в настоящее время размеры зеркал радиотелескопов достигают 75 м, а чувствительность приемной аппаратуры на сантиметровом и дециметровом диапазонах, благодаря применению новых типов усилителей (например, молекулярных), резко выросла. Отсюда следует (как это будет показано ниже), что уже сейчас вполне возможно, используя самые большие из существующих антенн и самую чувствительную приемную аппаратуру, осуществлять радиосвязь на расстоянии ~ 10 световых лет.

При расчете линии радиосвязи между двумя мирами нужно учитывать уровень помех. Следует иметь в виду два типа помех. Во-первых, радиоизлучение звезды, вокруг которой обращается населенная разумными существами планета; во-вторых, интенсивность радиопередатчика должна быть такой, чтобы его сигнал надежно выделялся на фоне неизбежных помех космического радиоизлучения. Прежде всего ясно, что мощность передатчика в нужном направлении (т. е. в направлении на звезду, с которой пытаются установить связь) в некотором интервале частот должна быть больше теплового радиоизлучения звезды. Можно убедиться, что это условие реализуется легко. Поток радиоизлучения от передатчика, как показывают подсчеты, будет больше потока теплового излучения звезды даже при незначительной мощности передатчика. В самом деле, поток теплового радиоизлучения от Солнца на расстоянии R, выраженном в метрах, равен 10–15 f2/R2 Вт/м2•Гц (где f — частота), а от передатчика W • G/R2, где W — мощность передатчика, а G — коэффициент направленного действия передающей антенны, определяемый ее диаметром:

Таким образом, при d ≈ 100 м для волн дециметрового диапазона G ≈ 105. Отсюда следует, что при f = 103 МГц поток радиоизлучения от передатчика будет больше потока теплового излучения от звезды при W > 10-2 Вт/Гц.

Значительно более существенны помехи от фона космического радиоизлучения. Здесь следует уточнить возможную область частот, на которых можно пытаться установить интересующую нас радиосвязь.

Моррисон и Коккони выдвинули весьма изящную идею, что такого рода связь, вероятнее всего, будут пытаться установить на волне 21 см. Хорошо известно, что это длина волны радиолинии водорода. Разумные существа, находящиеся на высоком уровне развития, должны проводить интенсивные исследования космоса именно на этой волне. Подобные исследования уже сейчас обогатили астрономическую науку рядом открытий первостепенного научного значения. Особенно следует подчеркнуть, что они будут неограниченно развиваться в дальнейшем, ибо успех таких исследований неразрывно связан с общим прогрессом радиофизики. Таким образом, особенно чувствительная приемная аппаратура должна быть именно на этой волне. Кроме того, на этой волне должны проводиться длительные и систематические исследования различных объектов на небе, что значительно увеличивает вероятность обнаружения сигнала. Наконец, водород — самый распространенный элемент во Вселенной, и поэтому его радиолиния является как бы природным эталоном частоты, эталоном, к которому с неизбежностью должна прийти всякая развивающаяся цивилизация.