Вселенная, жизнь, разум - Иосиф Шкловский

По уровню своего технологического развития цивилизации согласно Кардашеву можно разделить на три типа.

I. Технологический уровень близок к тому, который уже сейчас достигнут на Земле. Ежесекундное потребление энергии порядка 1020 эрг.

II. Цивилизация овладела энергией, излучаемой своей звездой (скажем, построила сферу Дайсона, см. выше). Ежесекундное потребление энергии около 1033 эрг.

III. Цивилизация овладела энергией в масштабе всей своей галактики. Потребление энергии порядка 1044 эрг.

Простые расчеты, выполненные Кардашевым, показывают, что при достигнутом в наши дни уровне радиотехники изотропные сигналы от цивилизации II типа могут быть обнаружены даже тогда, когда она удалена от нас на расстояние около 10 млн. световых лет. В этом случае цивилизация такого типа может находиться в любом месте местного скопления галактик (см. гл. l). При этом, однако, ширина полосы приема не должна превышать нескольких сотен килогерц, что делает сигнал сравнительно малоинформативным (так как за секунду можно при этом передать только несколько сот тысяч двоичных единиц информации, см. гл. 23). Что касается цивилизации III типа, то даже в том случае, когда расстояние до нее около 10 млрд. световых лет, — величина, превосходящая расстояния до самых удаленных из известных объектов в Метагалактике, сигнал от нее будет обнаружен и притом в достаточно широкой полосе частот (десятки тысяч мегагерц).

Выше, в порядке чистой фантазии, мы говорили о том, что некоторые радиогалактики, вообще говоря, могут иметь искусственное происхождение. Н. С. Кардашев идет дальше и считает вполне вероятным, что среди известных радиогалактик могут быть цивилизации III типа. Задача состоит в том, чтобы выработать надежные критерии, по которым можно различить искусственные радиосигналы от естественных. По мысли Кардашева, критериями искусственности могут служить:

1) специфический спектр радиоизлучения (линейное уменьшение спектральной плотности потока с ростом частоты);

2) очень маленькие угловые размеры (по крайней мере для сверхцивилизаций II типа). Можно ожидать, что эти угловые размеры должны быть порядка угловых размеров планетных систем, удаленных на сотни и тысячи световых лет, т. е. 0,01" — 0,001";

3) возможная поляризация по кругу, которая воспрепятствует искажению информации благодаря вращению плоскости поляризации в межзвездной среде (эффект Фарадея, см. гл. 3);

4) переменность во времени;

5) наконец, некоторые бросающиеся в глаза особенности в спектре, например «вырез» прямоугольной полосы около длины волны 21 см, о чем уже говорилось выше.

Только систематическое исследование всех источников, заподозренных в «искусственности», может привести к успеху.

Если сверхцивилизация II типа желает, например, отправить сигнал к туманности Андромеды, она может использовать значительно меньшую мощность. Угловые размеры этой звездной системы составляют около 2°. Поэтому целесообразно использовать систему передающих антенн с угловыми размерами «главных лепестков» около 2°. Для такой направленной антенны выигрыш в мощности (по сравнению с изотропным излучателем) будет около 10 тыс. Для более удаленных галактик можно применить еще более направленные передающие антенны.

В случае межгалактической радиосвязи имеется одна существенная особенность, резко отличающая ее от межзвездной. Ведь сигнал посылается сразу нескольким сотням миллиардов звезд. Следовательно, если хотя бы вокруг одной из этих звезд имеется высокоразвитая цивилизация, он будет обнаружен. В действительности таких цивилизаций в «зондируемой» галактике может быть много. Поэтому, посылая направленные экстрагалактические сигналы, передающая их цивилизация действует «наверняка». Между тем при посылке направленного сигнала в сторону какой-нибудь звезды имеется ничтожно малая вероятность, что там есть цивилизация или даже вообще жизнь.

Имеется еще один принципиально возможный метод обнаружения сверхцивилизаций II и III типа с огромных расстояний. Речь идет о получении их радиоизображений с помощью космических интерферометров. Об изготовлении таких интерферометров, как ближайшей перспективе использования космического пространства для нужд науки, уже шла речь в гл. 20. Цивилизация II типа должна иметь характерный размер порядка 1 астрономической единицы или 1013 см. Если база космического интерферометра порядка расстояния от Земли до Луны, т. е. d ≈ 4 1010 см, а длина волны, на которой ведутся наблюдения, равна ~ 1 см, то разрешающая способность интерферометра λ / d ≈ 2,5 • 10–11 рад или 5 • 10-6 сек. дуги. С другой стороны, угловые размеры цивилизации II типа, если она находится даже на противоположном конце Галактики, будут ~ 3 • 10–10 рад. Это означает, что «лунный» интерферометр позволит получить хотя и грубое, но все же достаточно надежное изображение цивилизации II типа, если, конечно, она посылает изотропные радиосигналы. При такой ситуации передатчики могут быть расположены каким-либо причудливым, явно искусственно выглядящим способом (например, в виде двух параллельных или перпендикулярных линий, системы концентрических окружностей и пр.).

Если длина базиса космического интерферометра существенно больше, например порядка одной астрономической единицы, то теоретическая разрешающая способность его будет еще выше, что-нибудь около 10-8 сек. дуги. Заметим, что, вообще говоря, из-за всевозможных эффектов рассеяния (например, в межзвездной среде) теоретическая разрешающая способность может быть не достигнута. Например, на волнах 20–30 см предельная разрешающая способность, определяемая рассеянием в межзвездной среде, будет около 10-4 сек. дуги. Однако на волнах более коротких, чем 1 см, влияние рассеяния в межзвездной среде будет незначительно и при базах порядка 1 астрономической единицы разрешающая способность будет близка к теоретической, т. е. при λ ≈ l см составит 10-8 сек. дуги. При такой чудовищной разрешающей способности можно будет получить изображение любой, посылающей радиосигналы, цивилизации II типа, если она находится в какой-нибудь галактике в пределах нескольких десятков мегапарсек. Например, любая такая цивилизация, находящаяся в пределах скопления галактик в Деве (в состав которого входит, в частности, наша Галактика, см. гл. 7), может быть таким образом обнаружена и исследована.

В связи с вопросом о цивилизациях II типа остановимся на следующем основном моменте: подтверждают ли современные радиоастрономические наблюдения возможность их существования? Известно, что в ближайшей к нам гигантской спиральной галактике M 31 (туманность Андромеды) число звезд даже больше, чем в нашей Галактике. Резонно предположить, что если среди сотен миллиардов звезд M 31 вокруг некоторых имеются цивилизации II типа, то они «держат в радиолепестке» нашу Галактику в надежде, что вокруг какой-нибудь из ее звезд имеются разумные существа. В таком случае мы наблюдали бы в туманности Андромеды точечный источник радиоизлучения с необычными свойствами. Однако наблюдения показывают, что в M 31 вообще нет изотропно излучающих радиоисточников, мощность которых была бы больше чем 1/10 мощности галактического источника Кассиопея А. Отсюда следует, что если там и есть сверхцивилизации II типа, то мощность их радиоизлучения в сантиметровом диапазоне, направленного на нашу Галактику, по крайней мере в 1000 раз меньше мощности Солнца, — не так уж много для цивилизации II типа…

Верхний предел для мощности радиоизлучения от таких сверхцивилизаций можно еще более уменьшить. Допустим, что в нашей Галактике есть такой объект. Тогда, вместо того чтобы согласно Н. С. Кардашеву посылать изотропный сигнал, они могут применить систему «маяка», луч которого за короткое время совершает полный оборот в плоскости Галактики: Мы наблюдали бы этот феномен как некий пульсар с совершенно удивительными свойствами (например, закономерные огромные скачки в величине периода). Диаграмма направленности такого искусственного пульсара должна быть «ножевая», что-нибудь 5° х 0,1°, вытянутая по галактической широте. Это, как легко сообразить, нужно для того, чтобы существенная часть звезд галактики попадала бы в лепесток. Период мог бы быть, например, порядка нескольких суток. Тогда для того, чтобы на расстоянии в 10 килопарсек поток от пульсара на сантиметровом диапазоне был бы равен 10–26 Вт / (м2 Гц) (предел полноты обзора источников), нужно, чтобы его мощность была бы в миллион раз меньше мощности солнечного излучения. Развитие радиоастрономии в ближайшие годы еще снизит этот предел в десятки раз.

Много надежд энтузиасты «космических чудес» возлагали и возлагают на быстро развивающуюся в течение последних лет инфракрасную астрономию. Следует заметить, что для этого имеются некоторые логические основания. В самом деле, цивилизация II типа, построившая вокруг своей центральной звезды искусственную биосферу, неизбежно будет излучать инфракрасную радиацию, соответствующую ее температуре, которая должна быть близка к средней температуре поверхности Земли, т. е. ~ 27 °C. Поэтому такая цивилизация должна наблюдаться астрономами как точечный источник инфракрасного излучения (см. главу 26).