Обнаружение внеземных цивилизаций при помощи радиоволн.
Одной из величайших научных загадок человечества, является загадка множественности обитаемых миров. И если ранее, до XX века, этот вопрос был скорее умозрительно - философским и метафизическим, с отдельными попытками экспериментов и оценок. И только в середине 40-х годов ученые получили в свои руки технику, позволяющую, впервые в истории человечества, попытаться обнаружить «братьев по разуму».
Один из крупнейших радиотелескопов современности - 300 - метровый радиотелескоп Аресибо, Пуэрто Рико. С параболическим зеркалом, расположенном в кратере потухшего вулкана, этот телескоп широко использовался и используется в программах поиска сигналов внеземных цивилизаций и попытках установления контактов с ними. Источник https://physicsworld.com/a/arecibo-observatory-saved-from-closure/
И что же? За прошедшие с тех пор 75 лет все без исключение эксперименты по поиску и установлению контакта с внеземными цивилизациями окончились провалом. Создается впечатление, что верен крайне пессимистичный тезис астрофизика И.С. Шкловского о возможной уникальности разумной жизни на Земле. В этом посту я хочу описать свои мысли на этот счет. Поскольку мысли эти исходят от меня как от кандидата физико-математических наук в области радиофизики, то они вовсе не являются чисто умозрительными фантазиями любителя науки и астрономии. Думаю, где-то в них есть рациональное зерно.
В настоящее время астрономами обнаружены тысячи экзопланет (4099 на сегодняшний день, согласно каталогу NASA), а общая оценка количества планет в нашей Галактике составляет величину порядка сотни миллиардов.
1. "Близнец Земли" Kepler-186f в представлении художников из NASA. Планета вращается вокруг красного карлика "Кеплер - 186", расположенного в созвездии Лебедя на расстоянии 577 световых лет от Земли. Соотношение размера планетной орбиты и светимости центрального светила позволяют предположить, что она расположена в "зоне обитаемости" звезды. Источник https://www.wired.com/2014/05/artist-rendering-exoplanets/
Если учесть, что Солнце относится к звездам типа желтых карликов спектрального класса G2V, которые составляют 90% звездного населения Галактики, то можно смело утверждать, что условия, сходные с условиями в Солнечной Системе не являются уникальными в нашей Галактике.
2. Язэп Драздович. Из серии “Жизнь на Венере”. 1947. Кроме концепции Шкловского о возможной уникальности жизни на Земле есть ее противоположность - концепция тотального распространения жизни. Источник https://drazdovich.by/ru/gallery/2/full?show=18
Тогда встает закономерный вопрос - а почему же мы до сих пор не обнаружили следов деятельности внеземных цивилизаций? Почему мы «не слышим» и «не видим» их? Ведь с современной техникой приема и обработки радиосигналов возможно обнаружение работы мощного СВЧ радиопередатчика, типа радиолокатора или телевизионного ретранслятора, за сотню световых лет от нас. А в этой окрестности расположены многие сотни звезд...
3. Инфографика звездного окружения - приведены все звезды, расположенные в пределах 4-х парсек от Солнца. Источник https://www.space.com/18964-the-nearest-stars-to-earth-infographic.html
Точного ответа на этот вопрос пока нет, и я постараюсь высказать свое мнение на этот счет. Возможно причина в «технологическом сдвиге», при котором потенциально обитаемые миры вовсе не должны иметь одинаковую с нами степень развития. Более того, обитаемость миров вовсе не означает населенность их разумными существами. Эволюция биосферы Земли насчитывает миллиарды лет, и только последний миллион из них она обитаема разумными существами.
4. Чтобы нагляднее представить временнЫе масштабы существования человечества и нашей Вселенной, американский астроном и один из пионеров SETI Карл Саган составил "космический календарь". В этом календаре масштаб существования Вселенной приведен к одному "космическому году". В этом "году" явные признаки жизни на Земле присутствуют только в течении месяца. Первые гоминиды - два дня. Человечество - 10 секунд. А теперь представьте, что у гипотетических внеземных цивилизаций "декабрь" чуть- чуть сдвинут относительно нашего "декабря". На пару минут. Что это значит в масштабе? Ведь 500 земных лет это меньше секунды времени "космического календаря". Источник https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/430340/Stsena_dlya_vselenskogo_spektaklya
И прошло чуть больше 70 лет ка эти разумные существа получили технологию, благодаря которой их можно обнаружить на межзвездных расстояниях. Ничто не позволяет нам утверждать достоверно, что момент возникновения жизни на других планетах совпал с земным, а также, что скорость и пути эволюции жизни были подобны земным. Ну а если так, то гипотетические «братья по разуму», чтобы быть обнаруженными нами, должны обладать технологиями, которые позволяют им быть обнаруженными издалека и классифицированными как техногенная цивилизация. Но это «окно возможностей», когда совпадают наши возможности обнаружения и радиоэмиссия «братьев по разуму», очень узкое. Для Земли, с точки зрения внешнего наблюдателя, такая эпоха началась примерно в 50-х годах и уже постепенно заканчивается.
5. 1936 год. Британские футболисты приветствуют трибуну с Адольфом Гитлером. Олимпиада в Берлине стала первым в истории мероприятием, для которого была организована телевизионная широковещательная трансляция. Источник https://www.kp.ru/daily/26564/3580343/
А заканчивается она потому, что заканчивается эпоха сверхмощных телевизионных передатчиков и РЛС. Интернет вбирает в себя все остальные системы коммуникации, а в передатчиках все шире используются сложные шумоподобные сигналы для связи со стационарными и мобильными службами.
6. Я тоже такие делал в детстве. И на лампах, и на транзисторах и на микросхемах. Пока еще радио позволяет обойтись чисто аналоговыми цепями чтобы "на коленках" собрать радиоприемник, но это не надолго.
Кроме того, практически повсеместно начинает использоваться канальное шифрование трафика. VPN, IPSec, TLS, ППРЧ, UWB - еще пройдет лет 5 и полностью уйдет эпоха радиолюбительства и самодельных детекторных приемников с контурами на катушках, намотанных на палочку.
7. Антенный пост С-200 после попадания противорадиолокационной ракеты. Сирия. Позволил обнаружить себя, определить координаты, изучить режимы работы, спектр, поляризационную картину, боковые лепестки, длительность, мощность и период повторения импульсов, значит превратился в груду хлама после высокоточного удара. Источник http://trueinform.ru/modules.php?name=News&file=print&sid=47282
Помехоустойчивость, помехазащищенность, скрытность - вот главные лозунги разработчиков современных радиосистем. Чтобы не быть подавленной радиопомехами или управляемой авиабомбой нужно принимать меры. Уменьшать пиковую мощность, скрывать факт выхода в эфир, применять шумоподобные сигналы, быстро и неожиданно перестраивать частоту, уменьшать время работы в эфире и максимально сужать диаграмму направленности антенны. Это все и многое другое затрудняет обнаружение работы РЛС на расстоянии десятков и сотен километров. Ну а про световые года вообще речь не идет. Не зная структуры сигнала, кода, невозможно выделить его на фоне многократно превосходящего шума.
8. Кроме целей защиты информации от несанкционированного доступа и скрытности работы радиосистемы, шумоподобные сигналы решают ряд проблем, связанных с электромагнитной совместимостью, скоростью передачи информации в условии шума, помех от местных предметов, групповых замираний и многое другое. А потому все шире используются в современных средствах связи. 3G, 4G, 5G - все они применяют подобные сигналы. Источник https://www.popmech.ru/weapon/230231-voyska-radioelektronnoy-borby-kak-eto-rabotaet/#part2
То же самое происходит с теле и радиовещанием. Хотите посмотреть земные передачи по IPTV из других звездных систем? Будьте любезны, купите подписку, авторизуйтесь и используйте нашу приставку. Абонент расположен в районе Проксима Центавра? Извините, но покрытие вашего района пока не входит в планы нашей кампании. Всего наилучшего))
9. "Слышь, Альбертович, давай быстрее крути верньеры, скоро центаврианская Лига Чемпионов начинается! ...". Аркадий Лурье. Иллюстрация к рассказу Л.Жигарева "Кто там?". "Знание-сила" №7, 1956. Источник https://kennziffer.blogspot.com/2013/10/blog-post_21.html
А теперь представьте, что радиоастрономы анализируют шум, полученный на фоне общего космического шума, и выделенный из шума радиоприемника. Как можно утверждать, что в этом шуме есть сигнал или нету? Нету детерминированных сигналов по типу простой синусоиды, радиоимпульса, пачки радиоимпульсов - да, можно со 100% вероятностью сказать, что таких сигналов не было обнаружено. Ну а как насчет сложного сигнала? Есть они там или нет? Тут уже сложнее.
Ну и безусловно, не следует забывать про фундаментальную формулу Клода Шеннона, связывающую пропускную способность канала связи с мощностью сигнала, помех и полосой частот. Из ее анализа становится понятным, что обнаружить и «расшифровать» сигналы цивилизации, находящейся на приблизительно равном с нами уровне развития, можно лишь в том случае, если эти сигналы специально оптимизированы для целей выделения их на фоне космических шумов сторонними абонентами.
10. Формула Шеннона, связывающая скорость передачи сигнала с его мощностью, полосой частот и мощностью шума.
Ведь в точке приема, из-за расходимости лучей от передатчика, плотность потока мощности сигнала будет очень маленькая и, как следствие, маленькая мощность будет на входе приемника. В то же время мощность шумов будет очень большая, на много порядков превосходящая мощность сигнала. Это частично может компенсироваться большими размерами апертуры приемной антенны, но и у размеров антенн есть свои пределы.
11. Направленна антенна, в частности параболическая антенна радиотелескопа, при передачи концентрирует энергию в одном направлении. Чем больше соотношение диаметра зеркала к длине волны, тем ужЕ получится луч и меньше угловая расходимость. В случае приема - она собирает энергию радиоволн с большой площади. Направленность современных антенн очень высока благодаря ее большим размерам и специальным методам компенсации дифракционных явлений "затекания" поля за пределы пораболического диска -"боковых лепестков". Без высоконаправленной "малошумящей" антенны никакой межзвездной и межпланетной связи быть не может. Источник http://www.astronet.ru/db/msg/1188609
А теперь вернемся к случаю перехвата сигнала «Олимпиады - 36» внеземными цивилизациями. Если предположить, что «они» обнаружили этот видеосигнал, то «им» придется выделить его из шума. Но из- за мизерного соотношения «сигнал / шум» при фиксированной полосе частот и мощности передатчика, полоса пропускания канала «радиопередатчик - радиотелескоп» будет так мала, что восстановить видеосигнал будет просто невозможно. Накопить в течении часа или двух в специальном приемнике, обработать в интеграторе и квадратичном детекторе и сказать «о! кажется у нас есть сигнал с Земли» - да это можно осуществить, но восстановить переданную информацию не получится. Почему?
12. Радиоастрономический приемник и приемник системы радиотехнической разведки работают практически по одинаковому принципу и имеют одинаковые ограничения. Точно такие же, как в фотографии - чем меньше освещения для фотографируемого тусклого объекта у вас есть, тем больше нужна длительная выдержка, в течении которой экспонируется светочувствительный материал и в нем накапливается световая энергия. Ну а представьте, что нужно сфотографировать объект, который за время выдержки хаотично перемещается. В итоге после съемки вы получите на фотографии размытое пятно. Объект есть? Да! Но что это за объект можно сказать? Нет, на снимке будет только тусклое размытое пятно.
13. Вы можете распознать созвездия на этой фотографии, сделанной с выдержкой в пару часов? А если выдержка будет 8 часов? А если вместо предоставления фотографии, специальная программа просто просуммирует яркости всех элементов на фото и сравнит ее с пороговой отвечая на вопрос "есть ли на фото звезды"? А что если вместо звезд в этот момент камера будет смотреть на фонарь уличного освещения? Без выдержки невозможно получить фотографию тусклого объекта. Но если не принимать специальных мер, то можно потерять всю информацию о снимаемом объектах. А для этого необходимо обладать хоть какими-то априорными сведениями о них. В случае с внеземными цивилизациями это не сведения, а гипотезы. И проверка всех существующих гипотез дала отрицательный результат.
А если к этому добавить современные труднообнаруживаемые шумоподобные сигналы, да еще и зашифрованные стойким шифром, то проблема просмотра случайно перехваченных телепередач «братьев по разуму», становится практически неразрешимой.
13. Великое кольцо Вселенной. Контакт. Геннадий Голобков. В реальности, чтобы обеспечить возможность передачи видеоинформации на межзвездные расстояния, приходится "подстравиваться" под крайне малою полосу пропускания канала. Это значит, что невозможно передать "картинку в прямом эфире" даже с Марса. Видеосигнал записывают, а потом передают побитно с большой длительностью каждого бита. Чем больше расстояние до передатчика и чем ниже его мощность, тем больше длительность бита. Например, для "Пионеров" и "Вояджеров" длительность посылки одного бита может достигать получаса. Это нужно для того, чтобы приемник мог накопить энергию сигнала и, после обработки, она должна превысить энергию шума. Если этого не случится - приемник пропустит сигнал. Чтобы при этом не исказилось послание применяется помехоустойчивое кодирование, допускающее восстановление при потере битов. Ну а если попытаться передать к примеру с Плутона получасовую цветную телепередачу в 25 кадров в секунду, 625 строк растра и формате 4:3 (можете в калькуляторе посчитать сколько элементов изображения будет) в режиме "реального времени", то не хватит мощности всех электростанций Земли. Единственно возможный путь - увеличивать длительность посылки отдельного бита, уменьшая скорость передачи информации. Скорее всего, время передачи такого видеофайла с Плутона на Землю будет составлять в лучшем случае неделю.
Вывод из всего этого на мой взгляд такой: даже 70 лет развития радиоастрономии не накопили достаточного статистического и фактического материала, нужного для ответа на вопрос о том, одиноки ли мы. Гигабайты и терабайты записей сигналов говорят лишь о том, что в них нет специально сформированных сигналов известной нам формы. Нету простых синусоидальных сигналов, радиоимпульсов, сигналов типа РЛС с непрерывным и импульсным излучением. Мы не можем «подсмотреть» их радиопередачи и «подслушать» УКВ радио. Но это все отрицательные результаты проверки отдельных априорных предположений, но не главный результат проверки основной гипотезы. Я уверен, что человечество еще долго будет разгадывать эту загадку.
«Давно мысль людей билась над передачей на дальнее расстояние изображений, звуков, энергии. Сотни тысяч талантливейших ученых работали в особой организации, называющейся и до сих пор Академией Направленных Излучений, пока не добились возможности дальних направленных передач энергии без каких-либо проводников. Это стало возможным, когда нашли обходный путь закона - поток энергии пропорционален синусу угла расхождения лучей. Тогда параллельные пучки излучений обеспечили постоянное сообщение с искусственными спутниками, а следовательно, и со всем космосом. Защищающий жизнь экран ионизированной атмосферы служил вечным препятствием к передачам и приемам из пространства. Давно-давно, еще в конце Эры Разобщенного Мира, наши ученые установили, что потоки мощных радиоизлучений изливаются на Землю из космоса. Вместе с общим излучением созвездий и галактик до нас доходили призывы из космоса и передачи по Великому Кольцу, искаженные и полупогасшие в атмосфере. Мы тогда не понимали их, хотя уже научились улавливать эти таинственные сигналы, считая их за излучения мертвой материи.
Ученый Кам Амат, индиец по происхождению, догадался провести на искусственных спутниках опыты с приемниками изображений, с бесконечным терпением десятки лет осваивая все новые комбинации диапазонов.
Кам Амат уловил передачу с планетной системы двойной звезды, называвшейся издавна 61 Лебедя. На экране появился не похожий на нас, но, несомненно, человек и указал на надпись, сделанную символами Великого Кольца. Надпись сумели прочесть только через девяносто лет, и она украшает на нашем земном языке памятник Каму Амату: «Привет вам, братья, вступившие в нашу семью! Разделенные пространством и временем, мы соединились разумом в кольце великой силы»
Спасибо за внимание!