Примерно в те годы, когда в США вызревали идеи межзвездной связи, в СССР этой проблемой заинтересовался выдающийся аст­рофизик И. С. Шкловский. В 1958 г. он выдвинул гипотезу об ис кусственном происхождении с пут ников Марса, основанную на ано мальном торможении Фобоса при движении по орбите[14]. В то вре­мя он очень увлекался этой идеей и, естественно, с большим интере­сом следил за литературой по проблемам, связанным с разумной жизнью во Вселенной. Он мгновенно отреагировал на публикацию Коккони и Моррисона в «Nature» и уже в 1960 г. опубликовал в советском журнале «Природа» большую статью «Возможна ли связь с разумными существами других плгнег?». Эта статья легла в основу его знаменитой книги «Вселенная, жизнь, разум». Первое издание ее появилось в 1962 г. Затем она многократно переиздавалась в СССР и была переведена на многие иностранные языки. В прило­жении к 6-му (посмертному) изданию приводятся очень яркие вос­поминания И. С. Шкловского о том, как создавалась эта книга и о первых годах становления проблемы SETI. Книга оказала огром­ное влияние на развитие исследований по проблеме SETI в СССР и в других странах.

И. С. Шкловский всег да очень живо обсуждал научньге проблемы со своими учениками и коллегами. Он умел увлекать идеями и умел заражать энтузиазмом. Один из ближайших учеников Шкловского — Н. С. Кардашев увлекся проблемой связи с внеземньгми цивилизаци­ями и вы двинул очень важные идеи в этой области. Впоследствии он стал одним из признанных мировых лидеров в проблеме SETI. Свои главные идеи Кардашев изложил в работе «Передача информации внеземными цивилизациями», которая была опубликована в «Ас гро — номическом журнале» в 1964 г. В публикации статьи большое содей­ствие оказал крупный советский астрофизик и замечательный чело­век С. Б. Пикельнер. Сам он довольно скептически относился к про­блеме SETI, но был уверен, что спорные проблемьг в науке должны решаться путем открытой научной дискуссии.

Основная идея Кардашева состоя ia в том, что при поиске сигна­лов ВЦ надо ориентироваться на высокоразвитые цивилизации, тех­нический уровень которых намного прево :ходит уровень нашей зем­ной цивилизации. Действительно, если мы допускаем, что, кроме нас, во Вселенной есть и другие цивилизации, то мьг должньг также допустить, что среди них есть как цивилизации более низкого уров­ня, чем наша, так и значительно опередившие нас в своем развитии. Философским основанием для такого заключения служит убежде­ние в том, что земная цивилизации должна обладать некими сред­ними параметрами (Принцип Бруно). Но имеются и более веские аргументы естественнонаучного порядка. С тех пор как (более де­сяти миллиардов лет тому назад) во Вселенной начался процесс звез­дообразования. он продолжается и по настоящее время. Звезды имеют различный возраст, некоторые из них только что возникли, дру1 ие просуществовали уже миллиарды лет, третьи закончили свою эволюцию. На определенном этапе около некоторых звезд возни­кают цивилизации. Образуются они в разное время и развиваются разными темпами. Отсюда и разброс в уровне развития цивилиза­ции. Надо сказать, что Коккони и Моррисон хорошо понимали это, они подчеркивали, что внеземные цивилизации могут обладать гораздо бочее высоким техническим уровнем, но в своих практи­ческих оценках исходили (так же, как и Дрейк в проекте Озма) из уровня близкого к уровню нашей земной цивилизации. А это на­кладывало существенные офаничения на возможности обнаружс ния ВЦ.

Важнейшим параметром межзвездной связи является мощность передатчика От нее зависит дальность связи, объ-*м передаваемой информации, характер сигналов, а следовательно, и мет оды их об­наружения, На какую мощность передатчика можно рассчитывать? Очевидно, это зависит от энергетического потенциала передающей цивилизации. В настоящее время человечество потребляет в год около 3 • 102° Дж энергии всех видов, что соответствует мощности 1013 Вт. Причем ежегодный прирост энергопотребления составляет 3%. При таких темпах роста уже примерно через 1000 лет энерго­потребление достигнет величины 4 ■ 102л Вт, что равно полной мощ­ности излучения Солнца, а еще через 850 лет оно будет равно 4 • 1037 Вт, т. е. энергетическом)’ выходу 100 миллиардов звезд или мощности излучения всей Галактики. Кардашев исходил из энерго­потребления 4 • 1012 Вт и принял более скромные темпы роста — 1% в год. При этом он нашел, что эти значения будут достигнуты соответственно через 3200 лет и 5800 лет.

Исходя из этих оценок, он разделил все цивилизации на три типа но уровню потребляемой ими энергии. К I типу он отнес цивилизации с уровнем энергопотребления порядка 10|3Вт, ко

II тину— с уровнем энергопотребления порядка 4 • 1026 Вт, и к

III типу — с энергопотреблением порядка 4 • 1037 Вт. В § 1.12 мы рассмотрим некоторые возможные модели цивилизаций II и III типа.

Каковы перспективы ШЛЛНМНия цивилизаций I типа? Это за­висит от того, насколько част они встречаются. Если расстояние между ними порядка 10 св. лет, т. с. порядка расстояния между со­седними звездами — перспективы кажутся весьма обнадеживающи­ми. В сфере радиусом 10 св. лет находится всею несколько звезд, около которых можно ожидать партнеров по связи. Поэтому пере­дающая ВЦ может направить на каждую из таких звезд свои антен­ны и непрерывно облучать их. Если около одной из них, действи­тельно, существует цивилизация, которая хочет установить конт акт с цругой цивилизацией, то ей достаточно направить антенну на пере­дающую звезду (одну из немногих соседних звезд), и сигнал может быть обнаружен. Если же расстояние между цивилизациями I типа велико, значительно превышает расстояние между соседними звез дами, то установление связи между ними сопряжено с огромными трудностями.

Каково же ожидаемое расстояние между цивилизациями I типа? Число цивилизаций, находящихся на той или иной стадии разви­тия, пропорционально длительности этой стадии. Если стадия крат — ковременна, то соответствующие цивилизации встречаются очеггь редко, расстояние между ними ве лико; если стадия продолжается длительное время, цивилизации встречакися чаще, расстояние меж­ду ними относительно мало. Црейк. учитывал это обстоятельство, когда, анализируя вопрос о шумах, ввел «принцип технического со­вершенства» и оценил распространенность технически совершен­ных цивилизаций. Однако он не распространил эти соображения на энерг етический потенциал ВЦ и по существу ог раничился ( гак же как и Коккони и Моррисон) рассмотрением цивилизаций I типа.

По оценкам авторов проекта «Циклоп», разработанного иссле­довательским центром НАСАим. Эймса, существует приближенное соотношение, согласно которому число цивилизаций в нашей Га­лактике приблизительно равно времени их жизни, выраженному в годах (см. гл. 4). Это считается довольно оптимистической оцен­кой. Учитывая приведенные выше соображения Кардашева о росте энергетического потенциала цивилизаций, можно полагать, что ста­дия цивилизаций I типа кратковременна; вероятно, ее длительность порядка 103 лет, после чего они переходят в стадию сверхцивилиза­ции II типа. При такой длительности число цивилизаций I типа в Галактике порядка 1000, т. е. одна цивилизация приходится в сред­нем на I О8звезд, и среднее расстояние между ними приблизительно 3000 св. лет.

Оценим возможность приема сигналив в этом случае 11усть мощность передатчика составляет 100 МВт. Передача ведется на волне 21 см в по­лосе частот 2 Гп Эффективная площадь передающей антенны 105 м2. При мем, в согласии с «принципом технического совершенства», что темпера­тура шумов Тщ = 10 К. И пусть площадь приемной антенны также состав­ляет 105 м2, что близко ю конструктивному пределу для наземн) Ix радиоте лескопов, но вполне досшжимо для космических радиотелескопов, обращающихся по орбите вокруг Земли. Если антенны смотрят друг на друга, то в точке приема, на расстоянии 3000 св. лет от перегающей циви­лизации, может быть обеспечено отношение сигнал/шум рарное 100 Это не только достаточно для обнаружения сигнала, но и для уверенною при­ема информации с высокой надежностью. Все это выглядит весьма опги мистично, и, если цивилизации обнаружат друг друга, то они действитель­но могут организовать взаимно-направленный эффективный канал связи. Но в том-то и состоит проблема — как им найти друг друга?

Предположим, передающая ВЦ знает (или имеет достаточно оснований надеяться), что ближайшая к ней цивилизация находит­ся на расстоянии 300С св. лет, в сфере, где имеются 108 звезд. Она может выбрать из них подходящие звезды, около которых ожидает ся наличие планет и разумной жизни на них Д| >;ы таких звезд со­ставляет приблизительно 5 % Значит, надо будет обследовать 5 млн звезд. Облучать одновременно все звезды невозможно. Для этого потребовалось бы построить 5 миллионов гигантских антенн площадью 105м2 каждая. Но главное даже не в этом: с каждой ан­тенной должен быть связан передатчик мощностью 100 МВт, тогда полная мощность, излучаемая всеми антеннами, составит 5 • 1014 Вт, что значительно превышает энергетический потенциал цивилиза­ций I типа.

Остается единственная возможность поочередно облучать все 5 млн подходящих звезд. Ппи этом принимающая цивилизация так­же будет производить поиск, обследуя 5 млн подходящих звезд, расположенных в радиусе 3000 св. лет от нее, среди которых лишь одна (!) посылает сигналы межзвездной связи. Эти сигналы могут быть обнаружены лишь в том случае, если в момент, когда наша ан­тенна смотрит на передающую ВЦ, их антенна в этот момент на­правлена на нас. Конечно, вероятность такого события при обсле­довании миллионов звезд крайне мала и, следовательно, время по­иска очень велико. Задачу поиска можно упростить, если на приемном конце линии связи принимающая цивилизация постро­ит систему обнаружения, которая перекроет все небо или, по край­ней мере, все подходящие звезды. Число антенн в такой системе обнаружения огромно. В нашем примере надо было бы соорудить не менее 5 млн антенн, причем iHivhtckhx размеров. Сооружение даже одной такой антенны составляет серьезную техническую зада­чу для цивилизации нашего уровня.

Но это еще не все. В нашем примере передающая ВЦ посылает монохроматические сигналы с полосой частот 2 Гц. Это не случай но. Более широкополосные сигналы на гаком расс гоянии при име­ющейся мощности невозможно было бы обнаружить. А для обна­ружения узкополосных сигналов надо точно зна ть их частоту Ьсли же она неизвестна, то приходится проводить сканирование по час­тоте. То есть к проблеме поиска сш нала по направлению добаштя ется проблема поиска по частоте. Предположим, что используе гея частота радиолинии водорода 1420,4 МГц. Она известна с высо­кой точностью. Но вследствие движения звезд, передатчик движется относительно приемника, и поэтому частота сш нала смещае тся на величину, зависящую от относительной скорости их движения по лучу зрения. Так как скорости звезд различны, то и Chi налы будут испытывать различное смещение. А поскольку нам неизвестно, где, около какой звезды, находится передатчик, то необходимо обсле­довать всю полосу частот, в пределах коюрой может смещаться час­тота сигнала. Эта полоса достигает величины от долей мегагерца до нескольких мегаг ерц. Разыскать в такой полосе сигнал шириной не­сколько герц — очень тяжелая задача Если осуществлять последова­тельный поиск, перестраивая частоту приемника, то на обследова ние всей полосы поиска потребуется слишком много времени. При этом не исключена такая ситуация, когда мы попадаем в луч переда ющей антенны, и сами в этот момент смотрим на нее, но пока мы будем производить поиск но частоте, перестраивая приемник, пе­редающая ВЦ отвернет свою антенну, направив се на другую звезду (ведь ей в каждом цикле передачи надо облучить миллионы звезд, поэтому она не может тратить много времени на одну звезду). Ко­нечно, эт о было бы очень обидно! К счастью, существует более под­ходящий способ поиска сигнала по частоте — использование мно­гоканальных приемников, состоящих из множества отдельных узко­полосных каналов, которые в совокупности перекрывают всю подлежащую исследованию полосу частот. Для межзвездной связи такие приемники должны содержать миллионы каналов. В настоя­щее время подобные многоканальные приемники уже созданы, и с их помощью ведется поиск сигналов.

Проблема поиска существенно упрощается, когда мы переходим к поиску сигналов от цивилизаций II и III типа по Кардашеву. Рас­полагая гигантской мощностью (1026-1037 Вт), такие цивилизации могут вести непрерывную изотропную (или всенаправленную) пе­редачу сигналов в очень широжсой полосе частот, обеспечивая даже при этом условии их обнаружение на больших расстояниях. Это сразу исключает выбор по направлению для передающей ВЦ По­иск ведет только цивилизация, которая ищет Chi налы Если она по­строит систему обнаружения, которая перекроет все направления в пространстве (всенаправленная система обнаружения), то сигнал непрерывно будет попадать в одну из приемных антенн. Заметим, что число антенн в системе обнаружения и размер каждой из них меньше, чем при приеме сигнала от цивилизаций I типа, так как в данчом случае речь идет о приеме очень мощных сигналов. Исклю­чается также поиск по времени, поскольку передающая BI [ излучает непрерывно. Н жонец, практически исключается поиск по частоте. Действительно, полоса частот передатчика д.1я подобных цивили­заций может достигать 109-10"Гц, что сопоставимо с шириной оптимального диапазона волн (см. ниже). Значит, если правильно выбрать диапазон, то приемник, работающий в этом диапазоне, сможет обнаружить сигнал без всякого поиска по частоте.

Как определить оптимальный диапазон? Для рассматриваемых широкополосных сигналов невозможно связывать его с какой-то определенной радиолинией, например, с линией 21 см, полоса ко­торой составтяет сотые доли процента от предполагаемой полосы сигнала. Кардашев, как и Дрейк, предложил вести поиск в диапазо­не, где шумы минимальны и, тем самым, обеспечиваются наилуч шие условия обнаружения сигнала. При этом он, следуя, по суще­ству, тем же соображениям, что и Дрейк (принцип технического совершенства) считал необходимым принимать во внимание лишь принципиально неустранимые источники шума. Одним из таких источников, как мы видели (§ 1.2), является галактическое радиоиз­лучение. В качестве другого источника Дрейк рассматривал излуче­ние атмосферы. Но его нельзя считать принципиально неустрани­мым, так как цивилизация може i вынести приемную антенну за пре­делы атмосферы. Поэтому Кардашев не стал принимать во внимание этот источник шума, т. е. здесь он пошел дальше Дрейка, последова­тельно иройодя «принцип технического совершенства цивилизаций». Вместе с тем, он учел еще один важный фактор — квантовые флук туации.

Предположим, что отсутствуют все источники шума, включая излучение фона Казалось бы в этом случае, раз нет шума, то для передачи единицы информации можно затратит ь сколь угодно маио
энергии. Однако это не гак. Вследствие квантовой природы элект — ромагнихного изучения количество информации пропорциональ­но числу излучаемых фотонов (в пределе каждый квант, каждый фотон несет один бит информации). Следовательно, энертя, зат­рачиваемая на один бит, не может быть меньше, чем энергия одного кванта Hv (практически, она значительно больше, но пропорцио­нальна Hv). Это эквивалентно наличию шума с температурой Tq=Hv/K (Л — постоянная Планка, к — постоянная Больцмана, v — частота сигнала). Чем больше частота сигнала, тем больше энер­гия кванта и тем, стало быть, выше температура квантового шума.

На рис. 1.4.1 приведен спектр шумов за пределами земной ат­мосферы по Кардашеву В низкочас готной области спектра шумы определяются галактическим фоном, в высокочастотной области — квантовыми флуктуациями. Сплошная линия соответствует наблю­дению в направлении на центр Галактики, она имеет минимум в облас ти 10’" Гц (длина волны 3 см). Штриховая линия соответству­ет наблюдению в направлении на полюс Галактики, она имеет ми­нимум на частоте 3 • 10,; Гц (длина волны 10 см). В целом весь широкий диапазон спектра 10<;-5- 10" Гц, где обеспечивает­ся низкий уровень шума, можно считать оптимальным для меж- звелдной связи. Правда, здесь не учтено реликтовое излучение, которое было открыто позже, после появления работы Карда шева, но ei о учет качественно не меняет картину, если ограни­читься рассмотрением радиоди — апазона (см. ниже рис. 7.2.1).

Какова дальность обнаруже­ния для сигналов сверхцивили заций? При рассмотренных ус­ловиях (непрерывная изотроп­ная передача в широкой полосе частот) дальность обнаружения для цивилизаций II типа может достигать 10 млн св. лет, что соответствует расстоянию до ближай ших галактик. Для цивилизаций III типа дальность обнаружения порядка 10 млрд св. лет, что сопоставимо с размерами наблюдае­
мой Вселенной. Значит, если где-нибудь в нашей Галактике, или даже в соседних галактиках, существует хотя бы одна цивилизация II типа, то мы уже сейчас, при современном уровне радиотехни­ки, можем обнаружить посылаемые ею сигналы. Что касается ци­вилизаций III типа, то такую цивилизацию можно обнаружить всюду, где бы она ни находилась, в пределах наблюдаемой области Вселенной

Конечно, это достигается за счет предполагаемой гигантской мощности передатчиков сверхцивилизаций Возникает вопрос — не будет ли слишком расточительным для них расходован» почти всю потребляемую ими энергию на радиоизлучение в целях межзвезд­ной связи? Кардашев специально подчеркнул, что никакой расточи­тельности здесь нет. Любая стабильная система с внутренними ис­точниками энергии должна излучать во внешнее пространства ров­но столько энергии, сколько она потребляет, иначе се температура будет постоянно возрастать. Значит излучение неизбежно, надо только преобразовать его в нужный диапазон спектра и закодиро­вать для передачи информации. Но на преобразование и кодирова­ние существенной доли энергии не требуется. Кардашев считал бес­полезным пытаться представить себе технологию сверхцивилизаций, поэтому он не рассматривал конкретные пути технической реализа­ции такой передачи, важно, что это ie противоречит законам фи­зики[15]

В настоящее время не существует сколько-нибудь уверенных оце­нок расстояний между космическими цивилизациями. При боль­ших расстояниях (скажем, больше 1000 св. лет) время распростра­нения сигнала может превысить характерное время развития циви­лизаций (время их существенного изменения), а при еще больших расстояниях — даже время жизни цивилизаций. При таких услови ях «диалог» между цивилизациями становится бесперспективным. Следовательно, речь может идти только об односторонней связи (космическое радиовещание), когда каждая цивилизация передает некий объем знаний без надежды на о-‘ вет.

Такая односторонняя передача в определенном смысле подобна передаче генетической информации. Как судьба особи после вос­произведения потомства не имеет значения для истории вида, точ­но так же и судьба цивилизации, после того как она отправит по­слание в Космос, не имеет значения для ее получателя. Может быть, в момент приема сигналов, где-то в < удаленной части Вселенной, пославшая их цивилизации уже перестала существовать, но электро­магнитные волны донесут до неизвестных абонентов отправленную им информацию.

Какое же количество информации можно передать по каналу межзвездной связи? Это зависит от полосы частот канала связи. При полосе 109 Гц можно передавать не менее 109 двоичных единиц в секунду. Тоща для передачи одного тома энциклопедии, содержа­щего 10л двоичных единиц, потребуется тысячная доля секунды, а за 100 секунд можно будет передать инф< >рмацию, содержащуюся в 100 тысячах подобных гомов, в которых, вероятно, можно было бы изложить всю сумму знаний, накопленных человечеством. При полосе 10" Гц скорость передачи, соответственно, в 100 раз выше.

Можно представить себе такую модель контакта. Цивилизация II или III типа непрерывно посылает сигналы по всем направлени­ям в пространстве. Каждый цикл передачи занимает время порядка одного года, в течение которого передается 10"-1018 бит инфор­мации. По окончании цикла программа повторяется вновь и вновь. Тогда, где бы в пределах действия передатчика, ни находился пред­полагаемый абонент (цивилизация-получатель), она, рано или по­здно, достигнув определенного уровня развития, сумеет обнаружить эти сигналы, расшифрует их и начнет прием ценнейшей информа­ции от бол^е развитой цивилизации. Это поможет ей преодолеть многие трудности, избежать многих ошибок и будет способство­вать более быстрому развитию (или, во всяком случае, расширению и обогащению ее опыта и знаний). Скоро и эта цивилизация смо­жет послать сигналы в космическое пространство, передавая зна­ния, полученные ею и обогащенные ее собственным опытом.

Такая модель контакта напоминает взаимодействие культур на зем­ном шаре. Многие великие цивилизации древности давно перестали существовать, но непреходящие ценности их культуры продолжают ьолновать новые и новые поколения людей и являются предметом изучения новых поколений, хотя никто из нас уже не сможет что — либо спросить у Сократа или поспорить с Аристотелем.

Как же обнаружить сигналы от — сверхцивилизаций? Монохрома­тический сигнал легко выделить из естественного космического ра­диоизлучения, так как он отличается именно своей узкополосно — стью. Но при полосе частот 109-г — 10" Гц искусственный сигнал очень напоминает широкополосное излучение естественных радио­источников. Поэтому необходимо установить какими признаками должен отличаться искусственный источник радиоизлучения от ес — тественно1 о. Ведь прежде чем пытаться получить информацию пу­тем расшифровки полученных сигналов, мы должны убедиться в том, что имеем дело с искусственным источником (цивипизацией), должны суметь выделить его из множества естественных радиоис­точников. То есть здесь на первый план выдвигается проблема кри­териев искусственности.

Кардашев указал на несколько таких отличительных признаков, которым должен удовлетворять искусственный радиоисточник: пре­дельно малые угловые размеры, характерное спектральное распре­деление мощности (см. § 1.7), особенности излучения вблизи ли­нии 21 см, крутвая поляризация, закономерное изменение харак­теристик источника со временем.

Таким образом, помимо исследования ближайших звезд, наме­тился еще один пуп поиска сигналов ВЦ — поиск новых радиоис­точников в оптимальном диапазоне волн и их изучение с целыо ото­брать возможные искусственные источники, в соответствии с пред­полагаемыми критериями искусственности. Это направление тесно смыкается с актуальными задачами радиоастрономии.