Объектом исследований являются гипотетические внеземные цивилизации, поиск радио и оптических сигналов от которых ведется с начала 60-х годов прошлого века. Цель работы – формулирование, по возможности, более полного перечня вопросов теории и методологии поиска и передачи межзвездных радиопосланий, последующий анализ и попытки нахождения оптимальных (или близких к оптимальным), решений этих вопросов.
Отчет представляет собой сводку результатов, уже изложенных в статьях, опубликованных за трёхлетний период, с 2006 по 2008 годы:
1) Past – Present – Future, [3];
2) Transforming SETI to METI, [4];
3) Messaging to Extra-Terrestrial Intelligence, [39];
4) The SETI Paradox, [28];
5) Анализ работы планетных радаров применительно к SETI и METI, [34];
6) Sending and Searching for Interstellar Messages, [43];
7) Detection Probability of Terrestrial Radio Signals by a Hostile Super-civilization, [46].
Результаты работы могут быть использованы для синтеза и передачи новых межзвёздных радиопосланий, а также при разработке программ поиска разумных радиосигналов во Вселенной. Развитие исследований связано, в частности, с синтезом структуры и содержания типового межзвездного радиопослания, которое затем могло бы быть предложено в качестве основы для последующих радиопередач.
Содержание 1. Обозначения и сокращения 2. Введение 3. Основная часть 3.1. Краткая история поисков и передачи межзвёздных посланий 3.2. Концепция «Прошлое – Настоящее – Будущее» 3.3. Преобразование SETI METI 3.4. Адресаты отправления и поисков МРП 3.5. Синхронизация отправления и поисков МРП 3.6. Длина волны передачи и поиска разумных сигналов 3.7. Какую поляризацию использовать? 3.8. Мощность излучаемых радиосигналов 3.9. Какую модуляцию можно ожидать при поисках и целесообразно применять при излучении разумных сигналов?
3.10. Каковыми могли бы быть структура и методы кодирования передаваемых и принимаемых сообщений?
3.11. Содержание межзвёздных радиопосланий 3.12. Зачем передавать межзвёздные радиопослания? 3.13. Не опасно ли получать и передавать межзвездные радиопослания? 3.14. Как «враждебная» суперцивилизация обнаружит земную? 4. Заключение 5. Список использованных источников Приложение 1. METI в Интернете Приложение 2. Цикл документальных фильмов о передаче и поисках разумных сигналов во Вселенной 1. Обозначения и сокращения • TI = Terrestrial Intelligence = земная цивилизация.
• ETI = Extra-Terrestrial Intelligence = внеземная цивилизация = ВЦ.
• SETI = Search for ETI = Поиски внеземных цивилизаций.
• METI = Messaging to ETI = Послания внеземным цивилизациям.
• IM = Interstellar Message = Межзвёздное послание = МП.
• Экзопланеты (Exoplanets) – планеты, обращающиеся вокруг других, нежели Солнце, звёзд.
Первая экзопланета открыта в 1995 году, авторы открытия – швейцарские астрономы Мишель Майор и Дидье Квелотц. К настоящему времени обнаружено уже более 300 экзопланет, [1].
• PM = Proper Motion = Собственное движение небесного тела. Общепринятая единица измерений: [угловых секунд / год].
• L.Y. = Light Year = Световой год = 0,3066 парсек = 9,4607 1012 км.
• The Great Silence = Молчание Вселенной – по мнению ряда ученых и журналистов, парадоксальное несоответствие между постулатом о множественности обитаемых миров и безрезультатностью почти полувековых поисков радиосигналов внеземных цивилизаций.
• AM = Arecibo Message = Аресибское радиопослание, отправлено 16 ноября 1974 года • CC-1 = Cosmic Call = Космический зов – радиопослание, четыре сеанса излучения которого состоялись в мае-июле 1999 года.
• TAM = Teen Age Message = Детское радиопослание, шесть сеансов излучения которого состоялись в августе-сентябре 2001 года.
• CC-2 = Cosmic Call 2 = Космический зов 2 – радиопослание, пять сеансов излучения которого состоялись в июле 2003 года.
2. Введение В сентябре 2005 года в Специальной астрономической обсерватории РАН проходила конференция «Горизонты астрономии и SETI». По результатам работы конференции был принят Меморандум [2], пятый пункт которого, в частности, гласит:
«Поддержать проведение работ по программе METI (где Россия является лидером) как неотъемлемой части программы SETI, активизировать международную деятельность по доказательству безопасности METI…»
Лидерство России, о котором упоминается в Меморандуме, связано, в первую очередь, с тем, что из 16-ти сеансов излучения межзвездных радиопосланий, разработанных и переданных в Космос за всю историю земной цивилизации, один сеанс был выполнен в 1974 году американскими учеными с помощью радиолокационного телескопа, расположенного в Аресибо, Пуэрто-Рико, а остальные 15 – нами, в 1999-2003 годах, с помощью Евпаторийского планетного радиолокатора.
В отчете приведены результаты, полученные в ФИРЭ РАН в 2006-2008 годах во исполнение вышеприведенной рекомендации конференции «Горизонты астрономии и SETI». В первом разделе Основной части изложена краткая история поисков и передачи межзвёздных посланий.
Второй раздел посвящен выдвинутой в 2006 году концепции «Прошлое – Настоящее – Будущее» [3], позволяющей обосновать методологию подхода к вопросам SETI и METI, порой разрозненным, как к взаимосвязанному, единому процессу передачи и поиска разумных сигналов во Вселенной. Введение преобразования {SETI METI} позволило сформулировать 10 вопросов, составляющих предмет исследований по проблеме поиска и передачи МРП, [4] – о них речь идет в разделах (4 – 11) Основной части отчета. Вопросам обоснования METI и доказательству безопасности этого нового вида человеческой деятельности посвящены три заключительных раздела Основной части отчета.
3.1. Краткая история поисков и передачи межзвёздных посланий Земная история поисков и передачи разумных сигналов сравнительно молода. SETI берет свое начало от двух пионерских работ американских ученых – статьи Дж. Коккони и Ф.
Мориссона «Searching for Interstellar Communications», опубликованной в сентябре 1959 года в журнале Nature [5] и эксперимента OZMA по поиску искусственных сигналов из космоса, проведенного Френком Дрейком в 1960 году в радиоастрономической обсерватории Грин Бэнк, США, [6]. К сожалению, почти полвека поисков еще не принесли результатов – уверенно сказать, что мы обнаружили хотя бы один разумный сигнал из Космоса, пока не представляется возможным. Причин тут несколько, главная из них заключается в том, что объем предпринятых поисков, если его сопоставить с тем, что на самом деле следовало бы обследовать, пока совершенно ничтожен. Необходимо также помнить, что для нужд SETI до сих пор не было создано ни одного специализированного инструмента – все поиски проводились урывками на обычных радио и оптических телескопах, чувствительность которых сравнительно низка. Сейчас большие надежды ученые, в первую очередь из США, а также и других стран, связывают с первым специализированным инструментом SETI, антенной решеткой Ван Алена (ATA = Allen Telescope Array), которая строится в Институте SETI, Калифорния, [7].
В смысле полученных результатов METI находится в несравненно более выигрышном положении, нежели SETI. Ведь пройдя свою половину пути, а именно, грамотно синтезировав, правильно выбрав адрес и отправив межзвездное послание, мы уже можем говорить о результате. То есть о том, что мы сделали все от нас зависящее в деле наведения радиомоста между земной и предполагаемой внеземной цивилизациями. И что теперь только от НИХ зависит, будет ли обнаружено наше Послание и предприняты попытки отправить ответ с целью установления Контакта.
Первые межзвездные послания также как и первые эксперименты по поиску сигналов, связаны с именем Франка Дрейка. В 1972 году он совместно с Карлом Саганом выдвинул идею и создал пластинку «Pioneer Plaque» [8], а в 1977-м – диск «Voyager Golden Record» [9], рис. 1.
Первое межзвездное радиопослание «Arecibo Message» было также создано Дрейком и Саганом, и отправлено 16 ноября 1974 года с помощью радиолокационного телескопа, имеющего антенну диаметром 1000 футов (305 м) и передатчика со средней мощностью 500 кВт на волне 12,6 см. Три остальных проекта – Cosmic Call 1999, Teen Age Message 2001 и Cosmic Call 2003 переданы с помощью Евпаторийского планетного радиолокатора, рис.2.
Рис. 1. Первые межзвездные послания, отправленные за пределы Солнечной системы на борту американских космических аппаратов «Пионер 10 и 11» и «Вояджер 1 и 2».
Таким образом, за всю историю земной цивилизации было разработано и доведено до практической реализации лишь 4 проекта передачи межзвёздных радиопосланий (МРП). В Таблице 1 эти четыре МРП упорядочены по датам первых сеансов излучения (всего, как это можно заключить из третьей снизу строки Таблицы, состоялось 16 таких сеансов). Символами T и E здесь обозначены, соответственно, суммарная длительность всех сеансов каждого из МРП и излученная за это время энергия, определяющая дальность обнаружения.
Таблица 1. Отправленные межзвездные радиопослания Arecibo Message («Аресибское радиопослание») имело размер 1679 бит и было отправлено к шаровому звёздному скоплению M13. Послание неоднократно описано в литературе [10] и в Интернете [11], поэтому мы на нём не останавливаемся.
Спустя 25 лет отправка радиопосланий была возобновлена, но уже с помощью Евпаторийского планетного радиолокатора. В 1999 году в космос к 4-м звездам солнечного типа было передано МРП Cosmic Call 1 («Космический зов 1»), [12]. Оно представляло собой своеобразную энциклопедию земных представлений о самих себе и окружающем мире, написанную на специальном языке Lexicon, разработанном канадцами Ивэном Дутилом и Стефаном Дюма, а также сведения о самом проекте и его участниках. Кроме того, в состав СС-1999 было включено и Аресибское послание. Размер «Энциклопедии» составлял 370967 бит.
В 2001 году к 6-ти звездам солнечного типа было отправлено Детское радиопослание («Teen Age Message»), [13]. Здесь в первый и, к сожалению, единственный, раз была применена предложенная нами и описанная ниже, в разделе 3.10, трёхзвенная структура – сначала излучалось монохроматическое зондирующее колебание, затем передавалась аналоговая информация (музыка) и, наконец, цифровая информация. В качестве источника аналогового колебания использовался электромузыкальный инструмент терменвокс, генерирующий квазимонохроматические сигналы с низким уровнем обертонов, что облегчает обнаружение и «восприятие» таких сигналов на межзвёздных расстояниях, [48]. Цифровая часть состояла из 28 двоичных изображений с суммарным размером 648220 бит.
В 2003 году к 5-ти звездам солнечного типа было отправлено МРП Cosmic Call 2, [14].
Это было первое интернациональное МРП – в него были включены фрагменты всех трёх предыдущих радиопосланий, авторами которых были граждане США, Канады и России. Мы считаем, что именно такими и должны быть все будущие письма с Земли.
В заключение раздела представлена Таблица 2, где содержатся основные сведения о сеансах передачи этих четырех земных радиопосланий. Здесь R – расстояние до звёзд, выраженное в световых годах.
Во втором столбце Таблицы 2 указано время, когда эра Великого молчания Вселенной может закончиться для тех, Других, в том случае, если Они там есть и если им выпадет такой «счастливый случай» обнаружить разумные сигналы нашей земной Цивилизации. По сути, с этого момента ОНИ начинают жить в другой, Обитаемой Вселенной и этот переворот, причем не только в их сознании, но и в самой Вселенной производится нами – нашим разумом и нашей доброй волей.
3.2. Концепция «Прошлое – Настоящее – Будущее»
Поиски разумных сигналов из Космоса (по-английски: SETI – Search for Extra-Terrestrial Intelligence) нацелены в Прошлое. В самом деле, мы ищем то, что было отправлено нам (если, действительно, было отправлено) много-много лет тому назад и ищем в том месте, где обследуемой нами экзопланеты уже нет, но где она находилась в момент отправки послания в наш адрес. Ведь звездное небо, наблюдаемое нами, есть нечто виртуальное в том смысле, что мы видим небесные объекты там, где они находились, когда испускали тот свет, что сейчас достиг Земли. И в данный момент каждое из наблюдаемых нами небесных тел находится чуть-чуть в другом месте. Это «чуть-чуть» называется аберрационной поправкой, связано с собственным движением небесных тел PM (от английского «Proper Motion» – собственное движение) и определяется как произведение PM данного небесного тела на расстояние до него, рис. 3.
Рис. 3. Поиски разумных сигналов из космоса, которые приходят из прошлого, как времени, так Напротив, передача разумных сигналов в адрес предполагаемых внеземных цивилизаций (по-английски: METI – Messaging to Extra-Terrestrial Intelligence) нацелена в Будущее – наши адресаты обнаружат наше послание (если, действительно, обнаружат) лишь много-много лет спустя, причем, находясь уже в том месте, где их сейчас нет, но где они будут находиться к моменту прихода наших сигналов. Это обстоятельство необходимо учитывать, наводя луч нашего передатчика с упреждением относительно их нынешнего местоположения, опять же, на величину этого «чуть-чуть», но взятого с обратным знаком, рис. 4.
Следовательно, осуществляя как передачу (METI), так и поиски (SETI) разумных сигналов во Вселенной, мы с полным основанием можем говорить о том, что сами оказываемся как раз между Прошлым и Будущим, а именно, в Настоящем, рис. 5.
Весьма символично, что в данном случае «работают» оба значения понятия «настоящее», которое, по крайней мере, в русском языке, трактуется двояко, – и как «настоящее время»
и как нечто «настоящее», то есть ценное и стоящее. В самом деле, если цивилизация, будь то земная, или внеземная, достигает такого уровня интеллектуального и технологического развития, что начинает ощущать потребность и заниматься не только поисками разумных сигналов Других цивилизаций, но также и чисто мессианской, бескорыстной деятельностью, направленной на заботу о том, чтобы и Другие цивилизации получили потенциальную возможность узнать вдруг, что они не одиноки в бескрайней Вселенной, то такая социально-зрелая цивилизация вполне достойна называться Настоящей!
Рис. 4. Передача разумных сигналов в адрес предполагаемых внеземных цивилизаций нацелена Рис. 5. Высокоразвитая цивилизация, проводящая как поиски, так и передачу разумных радиосигналов.
И это, как уже отмечалось выше, имеет место по двум взаимосвязанным причинам – потому, что, проводя как SETI, так и METI, эта цивилизация оказывается как бы между Прошлым и Будущим, а именно в Настоящем, и потому, что, проявляя альтруистическую, бескорыстную, не сулящую никаких сиюминутных выгод, заботу о Других, данная цивилизация занимается поистине достойным, настоящим, делом!
Не менее важно подчеркнуть, что в информационном плане такая приемо-передающая цивилизация оказываемся как бы в центре событий, перемещаясь с периферии нашей Галактики в ее центр (разумеется, речь идет о центре в его информационном смысле), рис. 6.
Рис. 6. Понятие «Информационный центр Галактики» применительно к социально-зрелой, высокоразвитой цивилизации, проводящей как поиски, так и передачу радиопосланий.
Оптическая система передачи и поиска разумных сигналов во Вселенной состоит из линз или зеркал, фокусирующих либо мощный луч лазера (при передаче), либо излучение, приходящее из космоса (при приеме). Учет собственного движения небесного тела осуществляется тем, что в режиме «Поиск» мы наводим телескоп на видимое положение этого небесного тела, а при переходе в режим «Передача» вводим поправку на наведение, равную удвоенному произведению PM на расстояние, чтобы «попасть» туда, где это небесное тело будет находиться в момент прихода наших сигналов. В случае радиосистемы передачи и поиска разумных сигналов все сказанное остаётся в силе, за исключением, быть может, необходимости перенацеливания антенны при смене режимов «Излучение» и «Поиски», поскольку ширина луча даже наиболее крупных радиоантенн существенно больше аберрационной поправки на наведение. Поэтому антенну можно непрерывно наводить «по центру», то есть в ту точку пространства, где в настоящее время на самом деле находится исследуемое небесное тело.
В далёком XVII веке Блез Паскаль делился своими переживаниями: «Вечное молчание этих бесконечных пространств ужасает меня». Зрелое планетарное сознание, почувствовав и осознав, что это молчание повергает в ужас не только нас, но и всех мыслящих во Вселенной, приходит к пониманию того, что его миссия – принять посильное участие в преодолении молчания Космоса.
Во взаимосвязанных процессах передачи и поиска разумных сигналов во Вселенной следует отчетливо представлять, что в случае передачи решается прямая задача синтеза и отправки того, что пока еще не существует в Природе, а именно наших межзвездных посланий. В этом смысле, синтез Посланий сродни искусству, творческому процессу создания нового, при этом предназначенную к передаче информацию необходимо попытаться представить в некоем инварианте, понимаемом разумными субъектами повсюду во Вселенной. Разумеется, в процессе синтеза и передачи решается и масса чисто научных и технических вопросов, однако главным здесь является именно творческий процесс создания новой информации, предназначенной для Других. А поиск – типичный пример обратной задачи – мы ищем то, что нам пока не известно, но при этом исходим из предположения, что это уже существует в Природе (рис. 7).
Иными словами, при поиске решается сугубо научная задача обнаружения сигнала, его декодирования, выделения и осмысления полученной информации. При этом обратная задача поиска специфична тем, что ищется не естественнонаучная закономерность, а осмысленное сообщение, сигналы не Природы, но Разума!
Рис. 7. Блок-схема передачи и поиска разумных сигналов во Вселенной.
Здесь важно отметить, что цивилизация, осуществляющая лишь поиски, находится в менее выгодном положении, чем цивилизация, которая проводит как поиски, так и передачу разумных сигналов. Для констатации факта установления Контакта приёмо-передающей цивилизации достаточно лишь получить ответный сигнал от цивилизации-адресата. А в случае успехов поисков, проводимых цивилизацией первого типа необходимо, как минимум, вдвое больше времени и усилий. В самом деле, обнаружив сигналы, надо будет отправить ответ и, лишь получив подтверждение в том, что этот ответ принят, можно будет констатировать факт установления Контакта, рис. 8.
Рис. 8. Сравнение цивилизаций, одна из которых является «приемо-передающей», а другая – Подчеркивая сложность проблемы SETI, состоящую в чрезвычайно большой неопределенности и, как следствие, необъятности поисков разумных сигналов из Космоса, Джил Тартер использовала образное понятие «Космический стог сена» [15, 50]. Пространство неизвестных параметров поиска (SETI-пространство) имеет 8 измерений:
Мощность принимаемого сигнала?
Как демодулировать обнаруженный сигнал?
Как декодировать полученную информацию?
(Курсивом отмечены добавленные нами вопросы, которые отсутствовали в списке Тартер, но которые неизбежно возникают у тех, кто проводит поиски). Приведённый список может быть приспособлен для решения обратной задачи (которая, как было сказана в предыдущем разделе, по своей сути является типичной прямой задачей) – передачи с Земли наших собственных сигналов в адрес предполагаемых «братьев по разуму». Для этого достаточно просто заменить термины, связанные с обнаружением и выделением сигналов, на термины синтеза и передачи сигналов. В более общей трактовке, преобразование {SETI METI} представляет собой переход от Науки поиска и осмысления того, что уже существует в Природе, но нам пока не известно, к Искусству синтеза того, чего еще нет в природе и что предназначено для осмысления теми, о ком мы можем сделать лишь единственное предположение о наличии у них Разума.
Здесь появляются два дополнительных «измерения» и METI-пространство оказывается 10-мерным. Дополнительно мы вынуждены рассмотреть вопросы: «Какой смысл в занятиях METI?» и «Не опасно ли заниматься METI?». Таким образом, пространство неизвестных параметров передачи (METI-пространство) имеет следующие 10 измерений, [4]:
Какую использовать поляризацию?
Какова должна быть мощность излучаемых сигналов?
Какую использовать модуляцию?
Какова оптимальная структура передаваемого Послания?
Зачем передавать межзвездные послания?
Выше обосновывались органичность и плодотворность комплексного, взаимосвязанного и взаимосогласованного рассмотрения процессов, как передачи, так и поисков разумных сигналов во Вселенной. В такой постановке перечисленные выше вопросы могут быть представлены следующим общим списком [43]:
«