57 каналов, и ничего нет.

Если внеземные цивилизации действительно используют ЭМ излучение для поддержания связи друг с другом, как средство уведомления менее развитых цивилизаций о своем присутствии или просто как инструмент для внутренней коммуникации, то существует несколько различных типов сигналов, которые мы могли бы искать.

Какая у нас надежда обнаружить сигнал, который не был предназначен непосредственно для нас? Например, могли бы мы обнаружить утечку излучения от других видов деятельности? Что ж, в течение нескольких десятилетий ЭМ сигналы утекали с Земли из-за наших телевизионных передач и использования военных радаров; возможно, мы могли бы обнаружить инопланетный эквивалент. С другой стороны, можно разумно утверждать, что развитие кабельных и спутниковых телекоммуникационных систем означает, что утечка излучения с Земли скоро прекратится; и если это случится с нами, то мы можем ожидать, что это произойдет и с ВЦ. Возможно, период, в течение которого технологическая цивилизация является «радиояркой», можно измерить десятилетиями, и в этом случае у нас практически нет шансов обнаружить этот тип сигнала. Можно представить себе утечку ЭМ излучения, исходящую от будущих технологических разработок, таких как солнечные спутники, передающие энергию обратно на родную планету, возможно, в виде микроволн, или навигационные маяки для управления движением в переполненной планетной системе — но найти их было бы трудно. На первый взгляд, лучшим подходом было бы «подслушивание» и поиск межцивилизационных коммуникаций. Однако, когда смотришь на цифры, становится очевидным, что шансы перехватить канал связи, не предназначенный специально для нас, малы. Безусловно, самый простой тип сигнала для обнаружения был бы тот, который ВЦ предназначала для нашего приема — либо всенаправленный маяк, который каждый имеет шанс увидеть, либо, что еще лучше, сигнал, намеренно нацеленный на нас.

Не слишком высокомерно предполагать, что близлежащая ВЦ направила бы сигналы к Солнцу. Технологически развитые цивилизации наверняка классифицировали бы Солнце как хорошего кандидата на обладание планетами, несущими жизнь. Более того, они могли бы обнаружить существование Земли на межзвездных расстояниях. Мы знаем, что это так, потому что мы находимся на ранних стадиях способности делать это. Успех миссии НАСА «Кеплер» доказывает, что технология работает. Например, в 2013 году миссия обнаружила Kepler–37b — планету в 210 световых годах от нас, радиус которой ненамного больше Луны. Технологии, доступные земным астрономам, постоянно развиваются, и через десятилетие или два мы сможем обнаруживать атмосферные биосигнатуры — кислород и метан, например — на далеких экзопланетах. Если мы можем это сделать, то мы должны предположить, что любая технологически развитая цивилизация в нашем космическом соседстве знала бы о потенциале Земли для размещения жизни. Если они направляют сигналы к целевым звездам в надежде установить контакт, то наше Солнце было бы в их списке. (Да, это утверждение звучит слишком категорично. Мы пытаемся угадать мотивы и намерения предполагаемых инопланетян — предприятие, сопряженное с рисками. Но с чего-то надо начинать.)

С нашим нынешним уровнем технологий гораздо разумнее искать целенаправленную коммуникацию, чем надеяться подслушать чужой разговор или ожидать обнаружения утечки излучения. Но на какой длине волны ВЦ решат передавать? Другими словами: на какой частоте нам слушать?

Электромагнитный спектр Герц (Гц) соответствует одному циклу колебаний в секунду; 1 МГц равен 10⁶ или 1 миллиону колебаний в секунду; 1 ГГц равен 10⁹ или 1 миллиарду колебаний в секунду. В этих единицах легко оценить чрезвычайную широту ЭМ спектра. Видимый свет простирается от 7,5×10¹⁴ Гц (глубокий фиолетовый) до 4,3×10¹⁴ Гц (красный) и составляет лишь крошечную часть спектра. Ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи имеют все более высокие частоты, достигающие 3×10¹⁹ Гц или выше. Инфракрасные, микроволновые и радиоволны имеют все более низкие частоты, достигающие 10⁸ Гц.

Наша технология использует все эти длины волн для различных целей, начиная от медицинских применений (рентгеновские частоты) до бытовых устройств (например, пульты от гаражных ворот работают на частоте 40 МГц, а радионяни — на 49 МГц). Кажется, для всего есть своя частота. Так какая частота лучше всего подходит для межзвездной связи?

Рис. 4.12 Длины волн и частоты электромагнитного спектра. Горизонтальные линии представлены в логарифмическом масштабе. Из этой диаграммы ясно, что видимый свет, расположенный между УФ (ультрафиолетовым) и ИК (инфракрасным) излучением, соответствует лишь малой части электромагнитного спектра. (Источник: Philip Ronan)

В конце 1950-х годов Филип Моррисон и его коллега Джузеппе Коккони были одними из первых, кто задумался над этим вопросом.[176] К тому времени астрономы разработали радиотелескопы и делали значительные открытия, глядя на вселенную через это новое окно. Именно на этом фоне Моррисон исследовал возможность наблюдения вселенной с помощью гамма-лучей. В рамках этой работы он показал, как гамма-лучи, в отличие от видимого света звезд, могут проходить сквозь пыльную плоскость Галактики. Он рассказал Коккони об этом результате, и его коллега указал, что физики элементарных частиц уже генерировали пучки гамма-лучей в своих синхротронах; почему бы не направить пучок в космос и не посмотреть, сможет ли ВЦ его обнаружить? Это был захватывающий вопрос, и он заставил Моррисона задуматься о перспективах межзвездной связи. Он ответил, что следует рассматривать не только гамма-лучи, но и весь ЭМ спектр — от радиоволн до гамма-лучей — и выбрать наиболее эффективный диапазон для сигнализации.

Они быстро пришли к выводу, что видимый свет был бы плохим выбором для сигнализации, так как сигналы должны были бы конкурировать со светом звезд; рентгеновские и гамма-телескопы в то время были невозможны; радиодиапазон казался лучшим вариантом. Более того, уже планировались радиоантенны, которые могли бы принять участие в поиске. Если бы у ВЦ были антенны такого же размера, и она использовала бы их для передачи направленных лучей на строго настроенной частоте, то наши радиотелескопы могли бы обнаружить их сигналы с полпути через Галактику.

Сужение поиска до радиодиапазона было большим шагом вперед, но все еще оставалось много возможных частот. Радиоволны могут быть где угодно между примерно 1 МГц и примерно 300 ГГц. Это плохие новости по следующей причине. Если ВЦ хочет привлечь наше внимание, то есть веские причины предполагать, что она будет передавать на точной частоте — она будет посылать узкополосный сигнал;[177] широкополосные сигналы легко принять за фоновый шум. (Когда вы крутите ручку настройки на радиоприемнике — старого образца, а не этих новомодных DAB-радио с кнопками — вы слышите фоновое шипение широкополосного шума между узкополосными сигналами радиостанций.) Межзвездные мазеры, которые усиливают микроволны и действуют во многом так же, как лазеры, генерируют самые узкие естественно встречающиеся частоты: межзвездный мазер может излучать с шириной всего 300 Гц. Поэтому для того, чтобы быть замеченными, передачи, вероятно, требуют полосы пропускания намного меньше 300 Гц. Предположим, тогда, что ВЦ передают сигналы с полосой пропускания 0,1 Гц. (Мало смысла передавать на межзвездные расстояния с полосой пропускания менее 0,1 Гц, так как электроны в межзвездных облаках будут стремиться рассеять сигнал.) Это означает, что у нас есть огромное количество радиочастот для прочесывания: в области между 1 МГц и 300 ГГц много каналов размером 0,1 Гц. Если мы не сузим поиск еще больше, или нам не повезет, мы можем искать очень долго.

Рис. 4.13 С момента своего строительства в начале 1960-х годов в карстовой воронке в Пуэрто-Рико обсерватория Аресибо была домом для крупнейшего в мире одночашечного телескопа: чаша имеет диаметр 305 м, глубину 51 м и охватывает площадь около 8 гектаров. Китайский пятисотметровый сферический телескоп с апертурой (FAST) со временем превзойдет Аресибо, но пуэрто-риканский телескоп остается внушительным инструментом. В принципе, он мог бы обнаружить инопланетную передачу с другой стороны Галактики. (Источник: H. Schweiker/WIYN и NOAO/AURA/NSF)

Коккони и Моррисон указали, что Галактика шумна на частотах ниже примерно 1 ГГц. Поэтому мало смысла посылать сигнал на частоте ниже 1 ГГц, потому что фоновый шум заглушит его. С другой стороны, атмосфера Земли шумна на частотах выше примерно 30 ГГц. Предположительно, технологически развитая ВЦ знала бы, что существа, живущие под покровом богатой водой атмосферы, вряд ли обнаружат сигнал на частотах выше 30 ГГц из-за атмосферных помех. Фактически, самый тихий регион находится между примерно 1 ГГц и 10 ГГц. Коккони и Моррисон предположили, что наиболее разумно искать радиосигналы в этой области, где искусственный сигнал действительно будет выделяться.

Рис. 4.14 Фрэнк Дрейк — выдающаяся фигура в области SETI. Помимо одноименного уравнения Дрейка, он известен проведением первого радиопоиска ВЦ. (Источник: Рафаэль Перрино)

Они еще больше уточнили диапазон частот. Коккони и Моррисон указали, что облака нейтрального водорода — простейшего и самого распространенного элемента во вселенной — сильно излучают на частоте 1,42 ГГц. Каждый научно компетентный наблюдатель во вселенной будет знать о линии водорода. Имеет смысл искать там. Есть еще один нюанс: гидроксильный радикал заметно излучает на частоте 1,64 ГГц. Водород, H, и гидроксил, OH, вместе образуют соединение вода: HOH — или H₂O. Вода, насколько нам известно, абсолютно необходима для существования жизни. Найдите воду, и у вас есть шанс найти жизнь. И поскольку область между 1,42 и 1,64 ГГц является примерно самой тихой частью радиоспектра, кажется логичным местом для вещания цивилизации, если она хочет привлечь внимание. Этот диапазон был назван «водопоем» (waterhole). Это красивое название, вызывающее видения множества различных видов, собирающихся у животворного источника воды.

Примерно в то же время, когда Коккони и Моррисон представили теоретические причины, по которым мы должны слушать в длинноволновой области вблизи линии водорода, Фрэнк Дрейк делал именно это. Дрейк построил оборудование для изучения этой части радиоспектра в основных астрономических целях, но у него был неизменный интерес к возможности внеземной жизни. Он использовал радиотелескоп в Грин-Бэнк для прослушивания двух звезд — Тау Кита и Эпсилон Эридана — на предмет сигналов. Его проект «Озма» был первым случаем, когда человечество искало ВЦ. Хотя результаты были отрицательными, наблюдения Дрейка — вместе со статьей Коккони-Моррисона — оказались переломным моментом для SETI.

Рис. 4.15 Знаменитый сигнал «Wow!». Обсерватория Big Ear Университета штата Огайо сканировала 50 каналов и записывала наблюдения на распечатку. Для каждого канала на распечатке появлялся список букв и цифр. В системе Big Ear цифры от 1 до 9 представляли уровень сигнала выше фонового шума. Для сильных сигналов использовались буквы (причем Z сильнее A). В ночь на 15 августа 1977 года Джерри Эман заметил символы «6EQUJ5» на канале 2. Этот сигнал начался примерно с фонового уровня, поднялся до уровня U, затем снизился обратно до фонового уровня за 37 секунд. Это было именно то, как мог бы выглядеть внеземной сигнал; Эман обвел символы и написал «Wow!» на полях. (Источник: Радиообсерватория Университета штата Огайо)

Ситуация сейчас кажется гораздо сложнее, чем четыре десятилетия назад для Дрейка, Коккони и Моррисона. Пионеры радиоастрономии имели доступ лишь к нескольким спектральным линиям, поэтому выбор места поиска казался довольно ясным. Однако современные астрономы знают о десятках тысяч спектральных линий, исходящих от более чем 100 типов молекул в межзвездном пространстве. Можно привести веские аргументы в пользу изучения других частот.[178] Важные примеры включают 22,2 ГГц, что соответствует переходу молекулы воды; простые кратные частоты линии водорода — удвоенная частота линии водорода, частота линии водорода, умноженная на π, и так далее; и есть особенно привлекательная «естественная» частота для межгалактической связи, которую я обсуждаю в следующем разделе. Хотя многие авторы утверждают, что «водопой» является «естественным» местом для поиска сигналов из нашей Галактики, мы можем оказаться вынужденными прочесывать все окно от 1 до 30 ГГц.

За более чем 50 лет прослушивания ни один из радиопоисков не обнаружил внеземного сигнала, который был бы явно искусственного происхождения. Это не значит, что сигналов не было найдено вовсе. Сам Дрейк обнаружил сигнал, исходящий из общего направления Эпсилон Эридана, всего через несколько часов после начала проекта «Озма»; однако дальнейшее расследование показало, что сигнал был явно земного происхождения. Последующие радиопоиски обнаружили много сигналов, некоторые из них довольно интригующие. Знаменитый сигнал «Wow!» типичен для лучших сигналов, найденных до сих пор. Это был мощный узкополосный всплеск с характеристиками, указывающими на то, что он почти наверняка пришел из космоса, но когда Big Ear снова прослушал эту часть неба, сигнал исчез. Несколько попыток повторно обнаружить сигнал «Wow!» потерпели неудачу. Например, поиски с помощью Очень Большого Массива (Very Large Array) позволили астрономам исследовать две гипотезы относительно сигнала. Во-первых, возможно, он исходил от слабой, но постоянной передачи от внеземной цивилизации, сигнал которой на мгновение усилился из-за сцинтилляции (подобно мерцанию звезды). Во-вторых, возможно, сигнал был мощным импульсом, предназначенным для привлечения внимания к гораздо более слабому непрерывному сигналу. Обе возможности, похоже, были исключены. Ничего интересного не было найдено, вплоть до уровня, который был в 1000 раз слабее исходного сигнала.

Другой интригующий кандидат — GCRT J1745–3009, радиоисточник, который испустил пять вспышек низкочастотного излучения в октябре 2002 года. Каждая вспышка была одинаково яркой, длилась около десяти минут и происходила каждые 77 минут. Подобная вспышка наблюдалась год спустя. Шесть месяцев спустя астрономы наблюдали более слабую вспышку. С тех пор ничего не было. Могли ли GCRT J1745–3009 и сигнал «Wow!» быть примерами внеземной активности, коммуникациями, не нацеленными специально на нас, но которые мы случайно обнаружили? Если да, то это предлагает новую стратегию поиска:[179] составить каталог «интересных» радио транзиентов, а затем применить статистические методы для построения вероятностного аргумента в пользу существования внеземного разума. Однако отличить иголки от сена сложно. Хотя мы не знаем наверняка, что за объект GCRT J1745–3009, существует множество кандидатов на то, чем он мог бы быть: прецессирующий пульсар, орбитальные нейтронные звезды, радиоизлучающий белый карлик… И хотя сигнал «Wow!» мог исходить от далекой цивилизации, луч которой случайно пронесся по пути Земли одной августовской ночью, а затем двинулся дальше, кажется гораздо более вероятным, что сигнал исходил от какого-то неизвестного земного источника.[180]

Несмотря на растущую изощренность радио-SETI, просеивание миллиардов каналов в надежде найти сигнал остается трудоемкой задачей. Действительно ли нет альтернативы микроволновой/радио части электромагнитного спектра? Оказывается, есть.

Примерно в то же время, когда Коккони и Моррисон предлагали слушать радиопередачи, другие физики описывали принципы работы лазеров. Ранние устройства были слабыми, но так же, как вычислительная мощность росла геометрически, росла и мощность лазеров. Теперь кажется ясным, что технологически развитая ВЦ могла бы сообщить о своем присутствии с помощью лазерных импульсов и, как впервые предположил Таунс, они могли бы даже предпочесть этот метод радио. Короткий импульс лазерного света не только выделялся бы даже на межзвездных расстояниях, но и был бы явно искусственным. Более того, ВЦ могла бы посылать сигналы-маяки миллионам звезд каждый день. Возможно, нам не следует слушать только радиосигналы; возможно, нам также следует искать сигналы в видимом спектре.

Проекты по поиску внеземного разума Со времен проекта «Озма» были десятки проектов SETI, большинство из которых искали в области «водопоя». Проекты со временем становились все более изощренными.[181]

Проект META (Million-channel Extra-Terrestrial Array — Миллионканальный внеземной массив), разработанный в 1985 году Полом Горовицем,[182] мог одновременно изучать миллион каналов в области «водопоя». В 1990 году META II начал поиск в южном небе, отслеживая 8 миллионов чрезвычайно узких каналов по 0,05 Гц вблизи линии водорода на 1,42 ГГц, а также на удвоенной частоте 2,84 ГГц. В 1995 году Горовиц инициировал проект BETA (Billion-channel Extra-Terrestrial Array — Миллиардканальный внеземной массив), который сканирует область «водопоя» с разрешением 0,5 Гц. От META до BETA всего за десять лет — значительный прогресс!

В период с февраля 1995 года по март 2004 года проект «Феникс» был самым чувствительным и всеобъемлющим поиском радиосигналов в мире. Он наблюдал 800 звезд в пределах 200 световых лет от Земли, прослушивая сигналы между 1,2 ГГц и 3 ГГц в каналах шириной 1 Гц. (В конце поиска руководитель проекта заключил, что «мы живем в тихом районе».)

Проект SERENDIP (Search for Extraterrestrial Radio Emissions from Nearby Developed Intelligent Populations — Поиск внеземных радиоизлучений от близлежащих развитых разумных популяций) работает «попутно» на радиотелескопах,[183] используемых для других астрономических целей. Недостатком этого подхода является отсутствие выбора, где слушать; он может искать сигналы только там, куда случайно направлен телескоп. С другой стороны, поскольку он не мешает нормальной работе телескопа, проект может работать непрерывно. Нынешняя инкарнация проекта, SERENDIP V, серьезно началась в 2009 году. Он работает «попутно» на телескопе Аресибо и ищет в 128 миллионах каналов в полосе пропускания 200 МГц с центром на 1,42 ГГц.

Allen Telescope Array (ATA — Антенная решетка Аллена) — это амбициозный проект, целью которого является сочетание широкого поля зрения с большим частотным охватом. Вместо одной большой антенны ATA планирует объединять сигналы от большого числа малых антенн. Проект, который стал возможен благодаря гранту Пола Аллена, соучредителя Microsoft, имеет большой потенциал[184] для исследований SETI, но его будущее неясно. Первая фаза ATA стала работоспособной в 2007 году; она имела 42 антенны, что было достаточно для начала наблюдений. Долгосрочный план предусматривал наличие у решетки 350 антенн, но в апреле 2011 года ATA была переведена в режим гибернации из-за трудностей с финансированием. Было найдено некоторое краткосрочное финансирование, и операции возобновились в декабре того же года; найдя источник некоторого дополнительного финансирования, команда даже смогла обновить приемники антенн. Тем не менее, на момент написания статьи, сроки завершения первоначального плана далеко не определены.

Одна из научных целей ATA — служить ступенькой к тому, что станет одним из самых значительных телескопов первой половины XXI века: Square Kilometer Array (SKA — Антенная решетка площадью в квадратный километр). Как следует из названия, SKA будет иметь массив антенн, общая собирающая площадь которых составит около 1 км. Массивы антенн будут базироваться в Австралии и Южной Африке, а штаб-квартира миссии — в Великобритании. Если все пойдет по плану, SKA начнет полноценную работу в 2024 году. Он будет в 50 раз чувствительнее предыдущих радиоинструментов (и способен, например, обнаружить радар аэропорта с расстояния в десятки световых лет). Он будет обследовать небо в тысячи раз быстрее, чем это было возможно ранее. Он будет предоставлять изображения исключительно высокого разрешения. Хотя SKA является инструментом для астрономии, он также может сыграть роль[185] в SETI.

Оптический SETI не так развит,[186] как традиционный радио-SETI, но это меняется. Многие годы Стюарт Кингсли использовал свою обсерваторию COSETI (Columbus Optical SETI — Колумбусский Оптический SETI) для поиска узкополосных лазерных сигналов от списка целевых звезд; он продемонстрировал, что оборудование, необходимое для такого поиска, относительно простое и доступно преданному астроному-любителю. Однако профессиональные ученые SETI в конце концов подхватили идею и начинают разрабатывать крупномасштабные проекты.[187] Например, проект SEVENDIP (Search for Extraterrestrial Visible Emissions from Nearby Developed Intelligent Populations — Поиск внеземных видимых излучений от близлежащих развитых разумных популяций) является инициативой оптического SETI, которая дополняет радиоподход проекта SERENDIP.

Рис. 4.16 Представление художника о том, как будет выглядеть центральное ядро Австралийской антенной решетки Square Kilometer Array диаметром 5 км. Этот невероятный телескоп будет объединять сигналы, полученные от тысяч малых антенн, разбросанных на расстояние 3000 км в южном полушарии. Square Kilometer Array обладает потенциалом преобразовать астрономию; преобразует ли она также SETI? (Источник: Офис разработки проекта SKA/Swinburne Astronomy Productions)

Даже гамма-лучи были предложены в качестве канала связи для цивилизаций, контактирующих на межгалактических расстояниях. (Джон Болл однажды выдвинул гипотезу,[188] что гамма-всплески могут быть сообщениями, посылаемыми ВЦ. Однако, хотя детальное происхождение этих событий все еще обсуждается, теперь ясно, что всплески являются естественным явлением. Мы должны снова применить бритву Оккама: поскольку мы можем объяснить всплески как природные явления, гипотеза Болла просто не нужна.) Преимущество гамма-лучей в том, что они предлагают самую широкую полосу пропускания в ЭМ спектре: если вы хотите отправить свою «Галактическую энциклопедию» на межгалактические расстояния, то гамма-лучи были бы подходящим способом. Однако гамма-лучи трудно обнаружить с помощью наземных приемников (к счастью для нашего здоровья, атмосфера Земли их поглощает), поэтому маловероятно, что гамма-лучи будут играть прямую роль в SETI в обозримом будущем. Даже если мы не будем искать сообщения, закодированные в гамма-лучах, гамма-всплески все же могут сыграть роль в SETI: они могут выполнять роль «синхронизаторов».[189] Идея здесь в том, что ВЦ могут решить передавать сигналы при наступлении какого-то определенного события, и гамма-всплески — из-за их легкой обнаружимости — были бы хорошим выбором для этого синхронизирующего события.

Более 50 лет поисков — в основном в радиодиапазоне, но иногда в инфракрасном и все чаще в видимом — астрономы не обнаружили никаких сигналов. Перефразируя вопрос Ферми: где сигналы? Отсутствие сигналов означает, что теперь мы можем начать устанавливать пределы на количество и тип внеземных цивилизаций (ВЦ) в нашем окружении. Некоторые авторы утверждают, что этот нулевой результат означает, что мы можем исключить присутствие цивилизаций типа II и III по Кардашеву не только в нашей Галактике, но и за пределами нашей Местной группы галактик.[190] Это утверждение, возможно, преувеличено, поскольку оно основано на нескольких предположениях, которые могут быть неверными. Тем не менее, придерживаясь консервативной точки зрения, мы, вероятно, можем исключить существование цивилизации типа III где-либо в нашей Галактике, цивилизации типа II в нашей конкретной части Галактики и цивилизации типа I в пределах примерно 100 световых лет: если бы они были там, мы бы наверняка о них услышали.

Миллиарды каналов и до сих пор — ничего в эфире.