Освоение человечеством Солнечной системы

 

В предыдущей главе мы уже упомянули о важнейшей для нашей проблемы особенности разумной жизни на Земле — ее экспансии в окружающее космическое пространство. Нам очень повезло — этот процесс начался буквально на наших глазах около 30 лет назад, когда был запущен первый советский искусственный спутник Земли. Сейчас спустя 30 лет приходится только поражаться грандиозности достигнутых успехов. Возникла космическая индустрия, охватывающая огромные комплексы специализированных предприятий. Уже сейчас ближний космос исправно служит человечеству, помогая ему в его практической деятельности. Упомянем хотя бы о ретрансляции телевизионных передач через специализированные спутники связи. Система ретрансляции телевидения через спутники типа «Молния» позволяет смотреть московские телепередачи в самых отдаленных уголках нашей страны. Правда, достойно сожаления, что художественное качество этих передач не всегда соответствует высокому уровню космической техники… Но это уже не имеет прямого отношения к экспансии человечества в космос. Другим аспектом использования ближнего космического пространства для практических нужд народного хозяйства является система непрерывно патрулирующих метеорологических спутников. Метеорологическая служба сейчас действительно стала глобальной. Открывается, например, возможность детально прогнозировать развитие циклонов, тайфунов и других грандиозных пертурбаций земной атмосферы, еще так недавно считавшимися стихийными, не подвластными людям. Без преувеличения можно сказать, что наконец-то метеорология поставлена на прочную экспериментальную основу.

Весьма многообещающим является применение космической техники для детального прогнозирования урожая на огромных площадях, определения зараженности вредителями труднодоступных участков тайги, рыболовства и других не менее конкретных и актуальных проблем народного хозяйства. Итак, ближний космос уже сейчас поставлен на службу человеческой практики.

Но экспансия человечества в космосе этим не ограничивается. После того как первая советская беспилотная автоматическая станция совершила мягкую посадку на поверхности Луны и передала незабываемое изображение кусочка лунной поверхности, усеянного камнями (рис. 80, не сканировался), наш вечный спутник стал объектом настоящей атаки со стороны исследователей. Важным шагом этой волнующей эпопеи была высадка американских астронавтов Армстронга и Олдрина на поверхности Луны в районе моря Спокойствия 20 июля 1969 г., а затем и других экипажей «Аполлонов» (рис. 81 и 82, рис. 82 не сканировался). Известная фраза Армстронга «Это маленький шаг для одного человека, но гигантский шаг для всего человечества» хорошо выражает сущность неодолимого процесса экспансии разума в космическое пространство. Сама по себе высадка астронавтов на Луне, их многочасовая работа там по установке научной (в частности, сейсмической) аппаратуры, сбор образцов пород, старт с Луны, стыковка на окололунной орбите с орбитальным отсеком, который все время патрулировал, и наконец, благополучное возвращение на Землю и приводнение в заданном месте — это ли не чудо современной техники, это ли не демонстрация тех возможностей, которые заложены в человеке!

Вряд ли скоро сгладится в памяти людей эпопея «Аполлона-13», потерпевшего аварию и, благодаря великолепному мастерству астронавтов, благополучно вернувшегося на Землю буквально «на одном крыле». Этот эпизод наглядно показал, что освоение космоса — не туристская прогулка, а предприятие, полное опасности и риска. Ибо трудно исключить возможность того, что какая-нибудь деталь системы, одна из десятков тысяч, не сработает. Так же, как были жертвы (и немалые!) в эпоху Великих географических открытий, так же они будут и при освоении космоса — дело это необычно трудное и новое. Однако задача состоит в том, чтобы эти жертвы были сведены к минимуму.

В нашей стране освоение Луны шло по линии спуска на ее поверхность автоматических беспилотных станций. Великолепным достижением является длительная работа на поверхности нашего естественного спутника подвижного аппарата «Луноход-1» (рис. 83). Этот космический вездеход проработал на Луне 101/2 «лунных суток», перенес несколько томительно-длинных лунных ночей, с их непомерным холодом, когда температура падала до –150 °C. «Луноход» прошел по каменистой, сложного профиля поверхности Луны свыше 10 километров. Еще более далекое путешествие совершил по лунной поверхности аппарат «Луноход-2», прошедший за 5 лунных дней расстояние в 37 км. Советские автоматические капсулы осуществляли бурение лунного грунта и доставили на Землю образцы лунных пород.

Не за горами то время, когда на Луне будет сооружена постоянно действующая автоматическая обсерватория. Она может время от времени посещаться космонавтами-учеными, которые будут забирать накопившиеся научные материалы (например, фотопленки). Разумеется, часть информации автоматическая обсерватория будет посылать на Землю по телеметрическим каналам. Уже давно астрономы поняли, что Луна является превосходной платформой для астрономических наблюдений. Недаром знаменитый американский астроном Саймон Ньюкомб еще в прошлом веке шутливо заметил, что после смерти души настоящих астрономов должны попадать на Луну, где условия для наблюдений должны быть идеальны…

Правда, в настоящее время далеко не ясно, какой тип космической обсерватории лучше — установленный на Луне или на большом искусственном спутнике с весьма вытянутой орбитой, большая полуось которой близка к радиусу лунной орбиты. Несомненно, есть такие астрономические наблюдения, для которых последний вариант является предпочтительным. Например, радиоинтерферометрия со сверхдлинными «космическими» базами. Известно, что применение таких интерферометров, антенны которых разделены на межконтинентальные расстояния порядка многих тысяч километров, позволило достигнуть в радиоастрономии разрешающей способности (определяемой формулой φ ≈ λ / d, где λ — длина волны, d — расстояние между антеннами) около 10-3 секунды дуги, что в сотни раз лучше, чем в оптической астрономии. Именно этим методом удалось получить основную информацию о «космических мазерах» на волнах 18 и 1,35 см, о чем речь шла в гл. 4. Однако дальнейшему повышению разрешающей способности таких радиоинтерферометров мешают… ограниченные размеры земного шара!

 

И тогда естественно возникает проект: надо удалить две антенны такого интерферометра на космическое расстояние. Одна большая антенна будет находиться на Земле, в то время как другая более скромных размеров должна быть установлена на борту искусственного спутника с вытянутой орбитой. Таким образом, расстояние между антеннами (или, как принято говорить в радиоастрономии, «база») будет не только большим, но и переменным. Последнее обстоятельство особенно важно, так как оно в принципе позволяет определить угловые размеры и даже форму источника. Мы довольно подробно остановились на этой актуальной проблеме современной радиоастрономии еще и потому, что в будущем она может иметь серьезное значение для нашей основной проблемы — обнаружения удаленных цивилизаций и установления контакта с ними. В 1979 г. на пилотируемом космическом корабле «Салют» был установлен и впервые испытан космический радиотелескоп с диаметром зеркала 10 м. Схема компоновки орбитальной станции «Салют-6» с установленным на ней космическим радиотелескопом КРТ-10 приведена на рис. 84.

 

Вернемся теперь к Луне как вероятной платформе для большой современной автоматической обсерватории. Если для радиоинтерференционных наблюдений наш естественный спутник не совсем удобен (так как база такого интерферометра меняется лишь в незначительных пределах), то для такой очень важной области современной науки, как рентгеновская астрономия, Луна, по-видимому, является весьма удобной платформой.

Помимо чисто астрономических наблюдений на такой обсерватории могут проводиться и специфические «селено-физические» наблюдения, например, сейсмические, метеорные, корпускулярные и многие другие. Таким образом, есть круг научных проблем, который должен решаться на стационарной лунной обсерватории, в то время как другие проблемы целесообразно решать на специализированных спутниках.

Необходимо подчеркнуть, что речь идет о совершенно реальных, ближайших задачах науки, которые будут решаться в восьмидесятых годах нашего столетия.

Однако начавшееся исследование околоземного космического пространства и Луны — это лишь первый шаг в освоении человечеством Солнечной системы. И уже сейчас мы являемся свидетелями следующего этапа. Речь идет о впечатляющих полетах советских и американских автоматических космических станций на Венеру, Марс и в самое последнее время к Юпитеру, Сатурну и Урану. В гл. 16 и 17 мы уже использовали основные научные результаты, полученные во время этих выдающихся полетов. Стоит еще раз остановиться на двух выдающихся достижениях космонавтики. Речь идет о мягкой посадке космических аппаратов на поверхности Венеры и Марса. Эти великолепные достижения имеют принципиальное значение: ведь впервые со времени образования Солнечной системы предметы с одной планеты переместились на другие! Но здесь речь идет не просто о предметах — эти совершенные создания человеческого разума волею людей как бы изменили генеральный план Солнечной системы. Пока — ничтожно мало, но, как говорится, «лиха беда начало»… Для посадки на Венеру советским посадочным аппаратам пришлось преодолеть серьезные трудности, связанные с огромным давлением на поверхности этой планеты, а также с весьма высокой температурой. Была получена бесценная информация о температуре, давлении, химическом составе, атмосферы, сведения об облаках и химическом составе поверхности, получены ее фотографии. Посадочный аппарат на Венере не может долго работать. На Марсе же такой аппарат сохраняет свою активность в течение длительного времени. Американские посадочные аппараты «Викинг-1» и «Викинг-2» несколько лет передавали с Марса изображения мест посадки и метеорологические данные.

Заметим, что до космической эры астрономы понятия не имели о том, как выглядит поверхность Марса. Даже лучшие фотографии планеты не могли разрешить детали поверхности, размеры которых меньше нескольких сотен километров. Только полет «Маринера-4» выявил наличие на поверхности Марса кратеров (см. рис. 63, не сканировался).

 

 

Еще в 1962 г. мы предложили исследовать спутники Марса путем их фотографирования с борта автоматической станции, вышедшей на орбиту вокруг Марса. Следует подчеркнуть, что такое фотографирование есть задача далеко не простая. Требуется высокая точность наведения автоматической станции на цель и безупречная работа всех систем. В частности, должна быть обеспечена автоматическая наводка фотографической камеры на спутники.

Эта задача была решена американской автоматической станцией «Маринер-9» в самом конце 1971 г. Фотография, приведенная на рис. 85 дает изображение Фобоса, полученное с расстояния 5540 км. Этот спутник представляет собой огромную каменистую глыбу, наибольший размер которой достигает 21 км. В общем, он имеет овалоидную форму, но поверхность его сильно разрушена. Вверху слева край Фобоса имеет явно «поврежденный» вид: значительный его кусок, по-видимому, откололся в далеком прошлом, когда произошло какое-то сильное столкновение с другим космическим телом.

Вообще поверхность Фобоса вся изрыта кратерами — следами столкновений с какими-то космическими телами, скорее всего — астероидами.

На другом снимке, снятом при изменившихся условиях освещенности Фобоса Солнцем, вверху виден огромный кратер с диаметром около 7 км, что составляет примерно одну треть размеров спутника. Этот кратер, скорее всего, образовался при столкновении Фобоса с небольшим астероидом. На обеих фотографиях обращает на себя внимание большая нерегулярность линии терминатора, отделяющей освещенную часть спутника от неосвещенной. Это говорит о большой «изрытости» поверхности. Полученная на «Маринере-9» фотография другого спутника Марса — Деймоса, приведена на рис. 86, (не сканировался). На этом снимке вблизи терминатора хорошо видны два довольно больших кратера поперечником около 1,5 км.

Деймос также имеет овалоидную форму с размерами 12 х 13,5 км. Размеры спутников Марса оказались приблизительно в 1,5 раза больше, чем это принималось раньше. Это объясняется тем, что отражательная способность их поверхностей значительно меньше, чем у Марса, и близка к отражательной способности Луны.

Несомненно, что спутники Марса очень стары, скорее всего, их возраст близок к возрасту Марса и вообще всей Солнечной системы. Это следует из структуры их поверхности, носящей следы интенсивных бомбардировок большим количеством метеоритов. Такая плотность метеоритного вещества могла быть только на ранних этапах эволюции Солнечной системы. Пока еще не ясно, как в процессе эволюции орбиты спутников Марса стали почти круговыми, лежащими почти точно в экваториальной плоскости Марса. Может быть, такие орбиты есть результат воздействия приливов?

 

В дополнение к двум естественным спутникам сейчас вокруг красной планеты обращаются несколько искусственных спутников. Они, конечно, маленькие и вряд ли окажутся долговечными — из-за возмущения Солнца они в конце концов врежутся в поверхность Марса. Но что будет через несколько десятилетий? Несомненно, количество и размеры земных искусственных спутников, обращающихся вокруг Марса, станут больше. Кто знает — не будут ли сооружены автоматические обсерватории на Фобосе или Деймосе? Сооружение таких обсерваторий имело бы, в частности, серьезное значение для систематической службы Солнца.

В главе 16 уже шла речь о замечательном полете американской автоматической межпланетной станции «Пионер-10». Весьма примечательно, что после выполнения программы наблюдения Юпитера «Пионер-10» покинет пределы Солнечной системы и навсегда уйдет в глубину межзвездного пространства. Это произойдет из-за возмущения его движения вокруг Солнца притяжением Юпитера. Ему выпадет редкая доля — блуждать в невообразимо огромных пространствах Галактики многие миллиарды лет. Вероятность его столкновений с каким-либо космическим телом заметной массы, например, с астероидом, невообразимо мала. Непрерывная бомбардировка его поверхности межзвездными атомами водорода через миллиарды лет приведет к образованию на его поверхности своеобразной «окалины». Но общий вид творения рук человеческих не изменится сколько-нибудь существенным образом. Полет «Пионера-10» — это первый прорыв человечества в Галактику.

Есть, конечно, ничтожная, невообразимо малая вероятность того, что когда-нибудь, через многие миллионы лет, неведомые нам высокоцивилизованные инопланетные существа обнаружат «Пионер-10» и встретят его как посланца чужого, неведомого им, мира… На этот случай внутри «Пионера-10» заложена стальная пластинка с выгравированными на ней рисунком и символами, которые дают минимальную информацию о нашей земной цивилизации (рис. 87). Что же там изображено? Прежде всего, вполне реалистическое изображение представителей человеческой расы. Вверху слева два кружочка символизируют протон и электрон, образующие атом водорода. Горизонтальная линия между ними символизирует знаменитую водородную линию 21 см, одновременно являющуюся масштабом длины и времени. Отсюда, сравнивая эту метку с размерами изображения человеческих существ, разумные «внеземляне» получат представление о росте людей. Легко убедиться, что рост мужчины около 180 см, женщины — 164 см…

 

Внизу дана схема нашей Солнечной системы, откуда была послана пластинка. Большой кружок слева символизирует Солнце. Справа от него в одну линию выстроились 9 планет. Они расположены в порядке растущих расстояний от Солнца. Последние выражены над и под символами соответствующих планет в двоичной системе, причем единицей длины является длина волны линии 21 см. От третьей по порядку удаленности от Солнца планеты (Земли) линия идет к шестой (Юпитеру) и кончается стрелкой, над которой схематически представлено изображение автоматической межзвездной станции «Пионер-10». В большем масштабе это схематическое изображение выгравировано за человеческими фигурами. Заметим, кстати, что конструктивно «Пионер-10» выполнен очень просто: он представляет собой параболическую антенну, сзади которой находится коробка. Особенно любопытна звездообразная фигура в левой части рисунка. Она должна помочь «инопланетчикам» найти то место в Галактике, откуда была запущена межпланетная станция, и время запуска. Каждый луч дает направление от Солнца на пульсар, причем длина луча пропорциональна расстоянию между Солнцем и пульсаром. Периоды соответствующих пульсаров выражены в двоичной системе на каждом отрезке. Они выражены в принятых «натуральных» единицах через частоту, соответствующую линии 21 см (1420 МГц). Самый длинный горизонтальный луч дает расстояние от Солнца до центра Галактики.

Надо ясно понимать, что двигаясь по отношению к ближайшим звездам со скоростью 10–20 км/с, «Пионер-10» достигнет ближайших звезд только через сотни тысяч лет. А за миллионы и десятки миллионов лет периоды пульсаров сильно изменятся — ведь они непрерывно увеличиваются, причем по-разному для разных пульсаров (см. гл. 5). Кроме того, за это время их положение по отношению к Солнцу также изменится. «Инопланетчикам» придется решать не простую задачу: в каком месте Галактики и когда реализовалась ситуация, схематически представленная в виде звезды в левой части рис. 87. Но ведь они, наверное, очень умные, знают все пульсары в Галактике наперечет (а их должно быть больше 100000) и знают, по какому закону меняется каждый период…

Страшновато, правда, подумать, что через многие миллиарды лет, когда, может быть, эта пластинка будет изучаться инопланетными разумными существами, земной цивилизации уже, вероятно, не будет. Ну, что же — космическая археология — тоже наука…

Если же говорить серьезно, то для инопланетной цивилизации (если она, конечно, есть) несравненно более вероятно высадиться на Землю, чем найти ее ничтожно малый «осколок» — «Пионер-10».

 

20. Радиосвязь между цивилизациями, находящимися на различных планетных системах

 

В первой части книги были приведены достаточно серьезные аргументы в пользу утверждения, что в Галактике может быть по крайней мере несколько сот миллионов планетных систем. Если считать, что при выполнении самых общих условий, обсуждавшихся в гл. 11, на планетах возникает жизнь, число обитаемых миров в Галактике должно быть такого же порядка. На некоторых планетах развитие жизни могло зайти так далеко, что появились разумные существа, которые создали цивилизации, вооруженные всеми достижениями науки и техники.

Мы, однако, должны повторить замечание, которое уже сделали в гл. 14. Ниоткуда не следует, что в итоге миллиардов лет развития жизни на какой-нибудь планете там с необходимостью должны появиться разумные, овладевшие наукой и техникой, существа. Стать на противоположную точку зрения — значит в действительности считать, что конечной целью образования звезд и планет является возникновение мыслящих существ. Такая точка зрения нам представляется идеалистической. Разумная жизнь на какой-нибудь планете может возникнуть на определенном этапе ее развития, но может и не возникнуть. Не следует забывать, что миллиарды лет Земля существовала без разумных существ и только ничтожный срок, порядка миллиона лет, ее населяют люди. Повторяем, ниоткуда не следует, что появление разумных существ на нашей планете есть закономерный результат и итог развития жизни на ней. С другой стороны, возникновение разумной жизни где-нибудь во Вселенной, на некотором, пусть небольшом, количестве планет, обращающихся вокруг своих солнц, по-видимому, есть процесс закономерный.

Трудность проблемы состоит в том, что мы сейчас совершенно ничего не можем сказать, какова вероятность того, что на какой-нибудь планете, где уже возникла жизнь, она когда-нибудь станет разумной. Эта вероятность в самом «оптимистическом» случае может быть близка к единице, но она может быть и очень малой — например, одной миллионной и даже одной миллиардной. Эта проблема была предметом весьма оживленной дискуссии на Бюраканском симпозиуме. Участники дискуссии блистали остроумием, тонкостью и глубиной анализа. К сожалению, это не приблизило нас к пониманию удивительнейшего феномена: каким образом возникшая на планете жизнь становится разумной? В самом «пессимистическом» варианте Земля есть единственная колыбель разумной жизни в Галактике, причем эта разумная жизнь возникла «только что» (разумеется, в космических масштабах времени).

Более естественно, однако, предположить (это предположение, конечно, не доказано), что в Галактике имеется некоторое, хотя бы даже и небольшое, количество цивилизаций, существенно продвинувшихся вперед по пути технического и научного прогресса. В таком случае возникает интересный вопрос: можно ли и каким образом установить между ними связь? Не приходится доказывать огромное значение этого вопроса. Трудно даже представить, какой импульс получило бы человеческое общество в своем развитии, если бы удалось установить связь с какой-нибудь инопланетной цивилизацией, существенно обогнавшей нас по пути научного и технического прогресса.

Вопрос о возможностях связи с другими мирами впервые анализировался Коккони и Моррисоном в 1959 г. Они пришли к выводу, что наиболее естественный и практически осуществимый канал связи между двумя какими-нибудь цивилизациями, разделенными межзвездными расстояниями, может быть установлен с помощью электромагнитных волн. Очевидное преимущество такого типа связи — распространение сигнала с максимально возможной в природе скоростью, равной скорости распространения электромагнитных волн, и концентрация энергии в пределах сравнительно небольших телесных углов без сколько-нибудь значительного рассеяния.

Требование, чтобы электромагнитные волны не испытывали заметного поглощения при распространении как в межзвездной среде, так и в атмосферах планет, сразу же ограничивает возможный диапазон длин волн. Прежде всего, длина волны, на которой осуществляется межзвездная связь, не должна быть слишком большой. В противном случае излучение будет поглощаться межзвездной средой. Коккони и Моррисон считали, что предельная длина волны должна быть около 300 м, что соответствует частоте 1 МГц. Однако такое длинноволновое излучение не будет проходить через атмосферы планет. Оно поглотится в верхних слоях их атмосфер, где газ должен быть частично ионизован. Не приходится сомневаться, что все планеты должны иметь ионосферы. Через такие ионосферы беспрепятственно будет проходить только излучение, длина волны которого меньше 10–15 м. Ограничение со стороны коротких волн обусловлено поглощением, которое вызывается различными молекулами, входящими в состав планетных атмосфер. Уже начиная с длины волны 3 см электромагнитные волны могут поглощаться молекулами водяных паров. Таким образом, согласно Коккони и Моррисону межзвездная связь может в принципе осуществляться только на волнах короче 300 м и длиннее 3 см.

Учет поглощения в планетных атмосферах снижает верхнюю границу этого интервала длин волн до 10–15 м. Необходимо, однако, отметить, что если приемная и передающая аппаратура для межзвездной связи будет вынесена за пределы планетных атмосфер (например, помещена на искусственных спутниках), то диапазон частот, на которых возможно осуществление межзвездной связи, будет значительно расширен.

Следует отметить, что условия распространения электромагнитных волн в межзвездной среде и в планетных атмосферах не являются единственным обстоятельством, определяющим возможные значения длин волн, на которых может осуществляться межзвездная связь. Не меньшее значение имеет уровень помех. Ведь из-за огромных расстояний, разделяющих инопланетные цивилизации, мощности принимаемых сигналов должны быть очень малы. Но сама Вселенная по причинам естественного порядка излучает в той или иной степени на всех диапазонах волн. Если говорить о радиодиапазоне (который, собственно говоря, только и рассматривался Коккони и Моррисоном), то радиоизлучение Галактики и Метагалактики является серьезной помехой для обнаружения слабых сигналов искусственного происхождения. Космическое радиоизлучение имеет непрерывный спектр, причем интенсивность его, рассчитанная на единичный интервал частот, растет с уменьшением частоты.

К числу помех для межзвездной радиосвязи следует отнести также тепловое радиоизлучение планетных атмосфер. Оно особенно существенно на волнах сантиметрового, миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. Наконец, на высоких частотах основными помехами являются квантовые шумы, неизбежные даже для идеальных приемников излучения. Эти шумы есть следствие дискретной «фотонной» природы потоков излучения; их «температурным эквивалентом» является величина hv/k, где h — постоянная Планка, k — постоянная Больцмана, v — частота. На рис. 88 приведена зависимость «температуры шумов» от частоты (пунктирная кривая). Сплошная кривая — шумы, обусловленные излучением молекул атмосферы. Из этого рисунка видно, что минимальный уровень помех (с учетом излучения атмосферы) имеет место для интервала частот 103–104 МГц, что соответствует интервалу длин волн 30—3 см.

Теперь представим себе, что на какой-нибудь планете, обращающейся вокруг некоторой звезды, имеется высокоразвитая цивилизация, которая желает известить о своем существовании. Для этого она посылает в некотором направлении (например, в направлении на звезду, около которой можно ожидать наличие разумной жизни) радиосигнал. Сразу же эта цивилизация столкнется с такой трудностью: звезда, вокруг которой обращается планета — обитель разумной жизни. Является довольно мощным источником радиоизлучения, спектр которого непрерывен. Чтобы искусственный сигнал не «потонул» в радиоизлучении этой звезды, необходимо, чтобы его мощность была по крайней мере сравнима с мощностью радиоизлучения звезды в соответствующем диапазоне.

 

 

Будем считать, что звезда излучает в радиодиапазоне, подобно нашему Солнцу, когда на нем нет пятен (так называемое «радиоизлучение спокойного Солнца»). Для определенности будем рассматривать волну 10 см. Известно, что на этой волне спокойное Солнце излучает как нагретое тело с температурой поверхности около 50 тыс. К. Мощность радиоизлучения Солнца W Θ, рассчитанную на единичный интервал частот, можно определить, если воспользоваться формулой Рэлея — Джинса

 

W Θ = (2π kT b / λ2) 4π R Θ2, где

 

λ = 10 см — длина волны; k = 1,38 10–16 эрг/град — постоянная Больцмана; R Θ = 7 • 1010 см — радиус Солнца; T b = 50 тыс. К — яркостная температура спокойного Солнца на волне 10 см. Выполнив вычисления, получим

 

W Θ = 2,6 1010 эрг/(с • Гц) = 2,6 • 103 Вт/Гц.

 

Следует иметь в виду, что Солнце излучает на всех частотах, поэтому полная мощность радиоизлучения спокойного Солнца очень велика, порядка десятков миллиардов киловатт. Но искусственный сигнал может иметь очень узкую спектральную полосу, например несколько тысяч или даже несколько сотен герц. Кроме того, Солнце излучает одинаково по всем направлениям, в то время как, пользуясь достаточно большой антенной, можно почти всю мощность искусственного сигнала сосредоточить в пределах узкого конуса, угол раствора которого близок к λ / D (λ — длина волны, D — диаметр зеркала антенны). Этот конус определяет «главный лепесток» антенны (рис. 89). Если, например, пользоваться антенной диаметром 300 м (такие антенны у радиоастрономов имеются), то на волне 10 см обусловленный направленным действием антенны «выигрыш» будет равен:

 

G = 4π A / λ2,

 

где A — эффективная площадь антенны, близкая к ее геометрической площади. В нашем случае G ≈ 108. Это означает, что в направлении, перпендикулярном к поверхности зеркала, антенна излучает в 100 млн. раз больше, чем Солнце, при условии, что полная мощность, излучаемая ею по всем направлениям, такая же, как у Солнца.

Следовательно, даже если мощность передатчика будет всего лишь около 10-5 Вт/Гц, сигнал от него в направлении главного лепестка будет примерно такой же, как от Солнца.

Таким образом, собственное радиоизлучение звезд, около которых находятся высокоразвитые цивилизации, практически не может быть помехой для межзвездной радиосвязи. Гораздо более существенной помехой является фон космического радиоизлучения, из которого должен быть выделен сигнал искусственного происхождения. Величина последнего в радиоастрономии определяется так называемой антенной температурой TA:

 

TA = 1/ k W / R 2 • π2/16 • d 12 d 22 / λ2,

 

где d 1 — диаметр приемной антенны, d 2 — диаметр передающей антенны, R — расстояние до передатчика, W — мощность передатчика, рассчитанная на 1 Гц. С другой стороны, разумно наложить условие, чтобы антенная температура, создаваемая искусственным источником радиоизлучения, была не меньше яркостной температуры неба на соответствующей частоте Tb. Теперь мы можем сформулировать «условие обнаружимости» сигнала:

 

TA ≥ Tb.

 

Следует, однако, отметить, что в ряде случаев «полезный сигнал» может быть обнаружен и тогда, когда TA < Tb, например TA = 0,1 Tb. Однако мы сейчас будем пользоваться критерием TA &#8805; Tb.

Полагая d 1 = d 2 = 100 м, W = 100 Вт/Гц, &#955; = 10 см, из условия TA = Tb найдем, что R &#8776; 1019 см, т. е. около 10 световых лет; это соответствует расстоянию до ближайших звезд. Тем самым доказано, что уровень современной земной радиотехники вполне позволяет осуществить радиосвязь на межзвездных расстояниях.

Этот удивительный результат стоит как-то осмыслить. На памяти старшего поколения наших современников произошло установление трансатлантической радиосвязи. В 1945 г. впервые посланный на Луну сигнал, отразившись от нее, был принят на Земле. Через 14 лет, в 1959 г. была осуществлена радиолокация Венеры. Это значительно более трудная задача, чем радиолокация Луны, потому что, как известно, мощность радиолокационного передатчика должна быть пропорциональна четвертой степени расстояния до цели.

В 1961 г. советская космическая ракета стартовала в сторону Венеры, причем на некотором участке ее траектории с ней поддерживалась радиосвязь. В настоящее время можно уже говорить о вполне уверенной и надежной радиосвязи с космическими ракетами на расстоянии свыше миллиарда километров (вспомним «Пионер-10»). При этом следует иметь в виду, что бортовая радиоаппаратура, установленная на космических ракетах, по ряду причин должна быть малогабаритной и маломощной. Между тем при осуществлении связи на межзвездных расстояниях будут использоваться самые большие из существующих стационарных радиотелескопов. На рис. 90, а также 91 и 92 (не сканировались) приведены фотографии некоторых таких антенн.

 

Пока рекордной является гигантская антенна (диаметр зеркала 300 м), построенная в Пуэрто-Рико (рис. 93). Наряду с ростом размеров антенн в последние годы резко увеличилась чувствительность приемной аппаратуры на сантиметровом и дециметровом диапазонах. Это достигнуто благодаря широкому применению квантовых усилителей — «мазеров». Такая аппаратура в сочетании с огромными, достаточно точно изготовленными антеннами позволяет обнаружить сигнал от «точечного» источника (каков, в частности, искусственный сигнал космического происхождения) даже если TA значительно меньше Tb.

Рассмотрим этот вопрос более подробно. Если антенна в сочетании с приемником принимает сигнал от источника строго постоянной интенсивности, то, как оказывается, показания измерительного прибора, стоящего на выходе приемника (например, осциллографа), не будут постоянны. По ряду причин одно независимое показание прибора будет более или менее значительно отличаться от другого. Эти флуктуации показаний прибора можно уменьшить, но полностью устранить их нельзя, так как они являются неизбежным следствием основных принципов работы приемника.

 

На рис. 94 приведена типичная запись регистрирующего прибора, показывающая такие флуктуации. Существует формула, дающая «среднее квадратичное» значение таких флуктуации в зависимости от некоторых характеристик приемника. Эта формула имеет вид:

 

&#916; T / T = 1 / sqr (&#964; &#916; f), или

&#916; T / T = 1 / &#8730; (&#964; &#916; f)

 

где T — измеряемая «температура шумов» (пропорциональная «поглощенной» антенной мощности космического радиоизлучения плюс мощности шумов, возникающих в приемной аппаратуре),

&#916; T — флуктуации измеряемой «шумовой» температуры, о которых речь шла выше,

&#964; — время, в течение которого регистрирующий прибор на выходе приемника (осциллограф) «накапливает» поступающую в него после детектирования мощность,

&#916; f — ширина полосы частот, усиливаемых приемником («ширина полосы пропускания приемника»),

sqr — математический оператор — «корень квадратный».

Условие обнаружения какого-нибудь слабого сигнала состоит в том, что антенная температура, обусловленная этим сигналом, должна быть не меньше, чем флуктуации &#916; T. Запишем это условие:

 

TA &#8805; &#916; T = T / sqr (&#964; &#916; f), или

TA &#8805; &#916; T = T / &#8730; (&#964; &#916; f)

 

Для волн сантиметрового диапазона яркостная температура неба около 10 К. Между тем температура собственных шумов современных приемников на этом диапазоне может быть 50—100 °C (если пользоваться квантовыми усилителями). Поэтому уровень, вокруг которого происходят флуктуации, определяется только шумами аппаратуры и «шумовую» температуру в написанных выше формулах можно положить равной T = 50 °C. Теперь перепишем наше неравенство:

 

1/ k W / R 2 • &#960;2/16 • d 12 d 22 / &#955;2 &#8805; T • (&#964; &#916; f)-1/2

 

откуда

 

R &#8804; W 1/2 / k 1/2 &#960; /4 • d 1 d 2 /&#955; • (&#964; &#916; f)1/4/ T 1/2.

 

Последняя формула позволяет определить дальность межзвездной радиосвязи в зависимости от мощности передатчика, размеров передающих антенн и характеристик приемника. Пусть d 1= d 1= 100 м, &#964; = 100 с, &#8710; f = 104 Гц. Какой должна был мощность передатчика, чтобы осуществить связь на расстоянии 10 пк или 32 световых года? Из нашей формулы после несложных вычислений следует, что необходимая мощность передатчика должна быть равна 10 кВт — величина с точки зрения современной радиотехники очень скромная. По астрономическим понятиям эта мощность совершенно ничтожна. Например, мощность радиоизлучения спокойного Солнца на дециметровом диапазоне порядка 109 кВт. Между тем нет никакой надежды обнаружить его излучение с расстояния ближайшей звезды. Это объясняется тем, что Солнце излучает одинаково сильно по всем направлениям (изотропно) и в широкой спектральной области, тогда как пучок радиоволн искусственного происхождения достаточно узок и монохроматичен.