50 лет CETI/SETI
Истрия создания и развитие проекта CETI/SETI часть 1
Проблема внеземных цивилизаций (ВЦ) – это проблема изучения жизни и разума во Вселенной. Часть этой широкой проблемы составляет поиск внеземных цивилизаций, внеземного разума, по-английски, Search for Extra-Terrestrial Intelligence, или сокращенно SETI. Практически в настоящее время для поиска используется лишь один канал связи – с помощью электромагнитных волн. Он включает в себя поиск радиосигналов, а также сигналов в инфракрасном, оптическом и рентгеновском диапазонах.
Начало SETI. Проект OZMA
В 1959 г. ученые-физики, работавшие в то время в Корнелльском университете (США), Джузеппе Коккони и Филип Моррисон
(Джузеппе Коккони (1914–2008), физик итальянского происхождения, работал в США, затем был директором Центра ядерных исследований в Женеве.
Филип Моррисон (1915–2005), американский физик, участвовал в Манхэттенском проекте создания ядерной бомбы, после атомной бомбардировки Хиросимы стал активным борцом за ядерное разоружение.)
Проанализировали возможности радиосвязи с обитателями планетных систем ближайших звезд и показали, что если они посылают в сторону Солнечной системы радиосигналы, используя близкую к нашей технику связи, то мы при наших средствах способны обнаружить их сигналы [1]. Это стимулировало начало работ по поиску сигналов ВЦ. Оставался еще один важный вопрос – на какой частоте в радиодиапазоне искать предполагаемый сигнал ВЦ? Коккони и Моррисон высказали предположение, что такой частотой должна быть частота спектральной радиолинии водорода 1420 МГц (длина волны 21 см). По их мнению, радиолиния водорода – это созданный самой природой уникальный эталон частоты. Поэтому все цивилизации, не сговариваясь, выберут её для установления связи. Кроме того, водород – это самый распространённый элемент во Вселенной. Исследования на волне 21 см дают очень ценные сведения о строении Галактики, о распределении межзвёздного газа в ней. Отсюда следует, что любая цивилизация, занимающаяся изучением Космоса, даже если она не помышляет о межзвёздной связи, рано или поздно, обнаружив радиолинию водорода, несомненно, начнет вести наблюдения на частоте этой линии. Значит, если в этом диапазоне передавать сигналы межзвёздной связи, они могут быть обнаружены в процессе обычных радиоастрономических наблюдений.
В то время как Коккони и Моррисон пытались привлечь внимание английских коллег к этой проблеме и убедить их начать поиск сигналов, в США, в Национальной радиоастрономической обсерватории (НРАО), уже велась подготовка к приёму радиосигналов от внеземных цивилизаций на волне 21 см. Проект получил название OZMA по имени принцессы из книги американского писателя Лаймана Фрэнка Баума «Удивительный Волшебник из Страны Оз» (в нашей стране более известно переложение книги А. Волковым под названием «Волшебник Изумрудного города»). В НРАО и были проведены первые эксперименты по поиску сигналов ВЦ. К весне 1960 г. группа под руководством молодого радиоастронома Фрэнка Дрейка закончила изготовление приёмника на волну 21 см. Приёмник был установлен на радиотелескопе диаметром 26 м (по тому времени довольно крупном). Для поиска сигналов были выбраны две звезды солнечного типа: τ Кита и ε Эридана, расположенные на расстоянии около 11 световых лет от Солнца. Первые наблюдения были проведены в апреле 1960 г.
Во время выполнения проекта OZMA произошел один драматический эпизод, о котором стоит упомянуть. В один из дней, когда звезда τ Кита появилась над горизонтом, самописцы зарегистрировали мощный периодический сигнал, он отчетливо был слышен и через громкоговоритель. Наблюдатели были настолько ошеломлены, что не догадались отвести антенну от звезды. Вскоре сигнал прекратился. Но когда на следующий день он появился вновь, все уже были готовы: антенну отвели от звезды, а сигнал продолжал звучать. Значит, он никак не был связан со звездой – это земная помеха. Впоследствии был установлен источник сигнала – новый армейский радиолокатор. Эксперимент по проекту OZMA продолжался около трёх месяцев. Если бы в течение этого времени с одной из звёзд, в тот момент, когда на неё был направлен радиотелескоп, был послан сигнал в сторону Солнечной системы на частоте 1420,4 МГц с полосой не более 100 Гц и эффективной мощностью 1013 Вт (что соответствует передатчику мощностью 1 МВт, работающему на антенну диаметром 200 м), то такой сигнал был бы обнаружен. Но этого не произошло. Радиотелескоп был нужен для выполнения других программ, и эксперимент по проекту OZMA пришлось приостановить.
В начале 1961 г. Фрэнк Дрейк опубликовал ставшее потом знаменитым «уравнение Дрейка». Это формула для оценки вероятного числа цивилизаций в Галактике, с которыми можно было бы установить контакт. Формула выглядит так:
N = R* fp ne fl fi fc L
Здесь N — количество цивилизаций в нашей Галактике, чьи электромагнитные сигналы можно обнаружить; R* — количество рождающихся в Галактике за 1 год звёзд, возле которых может возникнуть разумная жизнь; fp — доля звёзд с планетными системами; ne — число планет в планетной системе, на которых могут наличествовать подходящие для зарождения жизни условия. fl — доля планет, подходящих для жизни, на которых она действительно возникла; fi — доля обитаемых планет, на которых зарождается разумная жизнь; fc — доля цивилизаций, обладающих технологиями, позволяющими отправить в космос сигналы, различимые другими цивилизациями; L — временной промежуток, в котором цивилизация отправляет такой сигнал в космос. Формула Дрейка включает в себя величину R* – скорость звездообразования, число возникших за 1 год в Галактике звёзд, около которых могут существовать пригодные для жизни планеты. Эта величина может быть определена астрофизическими методами. По современным оценкам, R* порядка 1 звезды в год. Далее следует произведение чисел, которые характеризуют вероятности различных событий, связанных с возникновением и развитием жизни на планетах вплоть до стадии технологически развитой цивилизации – развитой настолько, что она способна установить контакт с другими цивилизациями. Наконец, величина L – время, которое цивилизация находится в этой развитой технологической стадии. В то время, когда Дрейк составил свое уравнение, все эти величины были совершенно неопределёнными. Большинство их остаётся таковыми по сей день. Причина этого в том, что нам пока известна лишь одна цивилизация в Галактике – наша собственная. Таким образом, нижний предел числа N – единица. Достаточно спекулятивные оценки разных авторов давали число N от нескольких единиц до нескольких миллионов. Впрочем, о достоверности таких данных было трудно судить. Даже не было ничего известно о существовании планет у других звёзд. Однако в последние годы сделаны замечательные открытия: обнаружены планетные системы почти у трех сотен звёзд. Среди них пока не найдено планет, полностью похожих на нашу Землю, но можно не сомневаться, что в ближайшее время такие планеты будут найдены. Это позволит снять неопределённость хотя в некоторых параметрах формулы Дрейка (fp, ne, fl). О других вероятностях в формуле Дрейка пока судить трудно. Это проблема не столько астрономии, сколько биологии, социологии, вообще науки о цивилизации в целом. Далее мы ещё вернёмся к формуле Дрейка и расскажем о некоторых новых оценках, сделанных на её основе.
(26-метровый радиотелескоп НРАО США Фрэнк Дрейк (р. 1930), руководитель проекта OZMA)
Любопытно отметить интерес, проявленный к проблеме ВЦ именно физиками-ядерщиками. За несколько лет до статьи Коккони и Моррисона [1] и первого SETI-эксперимента OZMA
(Энрико Ферми (1901–1954))
на эту проблему обратил внимание знаменитый Энрико Ферми. В частной беседе он как бы мимоходом сформулировал идею, получившую впоследствии название «парадокса Ферми»: если цивилизаций во Вселенной много, то где они все? Действительно, ответ на поставленный вопрос не так прост, как кажется. Существует множество причин, почему, несмотря на все усилия, так и не удалось обнаружить признаков разумной жизни на других планетах. Пессимистическая точка зрения состоит в том, что жизнь вообще, в том числе разумная – крайне редкое явление, вплоть до того, что наша цивилизация – единственная в нашей Галактике и чуть ли не во всей Вселенной. Более мягкий вариант: других цивилизаций всё же много, но не все достигают достаточно развитой технологии, чтобы установить контакт с «братьями по разуму»; время жизни цивилизации в технологической стадии коротко; контакты с другими цивилизациями им вообще неинтересны или кажутся опасными, и т. д. Так или иначе, парадокс Ферми до сих пор остаётся нерешённым.
Свой вклад в тему SETI внёс и американский физик-теоретик Фримен Дайсон. Он предположил,
что развитая цивилизация, которая потребляет большое количество энергии, может построить вокруг своей звезды огромную сферу («сферу Дайсона») радиусом порядка астрономической единицы (150 млн км), использовав для этого материал всех планет своей системы. Такая сфера будет перехватывать всё излучение звезды, которое можно использовать для нужд цивилизации. Для внешнего наблюдателя сфера будет экранировать видимое излучение звезды. Однако сферу можно наблюдать как источник инфракрасного излучения, температура которого соответствует примерно 300 Кельвинам.
Начало SETI в нашей стране
В начале 1960-х годов проблемой поиска внеземных цивилизаций заинтересовались советские учёные. Первым, кто обратил на нее внимание, был выдающийся астрофизик Иосиф Самуилович Шкловский. В 1960 г. он опубликовал в журнале «Природа» статью «Возможна ли связь с разумными существами других планет?» [2], а в 1962 г. вышла его книга «Вселенная, жизнь, разум» [3]. Она сыграла очень большую роль в развитии исследований по поиску внеземного разума, как у нас в стране, так и за рубежом. В расширенном варианте эта книга в соавторстве с известным американским астрономом Карлом Саганом вышла на английском языке под названием «Разумная жизнь во Вселенной» [4]. Последнее, 7-е издание книги «Вселенная, жизнь, разум» было опубликовано в 2006 г., 21 год спустя после смерти И.С. Шкловского, но книга и сейчас сохраняет своё значение. Шкловский всегда живо обсуждал научные проблемы со своими учениками и коллегами. Он умел увлекать идеями и заражать энтузиазмом. Ближайший ученик Шкловского Николай Семёнович Кардашёв увлёкся проблемой связи с внеземными цивилизациями и выдвинул очень важные идеи в этой области. Впоследствии он стал академиком и одним из признанных мировых лидеров в проблеме ВЦ. Свои идеи Кардашёв изложил в статье «Передача информации внеземными цивилизациями» [5]. Кардашёв считал, что при поиске внеземных цивилизаций надо ориентироваться не на цивилизации нашего уровня, а на высокоразвитые цивилизации, технический уровень которых намного превосходит уровень нашей земной цивилизации. Кардашёв разделил все цивилизации на три типа. К первому он отнёс цивилизации с уровнем энергопотребления порядка 1013 Вт, что близко к уровню нашей цивилизации; ко II типу он отнес цивилизации с уровнем энергопотребления порядка 1026 Вт, то есть порядка мощности, излучаемой звёздами типа Солнца (вспомним «сферу Дайсона»); и, наконец, к III типу он отнёс цивилизации с уровнем энергопотребления 1037 Вт, равным суммарному излучению всех звёзд Галактики. Расчёты показали, что цивилизации II и III типов, обладая такой гигантской мощностью, могут вести всенаправленную передачу сигналов (то есть сразу по всем направлениям в пространстве) в очень широкой полосе частот (что значительно облегчает их поиск), и при этом сигналы могут быть обнаружены с помощью нашей современной техники на очень больших расстояниях – для цивилизаций II типа всюду в пределах Галактики, или даже в соседних галактиках, а для цивилизаций III типа – всюду в пределах наблюдаемой области Вселенной. Конечно, надо было определить оптимальный диапазон связи и решить множество других вопросов, но, в целом, перспективы казались хорошими. В мае 1964 г. в Бюраканской астрофизической обсерватории в Армении собрались астрономы, радиофизики, специалисты по космической связи и учёные других специальностей. Это было первое Всесоюзное совещание по проблеме поиска внеземных цивилизаций. Совещание пришло к выводу, что проблема контакта с внеземными цивилизациями является важной и актуальной научной проблемой, необходимо начинать работу в этом направлении [6]. Непосредственным продолжением широкого общения ученых разных стран, прежде всего СССР и США можно считать многочисленные международные симпозиумы и конференции по проблеме внеземной жизни и внеземного разума, состоявшиеся с тех пор. В первую очередь это три советско-американских встречи, проведенные в 1971 г. в Бюракане [6], в 1981 г. в Таллине [7] и в 1991 г. в Санта Крус в Калифорнии [8], а также ряд мероприятий Международного астрономического союза (МАС). В 1982 г. была организована Комиссия МАС № 51 «Биоастрономия» для координации работ в области поиска жизни и разума во Вселенной. Недавнее совещание комиссии проходило в июле 2007 г. в Пуэрто Рико. С 2002 года издаётся «Международный журнал астробиологии» (International Journal of Astrobiology http://journals.cambridge.org/action/displayJournal?jid=IJA ). В нём публикуются статьи, посвящённые вопросам поиска жизни во Вселенной, в том числе проблеме SETI.
(Основоположник исследований в области SETI в нашей стране член-корреспондент АН СССР И.С.Шкловский (1916–1985)) (Карл Саган (1934–1996)) (Академик РАН Н.С.Кардашев)
Первый эксперимент по поиску сигналов ВЦ в Советском Союзе
(Член-корресподнент РАН В.С.Троицкий (1913–1996).)
Сразу после Бюраканского всесоюзного совещания 1964 года две группы радиоастрономов – московская и нижегородская – приступили к разработке проектов поиска радиосигналов ВЦ. Первый эксперимент [9] был осуществлен в Нижнем Новгороде (тогда г. Горький) под руководством выдающегося советского радиофизика и радиоастронома Всеволода Сергеевича Троицкого (1913–1996). Использовался сравнительно скромный радиотелескоп диаметром 15 м.
(Фримен Дайсон (р.1923) «Сфера Дайсона»)
Наблюдения велись в диапазоне 30 см. В.С. Троицкому удалось сплотить группу энтузиастов, которые под его руководством создали совершенный спектроанализатор, позволявший анализировать спектр в полосе 2 МГц с разрешающей способностью 13 Гц. Наблюдались 11 близких к Солнцу звезд, в том числе восемь звезд солнечного типа (τ Кита, ε Эридана, 47 Большой Медведицы, π1 Большой Медведицы, β Гончих Псов, β Волос Вероники, ψ5 Возничего, ι Персея), один жёлтый субгигант (η Волопаса), один жёлтый гигант (η Геркулеса) и один красный карлик (GJ380 в созвездии Большой Медведицы). Кроме перечисленных звезд, в эксперименте Троицкого наблюдалась и галактика М 31 (Туманность Андромеды), одна из ближайшая к нам галактик, насчитывающая сотни миллиардов звезд. Если бы на планете одной из них радиоастрономы направили свой передатчик на Солнце, мы, возможно, смогли бы зафиксировать их сигнал. Но этого не произошло. Время наблюдения каждой звезды и галактики М 31 в эксперименте Троицкого было слишком мало. Это была первая проба, планировалось в дальнейшем продолжить исследования, но осуществить эти планы не удалось.
В 1965 г. группа радиоастрономов ГАИШ под руководством Н.С. Кардашёва проводила наблюдения внегалактических радиоисточников на антенне дальней космической связи в Евпатории. Один из источников, CTA 102, показал переменность радиоизлучения с характерным временем порядка 100 суток. Тогда это было истолковано как проявление искусственности источника, что наделало много шума в прессе. Однако вскоре выяснилось, что CTA 102 – природный радиоисточник, удалённый квазар. Тем не менее, это был первый внегалактический радиоисточник, у которого была обнаружена переменность, что дало начало целому направлению исследований.
После пионерских работ Дрейка и Троицкого были проведены десятки экспериментов по поиску сигналов в радио- и оптическом диапазонах. Первоначально поиск осуществлялся только в СССР и США. Затем эксперименты были проведены в Канаде, Австралии, Франции, Германии, Нидерландах, Японии, Аргентине. Прошли многочисленные конференции по проблеме SETI. Постепенно она стала превращаться в признанное и авторитетное научное направление. Тогда же возник и сам термин SETI. Исторически первым был предложен термин CETI (Communication with Extraterrestrial Intelligence – то есть связь с внеземными цивилизациями), его предложил проф. Рудольф Пешек (Чехословакия) в 1965 г., и продержался он примерно до середины 1970-х годов, когда постепенно стал вытесняться термином SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence – поиск внеземных цивилизаций, внеземного разума). Основанием для такой замены послужило осознание того обстоятельства, что, прежде чем говорить об установлении связи с ВЦ, необходимо их обнаружить. Нет возможности перечислить все эксперименты по поиску сигналов ВЦ. В большинстве своём эти проекты ориентированы на поиск узкополосных радиосигналов – «позывных» ВЦ либо импульсных сигналов, несущих некоторую информацию. Расскажем о некоторых из них.
Огайский обзор
(Двухзеркальный радиотелескоп Big Ear («Большое Ухо») системы Крауса Университета штата Огайо (США), на котором проводился один из самых крупных проектов поиска сигналов ВЦ на волне 21см.)
Начиная с 1973 года на радиоастрономической обсерватории Огайского университета США проводился полный обзор всего неба на частоте радиолинии водорода 21 см. Использовался радиотелескоп системы Крауса. Он имел два отражателя: неподвижный параболический рефлектор, направленный в плоскости меридиана на юг, и подвижной плоский отражатель, наклон которого мог изменяться, что дает возможность наблюдать радиоисточники, кульминирующие на разной высоте над горизонтом, то есть имеющие различные склонения. Площадь радиотелескопа 110 х 20 кв. м., что эквивалентно параболоиду диаметром около 50 м. Благодаря суточному вращению небесной сферы через неподвижную диаграмму направленности радиотелескопа в течение суток проходили все радиоисточники с заданным склонением. Затем наклон плоского отражателя изменялся, и в следующие сутки наблюдались радиоисточники с новым значением склонения. Так постепенно производился просмотр (обзор) всего неба. Телескоп обладал «ножевой» диаграммой, (вытянутой в вертикальном направлении), что позволяет более быстро провести обзор неба. При этом размер диаграммы был таков, что если взять все звезды спектральных классов F, G, K в радиусе 1000 световых лет от Солнца, то в любой момент времени какие-то три из них должны были находиться в поле зрения радиотелескопа. Обзор неба по программе SETI начался в декабре 1973 г. Вначале использовался 8-канальный приемник, вскоре число каналов было доведено до 50, при этом полоса каждого канала составляла 10 кГц. В начале 1990-х годов число каналов было доведено до 3000 и планировалось подключить к приемнику спектроанализатор SERENDIP (об этой системе будет сказано ниже) с 4 миллионами каналов, что позволяет перекрыть всю область частот от 1,4 до 1,7 ГГц. К сожалению, этот уникальный инструмент больше не существует. Из-за финансовых трудностей Университету Огайо пришлось продать земельный участок, где был расположен телескоп. В начале 1998 г. телескоп был демонтирован. На его месте устроено поле для гольфа и построен коттеджный поселок. За время проведения SETI-обзора на Огайской обсерватории был обнаружен ряд интересных объектов, в том числе холодные межзвездные водородные облака, излучающие на волне 21 см спектральную линию в очень узкой полосе частот. Зарегистрировано несколько подозрительных источников, которые, к сожалению, наблюдались лишь однажды и больше не повторялись, но по своим характеристикам мало походили на земные помехи. Особенно впечатляющий сигнал был зарегистрирован 15 августа 1977 г. Он получил название «Wow!» или «Ого-го!». Приблизительно так можно перевести на русский язык возглас, который взволнованный оператор записал на ленте самописца около этого сигнала. Очень мощный сигнал, намного превышающий уровень шума, наблюдался только в нескольких спектральных каналах. Характеристики его указывали на явно внеземное происхождение. Источник сигнала был расположен в созвездии Стрельца, вблизи плоскости эклиптики, а также невдалеке от направления на центр Галактики. Экваториальные координаты источника на эпоху 1950 г. α = 19h22m29s, δ = –27°03′ – созвездие Стрельца, вблизи направления на Центр Галактики, а также вблизи плоскости эклиптики. Сигнал наблюдался очень короткое время, а затем исчез и больше не появлялся. На системе апертурного синтеза VLA в штате Нью Мексико впоследствии были построены подробные радиокарты этого участка неба [10]. Найден ряд радиоисточников, но все они – природные, широкополосные излучатели, большинство – радиогалактики и квазары. Отождествить сигнал «Wow!» так и не удалось.
Поиск импульсных сигналов с неизвестного направления
В 1970-х годах в СССР были предприняты поиски импульсных сигналов с ненаправленными (или можно сказать иначе – с всенаправленными) антеннами. Подобные антенны принимают сигналы сразу со всего неба, и это позволяет избежать поиска по направлению. Ведь мы не знаем, откуда должен прийти сигнал, и, значит, не знаем, куда направлять антенну. А всенаправленную антенну никуда наводить не надо: она принимает излучение со всего неба. Конечно, применяя такие всенаправленные (или ненаправленные) антенны, мы сильно проигрываем в мощности сигнала. Поэтому таким путём можно зарегистрировать только очень мощные сигналы. Эксперимент был рассчитан на прием мощных импульсных сигналов, играющих роль позывных. Такие сигналы может передавать или очень развитая в техническом отношении цивилизация, или цивилизация, расположенная очень близко от нас. При работе с ненаправленными антеннами возникает одна серьёзная трудность. В нее попадают любые сигналы, в том числе земные помехи. Как отличить помехи от сигнала, приходящего из космоса? Один из методов состоит в том, чтобы проводить наблюдения одновременно в нескольких пунктах. Местная земная помеха будет наблюдаться только в одном из них, а сигнал космического происхождения – сразу во всех пунктах (или в нескольких из них). Отбирая такие сигналы (а они будут достаточно редки), мы можем попытаться найти среди них позывные ВЦ.
Поиски импульсных сигналов проводили две группы радиоастрономов: горьковская группа (из НИРФИ) под руководством В.С. Троицкого и московская группа (ИКИ и ГАИШ) под руководством Н.С. Кардашёва. Горьковская группа вела наблюдения на Дальнем Востоке (г. Уссурийск), в Горьковской области (Зименки, Васильсурск, Пустынь), в Мурманской области (Тулома), в Крыму (Карадаг), а также на борту научно-исследовательского судна «Академик Курчатов» в экваториальных водах Атлантики. Московская группа вела наблюдения на Кавказе (долина реки Маруха, недалеко от Специальной астрофизической обсерватории Академии наук), на Памире и Камчатке. Один из приемников был установлен также на борту межпланетной автоматической станции (АМС) «Марс-7».
Наблюдения проводились в течение нескольких лет. Были зафиксированы многочисленные случаи сигналов с искусственных спутников Земли, но сигналы ВЦ не были обнаружены. Правда, горьковским радиоастрономам в определенной степени повезло: в процессе этих наблюдений они открыли неизвестное ранее спорадическое (то есть нерегулярное) радиоизлучение, которое генерируется в ионосфере и магнитосфере Земли. Это пример побочного результата, который может быть получен при поисках сигналов ВЦ.
Некоторые зарубежные проекты
Из большого числа проектов, выполненных в других странах, упомянем лишь несколько, в той или иной степени отличительных. В 1975-1976 годах Карл Саган и Фрэнк Дрейк предприняли поиск цивилизаций II типа в Местной группе галактик. Об особенностях и преимуществах поиска сигналов из других галактик мы уже говорили. Этим, вслед за В.С. Троицким, и решили воспользоваться американские радиоастрономы. Они проводили наблюдения на крупнейшем в мире 300-метровом радиотелескопе в Аресибо. Поиск шел на частотах радиолиний водорода 21 см и молекулы гидроксила OH 18 см. Общая полоса анализа составляла 3 МГц и разрешающая способность 1 кГц. Были исследованы четыре галактики, на их наблюдение израсходовано около 100 часов наблюдательного времени, что намного больше, чем в эксперименте Троицкого.
(300-метровый радиотелескоп Обсерватории Аресибо (остров Пуэрто-Рико).)
В 1978 г. Поль Горовиц исследовал 185 звезд солнечного типа на волне 21 см. Поиск велся в очень узкой полосе ±500 Гц, центрированной на частоту лабораторного стандарта, неподвижного относительно центра Солнца. Предполагалось, что цивилизация-отправитель специально посылает сигналы в сторону Солнечной системы и корректирует их частоту к частоте гелиоцентрического стандарта. В этой работе было достигнуто рекордное спектральное разрешение 0,015 Гц (!) и рекордная чувствительность 10-28 Вт/м2. В том же году Н. Коэн в обсерватории Аресибо выполнил поиск сигналов от 25 шаровых звёздных скоплений. Шаровые скопления насчитывают сотни тысяч звёзд. Их угловые размеры невелики, поэтому поиск сигналов от шаровых скоплений в какой-то мере напоминает поиск сигналов от других галактик. В связи с большим интересом среди учёных к проблеме SETI в ноябре 1984 г. в Беркли (Калифорния, США) был основан Институт SETI. В числе его руководителей - известные основоположники SETI Фрэнк Дрейк и Джилл Тартер. Две главные темы работы Института: поиск ВЦ и жизнь во Вселенной. В настоящее время Институт ведет проект поиска ВЦ «Феникс» (сайт Института: http://www.seti.org ).
Космический стог сена
(«Космический стог сена». Показаны только три измерения: ν – частота, Smin – минимальный обнаружимый поток излучения, N – число исследованных направлений на небе.)
К началу 1980-х годов во всем мире было проведено около 40 экспериментов по поиску сигналов ВЦ в радио- и оптическом диапазонах. Много это или мало? Как оценить, какую долю работы выполнили ученые за эти годы? В свое время пионер SETI, руководитель проекта OZMA Фрэнк Дрейк сравнил поиск сигнала ВЦ с поиском иголки в «Космическом стоге сена». Под «стогом» при этом понимают некоторый объем в гиперпространстве, имеющем девять измерений: три пространственных координаты, время, два направления поляризации, частота сигнала, модуляция, мощность сигнала.
На рисунке показано сечение «Космического стога сена», в котором оставлены лишь три измерения: частота, чувствительность приемной аппаратуры и N – число направлений на небе, в которых надо производить поиск. Частотный диапазон взят от 300 МГц до 300 ГГц – почти весь доступный для наблюдений с поверхности Земли. Величина N зависит от выбранной стратегии поиска. Если поиск направленный и производится обследование, например, всех известных нам звезд солнечного типа, N может быть от 105 и выше. Для ненаправленного поиска (обзор всего неба) значение N определяется площадью участка неба, охватываемого диаграммой направленности радиотелескопа при одном наблюдении. С одной стороны, желательно вести наблюдения с большими антеннами, это позволяет обнаружить более слабые сигналы. Но большие антенны имеют очень высокую направленность, узкую диаграмму. Поэтому, чтобы охватить значительную часть неба, нужно сильно увеличить N, что удлинит время обзора. Обзоры с малыми антеннами дают возможность провести поиск быстрее, N меньше, так как за одно наведение телескопа охватывается более обширная площадь неба, но чувствительность такого поиска ниже. Наконец, о чувствительности. Величина 10-20 Вт м–2, отложенная на графике – рядовое значение для современных радиоастрономических наблюдений. Рекордные величины – около 10-23 Вт м –2, но для обнаружения передатчика, например, такого, как планетный радиолокатор Аресибо (мощность 1013 Вт) в пределах Галактики, потребуется чувствительность 10–30 Вт м–2, намного выше современной. Все обзоры SETI, выполненные на начальном этапе исследований, до 1980 г., охватывали лишь около 10-17 объема, показанного на рисунке. Наблюдения последних лет заметно улучшили положение, но всё равно охваченная доля «стога» не превышает 10-10. Таким образом, не стоит отчаиваться по поводу (пока) отрицательных результатов поиска, так как остается еще широчайшее поле для деятельности. Прежде всего, нужно стремиться к улучшению чувствительности. Однако при наземных наблюдениях это ставится с каждым годом труднее, так как уровень помех всё время возрастает. Задача также состоит в том, чтобы выделить в «стоге» области, наиболее перспективные с точки зрения стратегии поиска. Это обеспечивается в том числе тщательным отбором целей для направленного поиска. В последнее время много внимания уделялось оптимизации стратегии SETI. В направленный поиск обычно включают звезды, удовлетворяющие таким требованиям:
— стационарные, то есть не меняющие свой блеск;
— звезды спектральных классов FGK (близких к солнечному), принадлежащие к главной последовательности, иначе, звезды с массой порядка солнечной, находящиеся на длительном и относительно спокойном этапе своей эволюции; однако в последнее время возрос интерес и к звёздам главной последовательности класса M – красным карликам в связи с обнаружением у некоторых из них планетных систем; красные карлики – очень медленно эволюционирующие звёзды, живущие десятки миллиардов лет – время, достаточное для развития жизни, в том числе разумной; напомним, что в списке звёзд первого обзора В.С. Троицкого был один красный карлик;
— одиночные, так как в системе двойной или кратной звезды очень маловероятно существование стабильных орбит для планет, а, возможно, и планетная система вряд ли образуется (с этой точки зрения τ Кита, включенная в проект OZMA, была не лучшим кандидатом на успех, потому что эта звезда двойная или даже тройная). Проведенная работа по отбору звезд согласно перечисленным критериям дает списки, содержащие тысячи объектов. Это позволяет произвести достаточно обоснованный отбор направлений на небе, предпочтительных для целенаправленного SETI.