Сколько развитых цивилизаций в Галактике, и как они на самом деле будут искать Землю

Попытки человечества обнаружить сигналы от внеземных цивилизаций строятся на теоретических допущениях. Радиоастрономы, участвующие в программах SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence), исходят из того, что любая гипотетическая цивилизация ограничена в энергетических ресурсах и транслирует свои сигналы равномерно во всех направлениях. В астрофизике это называется изотропным излучением.

Проблема изотропного излучения заключается в законах физики: по мере удаления от источника радиосигнал рассеивается в пространстве, и его мощность падает пропорционально квадрату расстояния. Из-за этого предполагается, что до Земли дойдет исключительно слабый сигнал. Чтобы вычленить его из естественного фонового шума Галактики, земные телескопы настраивают на прием очень узких полос частот — шириной всего в несколько герц. Считается, что природа не способна создавать настолько узкополосные радиолинии, поэтому их обнаружение стало бы бесспорным доказательством искусственного происхождения сигнала.

Однако в новом исследовании астрофизик Бенджамин Цукерман из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе доказывает, что этот подход концептуально ошибочный. Анализ показывает, что технологически развитая цивилизация, намеренно пытающаяся установить контакт, будет действовать совершенно иначе. Следовательно, текущие методы поиска не соответствуют ожидаемому поведению источника.

Логика целенаправленного контакта

Для корректной организации поиска необходимо выстроить реалистичную модель действий передающей стороны. Земная наука уже подошла к созданию космических интерферометров — систем из нескольких телескопов, разнесенных в пространстве на большие расстояния. Цивилизация, возраст которой превышает наш на миллионы лет, будет обладать интерферометрами с базой в тысячи километров. Такие инструменты позволят им детально изучать поверхность планет в других звездных системах.

По расчетам Цукермана, процесс поиска целей для отправки сигнала будет строго систематизирован. Если взять сферу радиусом 200 парсек (около 650 световых лет) вокруг предполагаемого источника, в ней окажется примерно 500 тысяч одиночных звезд, похожих на Солнце по массе и температуре.

Первым этапом отбора станет оценка возраста. Развитие сложных форм жизни и технологий требует миллиардов лет стабильных условий. Поэтому инопланетные астрономы исключат молодые звезды, оставив около 200 тысяч старых систем. Звезды с малой массой (красные карлики) также могут быть исключены из-за их высокой радиационной активности, способной лишить планеты атмосферы.

Далее, используя космические телескопы, цивилизация проанализирует эти 200 тысяч систем на наличие планет земного типа в обитаемой зоне. Статистика, собранная нашим телескопом Kepler, показывает, что примерно 30% таких звезд имеют каменистые планеты.

Финальным и самым важным этапом станет поиск биомаркеров в атмосферах (например, кислорода) и спектральный анализ отраженного света для определения соотношения суши и океанов. Планета, полностью покрытая водой, может поддерживать жизнь, но не позволит развить технологии. Планета без воды будет мертва. В итоге из сотен тысяч первоначальных кандидатов останется лишь несколько сотен миров с идеальными условиями. Земля, атмосфера которой насыщена кислородом уже около двух миллиардов лет, гарантированно попадет в этот финальный список.

Мощность сфокусированной передачи

Выявив несколько сотен подходящих планет, развитая цивилизация не станет тратить энергию на вещание во все стороны. Она построит фазированные антенные решетки диаметром в тысячи километров в космосе и направит на каждую из выбранных планет постоянный, узко сфокусированный луч. Это может быть радиосигнал, инфракрасное или оптическое излучение.

Концентрация энергии в одном направлении сильно повышает шансы на обнаружение. При мощности передатчика всего в 60 мегаватт (что ничтожно мало для цивилизации, способной строить мегаструктуры) и ширине луча, охватывающей только нашу Солнечную систему, мощность сигнала у Земли составит 10¹⁰ Янских.

Для понимания масштаба: крабовидная туманность, один из самых интенсивных естественных источников радиоизлучения, изучаемых астрономами, имеет плотность потока около 1000 Янских. Чужой сфокусированный сигнал будет превышать фоновый космический шум на многие порядки.

Ограничения современных программ SETI

Ожидаемая высокая мощность сигнала выявляет главный недостаток традиционных поисков с использованием узких фильтров. Когда астрономы прослушивают эфир полосами по несколько герц, они вынуждены перебирать миллионы частотных каналов. При этом заранее неизвестно, какую именно длину волны выбрал отправитель.

Если земной приемник настроен на частоту 1,4 гигагерца, а передача ведется на частоте 10 гигагерц, сигнал останется незамеченным. Это делает современные узкополосные методы поиска неоправданно сложными и долгими.

Вместо этого Цукерман предлагает обратиться к результатам широкополосных астрономических обзоров, таких как VLASS, NVSS и FIRST. Эти проекты проводились для изучения галактик и сканировали огромные участки неба, захватывая широкие диапазоны радиочастот одновременно. Их чувствительности более чем достаточно для фиксации направленного инопланетного сигнала.

На сегодняшний день ни один из этих обзоров не выявил постоянного, аномально яркого излучения, исходящего от старых солнцеподобных звезд в радиусе 200 парсек. Это дает научное основание утверждать, что в пределах данного расстояния в настоящее время нет цивилизаций, транслирующих мощные радиосигналы в нашем направлении. Аналогичный анализ требуется провести для оптического и инфракрасного диапазонов спектра, используя данные архивов вроде Sloan Digital Sky Survey (SDSS).

Доказательство через физическое отсутствие

Вторая часть исследования опирается на динамику нашей Галактики и физические методы межзвездной коммуникации. Звезды не закреплены на месте, они движутся по орбитам вокруг центра Млечного Пути. За те два миллиарда лет, что Земля обладает кислородной атмосферой, на расстоянии до 100 световых лет от Солнечной системы прошло около двух миллионов старых солнцеподобных звезд.

Если хотя бы на одной планете в этих звездных системах существовала цивилизация, она бы зафиксировала биосферу Земли при сближении. Обнаружение живого мира неизбежно вызовет интерес, и наиболее рациональным шагом станет отправка автоматического исследовательского зонда.

Технологии для такого перелета обсуждаются уже сегодня. Гибридные двигатели, использующие ядерный распад и термоядерный синтез, способны разогнать аппарат до 1% от скорости света. При такой скорости преодоление 100 световых лет займет 10 000 лет. В масштабах существования цивилизации, насчитывающей миллионы лет, это очень короткий отрезок времени.

Однако на орбите Земли и в пределах Солнечной системы не обнаружено никаких артефактов, инопланетных ретрансляторов или исследовательских аппаратов. Это означает, что ни один из двух миллионов шансов на контакт при сближении звезд не реализовался.

Пересмотр уравнения Дрейка и новые лимиты

Комбинация двух этих факторов позволяет установить жесткие математические ограничения на количество технологически развитых и готовых к коммуникации цивилизаций (параметр N в уравнении Дрейка) во всем Млечном Пути.

Из 200 миллиардов звезд Галактики подходящими характеристиками (старые одиночные звезды классов F, G, K) обладают около 20 миллиардов. Тот факт, что среди 200 тысяч ближайших систем мы не фиксируем ожидаемых широкополосных электромагнитных сигналов, снижает верхний предел возможного числа цивилизаций до 100 000.

Более того, отсутствие физических зондов от двух миллионов звезд, прошедших мимо нас за последние миллиарды лет, снижает этот предел еще значительнее — до значений менее 10 000 цивилизаций на всю Галактику.

В исследовании также упоминается фактор развития искусственного интеллекта. Даже если биологический вид передаст контроль машинам, нет оснований полагать, что ИИ потеряет интерес к исследованию космоса и поиску других форм разума. Отсутствие сигналов и зондов остается валидным аргументом вне зависимости от биологической или машинной природы гипотетических соседей.

Дальнейший поиск внеземного разума требует отказа от устаревших концепций. Ученым следует прекратить фокусироваться исключительно на поиске сверхслабых радиосигналов с помощью узких фильтров. Будущее этой области лежит в систематическом анализе широкополосных радио-, оптических и инфракрасных данных по конкретному списку старых звезд. Если направленный сигнал существует, его мощности будет достаточно для регистрации стандартными астрономическими инструментами, без необходимости сложной технической изоляции от шумов.

Источник:The Astrophysical Journal