…оло 200 г вещества. Оболочка такой толщины вполне могла бы быть обитаемой. Вспомним, что масса атмосферы над каждым квадратным сантиметром земной поверхности близка к 1 кг. Человек, как известно, фактически является «двумерным» существом, так как он освоил только поверхность земного шара. Поэтому вполне допустимо считать, что человек в перспективе 2,5—3 тыс. лет создаст «искусственную биосферу» на внутренней поверхности «сферы Дайсона». После реализации этого грандиозного проекта человечество сможет использовать всю энергию, излучаемую его «материнской звездой» — Солнцем. Необходимые для утилизации солнечной энергии машины могут быть размещены на поверхности сферы Дайсона или где-нибудь внутри ее. Поверхность этой сферы будет примерно в 1 млрд. раз больше поверхности земного шара. Сообразно с этим население сферы вполне может достигнуть предсказанной 90 лет назад Циолковским величины...
Дайсон обращает внимание на одно интересное обстоятельство: ряд совершенно независимых величин — массы больших планет, толщина искусственной биосферы, общая энергия солнечного излучения, время существенно технологического развития общества и время, нужное для распыления масс больших планет, — оказывается очень хорошо согласованным. «Поэтому, — заключает Дайсон, — если исключить возможность случайной катастрофы, вполне закономерно ожидать, что разумные существа в конце концов будут вынуждены прибегнуть к подобной форме эксплуатации доступных им ресурсов. Следует ожидать, что в пределах нескольких тысяч лет после вступления в стадию технического развития любой мыслящий вид займет искусственную биосферу, полностью окружающую его материнскую звезду».
До этого пункта исследование Дайсона, по существу, было повторением идеи Циолковского, но, конечно, на уровне науки второй половины XX столетия. Далее, однако, Дайсон делает принципиально новый шаг. Он ставит вопрос, как будет «выглядеть со стороны» цивилизация, распространившаяся по внутренней поверхности сферы, окружающей звезду. Так как излучение «центральной звезды» не пройдет сквозь непрозрачную сферу Дайсона, то в межзвездное пространство будет излучать только наружная поверхность этой сферы. Температура последней должна быть примерно такой же, как и средняя температура Земли, т. е. около 300 К. При такой температуре, согласно хорошо известным из физики законам излучения нагретых тел, сфера будет испускать преимущественно инфракрасные (тепловые) лучи с длиной волны от 10 до 20 мкм. Полная мощность излучения сферы Дайсона в инфракрасной области спектра должна быть такой же, как и у центральной звезды в «видимой» области. В противном случае излучение звезды внутри сферы «накапливалось» бы, что привело бы к катастрофическому нагреву искусственной биосферы.
Таким образом, инопланетная цивилизация, развивающаяся в описанном направлении, должна «со стороны» наблюдаться как очень мощный источник инфракрасного излучения. Атмосфера Земли прозрачна для излучения с длиной волны от 10 до 20 мкм. Следовательно, инфракрасное излучение от подобных объектов (если они, конечно, существуют) будет свободно проходить через это «окно прозрачности» в земной атмосфере и вполне может быть наблюдаемо с помощью больших современных телескопов. Чувствительность современной приемной аппаратуры позволяет зарегистрировать такое излучение, если звездная величина «материнской» звезды ярче 8-й, что соответствует расстояниям порядка 100 световых лет (если звезды более или менее похожи на наше Солнце). В ближайшие десятилетия можно ожидать значительного увеличения чувствительности приемной аппаратуры в диапазоне 10 до 20 мкм. Это даст возможность обследовать все объекты до 10—12-й звездной величины. Соответствующие звезды могут быть удалены от нас на расстояния в несколько сотен световых лет. Поэтому Дайсон предлагает для обнаружения инопланетных цивилизаций предпринять систематические поиски «точечных» источников инфракрасного излучения внеземного происхождения.
В принципе возможно, что такое избыточное инфракрасное излучение существует у некоторых звезд, давно уже наблюдаемых оптическими методами. Это может быть либо в том случае, когда инопланетная цивилизация из-за нехватки «строительного материала» — вещества больших планет — не смогла использовать всю энергию излучения от центральной звезды, либо когда она располагается вокруг одной из звезд кратной системы. Мы знаем, согласно исследованиям Су Шухуанга, что жизнь может развиваться и около компонент двойных звезд (см. гл. 11). Первоочередной задачей Дайсон поэтому считает планомерное обследование ближайших к нам звезд, особенно обладающих «невидимыми» спутниками.
# Важные результаты в этом направлении были получены с помощью инфракрасного космического телескопа (ИРАС). Телескоп имел зеркало диаметром 57 см, которое для обеспечения подавления собственною инфракрасного излучения охлаждалось до температуры 10 К (всего на 10 кельвинов выше абсолютного нуля). Инфракрасные детекторы в фокусе зеркала охлаждались до 3 К. Телескоп работал в четырех диапазонах: 8—15, 20—30, 40—80 и 80—120 мкм. Спутник был выведен на почти полярную орбиту (угол наклона плоскости орбиты к плоскости земного экватора 99°) так, что он двигался постоянно над границей день—ночь над Землей, что удобно для проведения картографирования всего неба при постоянных условиях освещенности Солнцем. Работа телескопа продолжалась непрерывно в течение 1983 г. и была закончена в результате израсходования ресурса жидкого гелия. За время работы было исследовано 98% всей небесной сферы и было открыто около 200 000 инфракрасных астрономических объектов. Обработка каталога этих объектов продолжается до настоящего времени.
Для обсуждаемой здесь проблемы результаты ИРАС интересны в нескольких направлениях.
Во-первых, были обнаружены оболочки из твердых частиц около молодых звезд, возможно, указывающие на продолжающийся процесс образования планет. Такие оболочки обнаружены около звезды Вега (α Лиры, расстояние 25 световых лет), Фомальгаут (α Южной Рыбы, 23 световых года), ε Эридана (11 световых лет) и β Живописца (50 световых лет). Вскоре после этого открытия Смит и Терил с помощью наземного телескопа с коронографом и мозаичного приемника света подтвердили, что оболочка около β Живописца представляет собой искривленный протопланетный диск. Затем протопланетные диски были обнаружены с помощью наземных телескопов около некоторых молодых звезд типа Т Тельца (например, около HL Тельца), возраст которых 0,1—1 миллион лет. Очень интересно, что сходные диски были обнаружены и у некоторых солнцеподобных звезд, которые, как оказалось, обладают аномальным инфракрасным излучением. Для одного из таких источников IRS 1551 диск был открыт по аномальному радиоизлучению в миллиметровом диапазоне с помощью 45-метрового радиотелескопа в Японии.
Оуман и Жиллет считают, что по данным ИРАС из 335 звезд в пределах 80 световых лет от нас 68 звезд (т. е. около 20%) показывают избыточное инфракрасное излучение, в особенности это относится к звездам классов A и F. Таким образом, около половины A звезд имеют пылевые оболочки, и они сохраняются примерно половину жизни этих звезд — 100 миллионов лет, что как раз совпадает со временем, необходимым для образования больших планет. Это, возможно, указывает и на то, что для более старых звезд типа Солнца планетных систем столько же, сколько и звезд. Но это, конечно, только косвенное указание.
Среди объектов, обнаруженных ИРАС, имеется большое количество таких, которые излучают только в инфракрасном диапазоне и потому не отождествляются ни с какими другими астрокомическими объектами. Эти объекты напоминают по характеру спектра излучение от сфер Дайсона. Однако примерно такими же характеристиками должны обладать звезды, относящиеся к классу красных гигантов — класс звезд с массами, близкими к солнечной, но в своей эволюции зашедшими дальше. В ядре звезды ядерные реакции прекращаются и оно становится более компактным, а атмосфера звезды расширяется до радиуса в несколько астрономических единиц. На периферии атмосферы возникает опять плотная пылевая оболочка.
В. И. Слыш выделил из каталога ИРАС пять наиболее интенсивных объектов (рис. 116), спектр которых наиболее близок к спектру черного тела, не отождествленных с известными астрономическими объектами. Среди них источник G357,3 – 1,3 — сильнейший объект каталога ИРАС. По форме спектра температура соответствует —53 °C. Если предположить, что это излучение исходит от сферы Дайсона и его мощность примерно равна светимости Солнца, то расстояние до объекта всего 20 световых лет. Никаких объектов в оптическом или радиодиапазонах в этой части неба не обнаружено.
Другие объекты, выделенные В. И. Слышом:
0507 + 528 PO5, спектр соответствует температуре + 17 °С, однако в направлении источника видна звезда — красный гигант, расстояние до которого составляет 2500 световых лет. Если предположить, что это сфера Дайсона, как и выше, то расстояние, оказалось бы равным всего 70 световым годам. Отличительной особенностью красных гигантов с пылевыми оболочками является также генерация излучения в радиолинии молекулы гидроксила на волне 18 см.
0453 + 444 POЗ, температура + 67 °C — вероятно, объект похож на предыдущий. В диапазоне 3 мкм обнаружена спектральная деталь, характерная для полосы поглощения льда.
0536 + 467 PO5, температура +17 °С — если этот объект соответствует сфере Дайсона, то расстояние до него около 70 световых лет. Детальных наземных наблюдений не проводилось.
0259 + 601 PO2 — холодный объект, температура которого –188 °C; если это сфера Дайсона, то расстояние до нее 400 световых лет.
Более тщательный анализ данных ИРАС показывает, что в направлении на центр Галактики имеется большое скопление подобных объектов. В радиусе 5° вокруг центра обнаружено около 2500 источников, температуры которых находятся в интервале –23 — +177 °C. По-видимому, большая часть из них — это погруженные в пыль сверхгигантские звезды со светимостями, в две-три тысячи раз превышающими светимость Солнца, если они находятся на расстоянии 30000 световых лет (расстояние до центра Галактики). Однако важным выводом из наблюдений ИРАС является и то, что теперь есть кандидаты для более детального изучения, как возможные гигантские астроинженерные конструкции #.
Идея Дайсона примечательна тем, что дает некоторый конкретный пример такого преобразования планетной системы, которое вполне может быть наблюдаемо с межзвездных расстояний. Является ли, однако, сооружение сферы Дайсона единственно возможным путем развития цивилизации, желающей в максимально возможной степени использовать энергетические ресурсы своей планетной системы? По-видимому, нет. Мы сейчас укажем на другой мыслимый источник энергии, может быть, даже более эффективный, чем 100%-ное использование энергии излучения центральной звезды. Речь идет о принципиальной возможности использования масс больших планет в качестве ядерного горючего для реакции синтеза. Как известно, большие планеты состоят преимущественно из водорода. При массе Юпитера 2
· 1030 г запас ядерной энергии в нем, которая может быть освобождена при синтезе ядер водорода в ядра гелия, составляет около 1049 эрг. Это чудовищно большое количество энергии такого же порядка, как и энергия взрыва сверхновой звезды (см. гл. 5). Ядерную энергию можно будет освобождать постепенно, в течение длительного промежутка времени. Если, например, ежесекундно освобождать 4 • 1033 эрг (что равно мощности солнечного излучения), то запаса ядерной энергии Юпитера хватит почти на 300 млн. лет. Этот срок, вероятно, превосходит длительность «шкалы времени» любой развивающейся цивилизации.
Наконец, почему бы не представить, что высокоорганизованная цивилизация может «перестраивать» свою звезду, около которой она когда-то возникла? Например, без «большого ущерба» для ее светимости можно «позаимствовать» у этой звезды несколько процентов ее массы. Право, мы не можем предложить сейчас рецепт, как осуществить такую перестройку. Похоже, однако, что это надо будет делать очень медленно. Во всяком случае, резерв массы порядка 5
· 1031 г (что в 25 раз больше массы Юпитера) развивающаяся высокоразвитая цивилизация может получить именно таким способом. Энергетический эквивалент этой водородной массы будет уже 3 • 1050 эрг, а этого может хватить на несколько миллиардов лет. Перестройка звезды может носить и более радикальный характер. Может быть, даже время излучения звезды будет «согласовано» со «шкалой времени» цивилизации. Не излучать же ей «зря», после того как цивилизация прекратит свое существование! Нельзя также исключить, что спектральный состав излучения звезды будет меняться в желательном направлении. Конечно, очень странно представить, что высокоорганизованные разумные существа поступают со своим светилом примерно так же, как туристы с костром...
При разумном использовании этого огромного количества энергии совершенно не будет необходимости сооружать вокруг Солнца сферу. Можно предположить, что, например, половина массы больших планет пойдет на сооружение искусственных планет («эфирных городов», по терминологии Циолковского), причем эти сооружения будут двигаться во всем околосолнечном пространстве. На каждом таком спутнике будут мощные термоядерные установки, в которых «горючим» будет все то же вещество больших планет... В целом эта картина развития цивилизации сходна с той, которую набросал К. Э. Циолковский в «Грезах о Земле и небе». Однако в дополнение к «солнечным моторам» источником энергии в «эфирных городах» будут управляемые термоядерные реакции синтеза.
От области безудержной фантазии перейдем теперь к более реалистическим оценкам возможностей высокоразвитой цивилизации, вышедшей за пределы своей планеты и приступившей к освоению планетной системы. Выше мы рассказывали уже о гипотезе Дайсона — Циолковского. Приходится только удивляться тому, как развитие науки и техники в наше время делает, казалось бы, самые фантастические проекты объектом конкретного исследования.
Остановимся в качестве примера на проекте Принстонской группы физиков и инженеров, работающих под руководством О'Нейла. Эта группа детальнейшим образом, на уровне технического проектирования, разработала план сооружения огромных космических колоний. Первая очередь проекта предусматривает сооружение в области так называемой «либрационной точки» системы Земля — Луна (т. е. одной из двух точек, находящихся на лунной орбите и равноудаленных от центров Земли и Луны) космической станции с диаметром 1,5 км. (рис. 117б) Вращение этой станции обеспечит на ней искусственную силу тяжести, равную земной. Внутри ее будут выращиваться овощи и фрукты, будет даже развитое животноводство. Там же будут размещены промышленные предприятия. Когда сооружение станции будет закончено, она будет самообеспечивающейся системой. На ней можно будет разместить до 10 тысяч человек персонала, для которых будет создан уровень комфорта более высокий, чем на Земле. Выбор места сооружения (точки либрации) диктуется соображениями небесной механики: любое тело около таких точек может там находиться неопределенно долго, двигаясь вокруг Земли по лунной орбите.
Следует подчеркнуть, что этот проект является первым шагом по пути реализации «эфирных городов», о которых когда-то мечтал К. Э. Циолковский. Однако проект, как уже подчеркивалось, доведен до строгого инженерного расчета, опирающегося только на уровень современной технологии. В частности, существенным моментом в этом проекте является широкое использование при сооружении станции так называемых «челноков», т. е. космических кораблей многократного использования, что значительно удешевляет космическое строительство. Примечательно, что большую часть строительных материалов для сооружения этой космической колонии целесообразно получать с Луны (рис. 117, не сканировался) — обстоятельство, которое прозорливо предвидел К. Э. Циолковский.
Стоимость сооружения такой колонии оценивается в 100 млрд. долларов, срок сооружения — 15—20 лет. Для сравнения укажем, что американский проект «Аполлон», успешно решивший задачу высадки человека на Луне, обошелся почти в 30 млрд. долларов. К этому добавим, что позорная вьетнамская война за 8 лет обошлась американскому народу в 130 млрд. долларов, не считая 50 000 убитых.
Между тем сооружение описанной выше космической колонии сулит огромные выгоды. Не говоря уже об уникальных возможностях исследований в области фундаментальных наук о природе, результаты которых просто невозможно оценить, такая станция станет существенным источником энергоснабжения. Земли. Перехваченная системой зеркал, окружающих космическую станцию, солнечная энергия будет преобразована в микроволновое радиоизлучение и через посредство специальных рефлекторов передана на Землю. Оказывается, что коэффициент полезного действия такой системы чрезвычайно высок: ~ 70%. Мощность передаваемого по такому тракту потока энергии будет превосходить мощность от потока нефти через проектируемый гигантский нефтепровод Аляска — США.
На базе описанной выше станции, как показывают расчеты, можно будет приступить к строительству значительно более грандиозных сооружений в космосе. Речь идет об объектах, на каждом из которых можно будет разместить в весьма комфортабельных условиях 40—50 миллионов человек. Сооружение таких объектов потребует многих десятков лет.
Таким образом, мы являемся свидетелями возникновения новой важнейшей области техники — космической инженерии. Уже сейчас вырисовываются контуры и будущей космической архитектуры.
Пока нельзя сказать, примет ли конгресс США решение приступить к этому грандиозному строительству в ближайшие годы (разумеется, речь может идти только пока о первой очереди проекта Принстонской группы). Известно только, что НАСА внимательно изучает этот проект. Однако безотносительно к решениям о конкретных сроках начала строительства первой космической колонии этот проект имеет, как мы увидим ниже, принципиальное значение для обсуждаемой проблемы, ибо он обосновывает абсолютную реальность выхода не отдельных героев-космонавтов, а человечества за пределы Земли для активной созидательной работы, которая в перспективе позволит избежать надвигающихся кризисных ситуаций. Заметим, что уровень технической проработки этого проекта сейчас неизмеримо выше, чем, скажем, проекта многоступенчатой ракеты Циолковского в начале нашего века. Сочетание этого обстоятельства с очевидной общественной потребностью есть гарантия того, что описанный выше проект начнет реализовываться, во всяком случае, в ближайшие 2—3 десятилетия. Осуществление проекта О'Нейла будет, по существу, началом сооружения сферы Дайсона.
Очень важно теперь оценить временную шкалу такого развития, которое, как легко понять, обязано быть экспоненциальным. Полагая «инкремент» экспоненты (характеризуемый временем удвоения численного значения параметров) 15 лет, что равно характерному времени реализации Принстонского проекта, можно считать, что для сооружения в космосе колоний с населением 10 миллиардов человек потребуется около 250 лет. Подчеркнем еще раз, что этот срок по крайней мере в два раза превосходит время, отделяющее нас от наступления кризисной ситуации, как его определяют некоторые авторы (см. предыдущую главу).
Время освоения всех материальных ресурсов Солнечной системы при таком экспоненциальном росте около 500 лет. Даже если учесть возможные задержки в развитии, связанные с освоением новой технологии, и принять очень «медленную» характеристику роста — 1 % в год, то все равно характерное время освоения нашей цивилизацией Солнечной системы будет 2500 лет.
Сейчас, конечно, нельзя, да и не нужно, говорить об условиях жизни на такой «супербиосфере». Представляется, однако, очевидным, что цивилизация такого рода будет качественно отличаться от нашей современной. Важно отметить, что примерно через 1000 лет развития перед такой «цивилизацией II типа» станет, в сущности говоря, та же проблема, что в наши дни стоит перед земной цивилизацией «I типа»: ограниченность ресурсов конечной системы при экспоненциальном росте параметров ее развития. Преодоление этого противоречия с неизбежностью толкнет цивилизацию II типа с ее огромным технологическим потенциалом на освоение ресурсов сначала ближайших областей Галактики, а потом и всей нашей звездной системы. Наступит процесс «диффузии» цивилизации II типа в Галактику, сопровождаемый преобразованием на разумной основе звезд и особенно межзвездной среды. Впрочем, этот процесс было бы более правильно назвать не «диффузией», а распространением «сильной ударной волны» разума по неживой материи. (Мы следуем классификации цивилизации, предложенной в 1964 г. Н. С. Кардашевым (см. следующую главу).)
Хорошей моделью такого процесса является известное построение Гюйгенса, описывающее распространение сферической световой волны. Каждая точка пространства, до которой дошло возмущение, становится центром вторичных сферических волн. В нашем случае роль такой «точки» играет подходящая звезда, вокруг которой с помощью местных ресурсов прилетевшие колонисты построят искусственную биосферу — сферу Дайсона. Скорость распространения возмущения будет порядка v = R / t2, где t2 ≈ 1000 лет — характерное время сооружения сферы Дайсона, а R ≈ 10 световых лет — среднее расстояние до подходящих звезд (например, звезд спектрального класса G). Отсюда следует, что v ≈ 3 000 км/с, т. е. 1 % от скорости света c. В таком случае, учитывая максимальные размеры Галактики (около 100 тысяч световых лет), время колонизации и преобразования всей звездной системы будет всего лишь 10 миллионов лет. Эта величина близка к длительности эволюции человека на Земле и весьма мала по сравнению с наименьшими характерными временами в Галактике. Заметим, что на этой фазе развития характеристики цивилизации будут расти со временем t уже не по экспоненциальному закону (чему мешает конечность скорости света), а по степенному закону, сперва как t3 , а потом и более медленно, как t2 — обстоятельство, которое нетрудно доказать.
Со всей определенностью следует подчеркнуть, что современное развитие естественных наук, а также накопленный за 30 лет космической эры опыт исключают возможность существования естественных причин, которые сделали бы такое развитие принципиально невозможным. Описанная выше картина (в частности, межзвездные перелеты автоматических станций с «замороженными» естественными или специализированными искусственными разумными существами) не противоречит ни одному из известных законов природы. Напротив, она логически вытекает из них! Это, конечно, не означает, что любая цивилизация должна развиваться согласно описанной выше схеме. Однако для некоторой части цивилизаций, возникавших в нашей Галактике в течение миллиардов лет ее эволюции, такое развитие логически должно было происходить.
Еще К. Э. Циолковский в начале нашего века прозорливо подчеркивал неограниченные «космические» возможности разума. Реальная оценка возможностей и перспектив развития современной науки и технологии полностью обосновывает эту идею нашего выдающеюся мыслителя, быть может, самую величественную из когда бы то ни было высказывавшихся человеком.
Итак, имеются основания считать, что по крайней мере некоторая часть цивилизаций в процессе их неограниченного развития должна стать фактором космического характера, охватив своей преобразующей деятельностью отдельные планетные системы, галактики и даже Метагалактику. Но в таком случае следовало бы ожидать наблюдаемые проявления этой разумной космической деятельности. В свое время (1962 г.) мы такой феномен назвали «космическим чудом». В гл. 27 мы на этом остановимся более подробно.
27. Где вы, братья по разуму?
В предыдущей главе мы сформулировали понятие «космическое чудо» как наблюдаемое проявление деятельности высокоразвитой галактической или метагалактической цивилизации. Мы подходим к основному вопросу: наблюдаем ли мы во Вселенной такие «сверхъестественные» (т. е. не подчиняющиеся законам движения неживой материи) явления?
На этот вопрос пока однозначно ответить нельзя. Тем более важно его поставить. Если окажется, что во всей наблюдаемой нами Вселенной никаких «чудес», могущих быть связанными с проявлениями разумной жизни в космическом масштабе, нет, это с большой вероятностью может означать, что нигде разумная жизнь не достигает достаточно высокою уровня развития. А между тем не видно причин, почему бы, неограниченно развиваясь, разумная жизнь не стала проявлять себя в общегалактическом масштабе.
Как пример такого ожидаемого «чуда», мы рассмотрим сейчас интересную идею Н. С. Кардашева. Предположим, что высокоразвитая цивилизация, освоившая все межпланетное пространство (либо путем построения сферы Дайсона, либо путем сооружения огромного количества «эфирных городов», снабжаемых термоядерной энергией с использованием вещества больших планет), решила посылать сигналы связи к неизвестным ей инопланетным цивилизациям. Как мы уже подчеркивали в гл. 23 наиболее эффективным для этой цели был бы изотропный сигнал. В исследовании Дайсона предполагалось, что таким сигналом может быть инфракрасное излучение сферы, окружающей центральную звезду. Однако такой способ сигнализации далеко не самый экономичный. При данной мощности передатчика для посылки сигналов наиболее целесообразно использовать радиоволны. Они существенно увеличивают дальность связи по сравнению с инфракрасным излучением сферы Дайсона. В то же время они легко поддаются модуляции, что открывает почти неограниченные возможности передачи информации.
Пусть цивилизация некоторую часть своих энергетических ресурсов решила использовать для установления контактов с инопланетными разумными существами. Предположим, что передаваемое излучение является почти изотропным. Заметим, что технически создать такой очень мощный и в то же время достаточно изотропный излучатель не просто. По-видимому, естественнее всего распределить огромное количество сравнительно небольших излучателей по всей планетной системе.
Н. С. Кардашев, исходя из огромных расстояний, разделяющих инопланетные цивилизации, считает, что радиопередачи должны быть безответны. Такое «альтруистическое» поведение «сверхцивилизации» представляется ему вполне естественным, и с этим нельзя не согласиться. Ведь очень вероятно, что каждая из этих «сверхцивилизаций» в свое время «безвозмездно» получила ценнейшую информацию от своих более развитых космических соседей и тем самым взяла на себя, так сказать, «моральные обязательства» перед своими «младшими братьями» во Вселенной...
Кардашев далее считает, что сигнал должен быть широкополосным и сразу же нести в себе огромное количество информации. Спектральная характеристика сигнала должна быть близка к спектральной характеристике космических и квантовых шумов (см. рис. 88), взятых с обратным знаком. При этом условии обеспечивается максимальная информативность сигнала. На рис. 118 приведен вероятный спектр такого искусственного источника. В соответствии с тем, что спектр естественных шумов имеет глубокий минимум в области дециметровых и сантиметровых волн, основная энергия искусственного сигнала должна быть именно в этом диапазоне.
Характерной особенностью спектра искусственного радиосигнала должно быть, согласно Кардашеву, линейное уменьшение спектральной плотности потока с ростом частоты в области высоких частот. Далее Кардашев полагает, что указанием на искусственный характер сигнала может служить его спектр. Например, около 21 см там может быть необычной (например, «прямоугольной») формы линия поглощения.
По уровню своего технологического развития цивилизации согласно Кардашеву можно разделить на три типа.
I. Технологический уровень близок к тому, который уже сейчас достигнут на Земле. Ежесекундное потребление энергии порядка 1020 эрг.
II. Цивилизация овладела энергией, излучаемой своей звездой (скажем, построила сферу Дайсона, см. выше). Ежесекундное потребление энергии около 1033 эрг.
III. Цивилизация овладела энергией в масштабе всей своей галактики. Потребление энергии порядка 1044 эрг.
Простые расчеты, выполненные Кардашевым, показывают, что при достигнутом в наши дни уровне радиотехники изотропные сигналы от цивилизации II типа могут быть обнаружены даже тогда, когда она удалена от нас на расстояние около 10 млн. световых лет. В этом случае цивилизация такого типа может находиться в любом месте местного скопления галактик (см. гл. l). При этом, однако, ширина полосы приема не должна превышать нескольких сотен килогерц, что делает сигнал сравнительно малоинформативным (так как за секунду можно при этом передать только несколько сот тысяч двоичных единиц информации, см. гл. 23). Что касается цивилизации III типа, то даже в том случае, когда расстояние до нее около 10 млрд. световых лет, — величина, превосходящая расстояния до самых удаленных из известных объектов в Метагалактике, сигнал от нее будет обнаружен и притом в достаточно широкой полосе частот (десятки тысяч мегагерц).
Выше, в порядке чистой фантазии, мы говорили о том, что некоторые радиогалактики, вообще говоря, могут иметь искусственное происхождение. Н. С. Кардашев идет дальше и считает вполне вероятным, что среди известных радиогалактик могут быть цивилизации III типа. Задача состоит в том, чтобы выработать надежные критерии, по которым можно различить искусственные радиосигналы от естественных. По мысли Кардашева, критериями искусственности могут служить:
1) специфический спектр радиоизлучения (линейное уменьшение спектральной плотности потока с ростом частоты);
2) очень маленькие угловые размеры (по крайней мере для сверхцивилизаций II типа). Можно ожидать, что эти угловые размеры должны быть порядка угловых размеров планетных систем, удаленных на сотни и тысячи световых лет, т. е. 0,01" — 0,001";
3) возможная поляризация по кругу, которая воспрепятствует искажению информации благодаря вращению плоскости поляризации в межзвездной среде (эффект Фарадея, см. гл. 3);
4) переменность во времени;
5) наконец, некоторые бросающиеся в глаза особенности в спектре, например «вырез» прямоугольной полосы около длины волны 21 см, о чем уже говорилось выше.
Только систематическое исследование всех источников, заподозренных в «искусственности», может привести к успеху.
Если сверхцивилизация II типа желает, например, отправить сигнал к туманности Андромеды, она может использовать значительно меньшую мощность. Угловые размеры этой звездной системы составляют около 2°. Поэтому целесообразно использовать систему передающих антенн с угловыми размерами «главных лепестков» около 2°. Для такой направленной антенны выигрыш в мощности (по сравнению с изотропным излучателем) будет около 10 тыс. Для более удаленных галактик можно применить еще более направленные передающие антенны.
В случае межгалактической радиосвязи имеется одна существенная особенность, резко отличающая ее от межзвездной. Ведь сигнал посылается сразу нескольким сотням миллиардов звезд. Следовательно, если хотя бы вокруг одной из этих звезд имеется высокоразвитая цивилизация, он будет обнаружен. В действительности таких цивилизаций в «зондируемой» галактике может быть много. Поэтому, посылая направленные экстрагалактические сигналы, передающая их цивилизация действует «наверняка». Между тем при посылке направленного сигнала в сторону какой-нибудь звезды имеется ничтожно малая вероятность, что там есть цивилизация или даже вообще жизнь.
Имеется еще один принципиально возможный метод обнаружения сверхцивилизаций II и III типа с огромных расстояний. Речь идет о получении их радиоизображений с помощью космических интерферометров. Об изготовлении таких интерферометров, как ближайшей перспективе использования космического пространства для нужд науки, уже шла речь в гл. 20. Цивилизация II типа должна иметь характерный размер порядка 1 астрономической единицы или 1013 см. Если база космического интерферометра порядка расстояния от Земли до Луны, т. е. d ≈ 4
· 1010 см, а длина волны, на которой ведутся наблюдения, равна ~ 1 см, то разрешающая способность интерферометра λ / d ≈ 2,5 • 10-11 рад или 5 • 10-6 сек. дуги. С другой стороны, угловые размеры цивилизации II типа, если она находится даже на противоположном конце Галактики, будут ~ 3 • 10-10 рад. Это означает, что «лунный» интерферометр позволит получить хотя и грубое, но все же достаточно надежное изображение цивилизации II типа, если, конечно, она посылает изотропные радиосигналы. При такой ситуации передатчики могут быть расположены каким-либо причудливым, явно искусственно выглядящим способом (например, в виде двух параллельных или перпендикулярных линий, системы концентрических окружностей и пр.).
Если длина базиса космического интерферометра существенно больше, например порядка одной астрономической единицы, то теоретическая разрешающая способность его будет еще выше, что-нибудь окол