Создатель радио сделал Землю заметной для инопланетян. Могут ли они услышать наши передачи?
С середины прошлого века астрономы вслушиваются в небо и пытаются обнаружить сигналы инопланетных цивилизаций. Однако возникает логичный вопрос: если земляне надеются зафиксировать инопланетные сигналы, то могут ли инопланетяне услышать радио и увидеть земные телепередачи? В честь 165-го дня рождения русского физика Александра Попова, внесшего важный вклад в создание радиосвязи, «Газета.Ru» с помощью астрофизика Алексея Рудницкого решила выяснить, что выдает существование человеческой цивилизации.
Космическая прослушка
Изобретение радиосвязи в конце XIX века открыло дорогу не только удобной системе сообщения. В период между двумя мировыми войнами люди заметили, что небо полно источников радиоизлучения. Более того, оказалось, что радиоволны исходят от невидимых глазу объектов, которые нельзя было заметить в оптическом диапазоне. Например, так удалось обнаружить мощный радиоисточник Стрелец А* в центре нашей галактики, связанный со сверхмассивной черной дырой. Когда ученые поняли, что с помощью антенн во Вселенной можно увидеть не меньше, чем в телескоп, возникло новое научное направление — радиоастрономия.
С первых лет радиоастрономию преследовала проблема. Многочисленные передатчики на Земле создают помехи и заглушают небо, и потому антенны телескопов стараются располагать в удаленных местах — например, в чилийских Андах.
Однако в конце 1950-х у астрономов появилась идея: если телескоп фиксирует земные радиопередачи, то сможет ли он зафиксировать радиообмен гипотетической инопланетной цивилизации?
Так возник децентрализованный проект SETI, энтузиасты которого анализируют космические сигналы и пытаются найти в них что-то, чего не порождает природа.
Участники SETI исходят из допущения, что внеземная цивилизация хоть как-то похожа на человечество и среди прочего обитает на суше, а не под водой или под землей; нуждается в дальней коммуникации, а не живет маленькими компактными сообществами и, наконец, использует для связи радио, а не кабели и лазеры.
Но даже если допустить, что на другой планете живет полная копия человечества, то удалось ли бы нам поймать их сигналы? Для простоты можно перевернуть вопрос: есть ли шанс у инопланетян подслушать земное радио?
Отличить сигнал от природного шума
Главное отличие искусственных сигналов от естественных — использование относительно узкого спектра частот. Проще всего это объяснить с помощью аналогии, использовав шкалу старого аналогового радиоприемника, по которой с помощью колесика слушатель передвигал маркер выбранной частоты. У каждой станции своя радиочастота, на которую можно настроиться и не слышать другие передачи.
Естественные радиоисточники же, напротив, почти всегда излучают в очень широком диапазоне частот. Например, активные ядра молодых галактик (квазары) наблюдаются на всех длинах волн, от километровых до сантиметровых. Они были бы слышны по всей шкале приемника, даже если расширить ее в тысячу раз, хотя в спектре могут быть пробелы. То же самое касается излучения планет: например, Юпитер «слышен» в диапазоне от пятикилометровых до, как минимум, двухсантиметровых.
Для сравнения, Wi-Fi 2G работает в диапазоне от 12,13 до 12,43 см, 5G — от 5,15 до 5,81 см. Телевидение, как правило, использует волны длиной от одного до десяти метров, но каждая передача ведется на фиксированной частоте.
Некоторые природные процессы способны порождать радиоизлучение в узкой полосе, но почти все они хорошо изучены и идентифицируются ученым.
Подсмотреть земные новости не удастся
Если рассматривать исключительно суммарную мощность земного радиоизлучения, то со времен Герца, Маркони и Попова оно выросло во многие тысячи раз. Однако далеко не любая мощность будет полезна для инопланетян. Например, недавнее исследование показало, что внеземная цивилизация с земным уровнем развития едва ли сможет засечь излучение многочисленных вышек сотовой связи. Стандартная антенна располагается на мачте или на высоком здании, и спроектирована так, чтобы излучать только вбок вдоль земли, где находятся абоненты. Поэтому сигнал утекает в космос лишь сравнительно узким ослабленным лучом, который непрерывно движется из-за вращения Земли. Проанализировав все факторы, ученые пришли к выводу, что вышки мобильной связи не сможет заметить цивилизация даже в 10 световых годах от Солнца.
Совсем иначе обстоят дела с телевизионными вышками, чьи передатчики мощны, антенны имеют широкую диаграмму направленности, а радиочастоты каналов не меняются годами. Именно теле- и радиовещание — один из самых хороших способов обнаружить человечество.
«По оценкам, внеземная цивилизация с человеческим уровнем развития способна уловить наши телесигналы в радиусе 100 световых лет. В этой области расположены десятки тысяч звезд, и существование инопланетной разумной жизни на одной из их планет вполне можно допустить. Они точно не смогут получить телекартинку, но принять звуковую составляющую — да», — рассказал «Газете.Ru» Алексей Рудницкий, заместитель руководителя Астрокосмического центра Физического института имени П.Н. Лебедева РАН.
Диаграмма направленности антенны мобильной вышки
Oxford University Press
Также неясно, смогут ли гипотетические инопланетяне воспроизвести этот звук. В аналоговом вещании звук голоса (или музыки) непосредственно влияет на несущую частоту радиосигнала (модулирует ее). Антенна приемника улавливает эти волны, преобразует их в переменный ток, через серию фильтров и усилитель, подает этот ток на динамик. Иными словами, аналоговый сигнал не нужно раскодировать. Однако нельзя гарантировать, что слух инопланетян устроен так же, как у людей, и что у них есть аналогичные нашим электрические динамики.
Совсем иначе будет обстоять дело, если внеземная цивилизация уловит сигнал все более популярного цифрового телевидения. Даже если она знакома с компьютерным двоичным кодом, то без знания конкретной кодировки расшифровка этой информации станет для инопланетян задачей тысячелетия. Зато двоичный код с регулярными повторяющимися элементами однозначно укажет на искусственное происхождение сигнала.
Маяки Земли
Телевидение — хороший способ послать в космос сигнал о своем существовании, но ничто не сравнится в этом плане с военными радарами. Передающие антенны локаторов дальнобойных зенитных ракетных систем, вроде Patriot и С-400, имеют пиковую мощность в десятки киловатт. Радары систем противоракетной обороны еще мощнее и в момент импульса излучают до 500 киловатт. По мощности это сопоставимо с Останкинской телебашней, но лучи радара имеют очень узкую направленность, порядка одного квадратного градуса. Эти лучи построчно (или по другому алгоритму) сканируют пространство, регулярно проходя через одну и ту же точку.
Для наблюдателя это будет выглядеть как невероятно мощные радиовспышки, которые по яркости соотносятся с обычными радиовышками так же, как направленный в глаза мощный лазер и зажигалка. Более того, каждая вспышка состоит из нескольких коротких импульсов и повторяется регулярно, — едва ли во Вселенной может быть естественный процесс, способный на такое.
Радар системы противоракетной обороны Северной Америки с пиковой мощностью около 500 киловатт
«Радарные импульсы при земном уровне технологий можно зафиксировать на дистанции порядка 100 тыс. св. лет.
Это сравнимо с диаметром Млечного пути, так что сигнал будет заметен на другом конце галактики», — пояснил Рудницкий.
С военными радарами в роли маяков может возникнуть неожиданная проблема. Их работу можно заметить не только с другого конца галактики, но и с Земли, и особенно часто это старается сделать противник. Как только излучение радара обнаружено, локатор оказывается под угрозой уничтожения. Поэтому инженеры стараются сделать современные радары маяками как можно хуже и применяют для этого большой комплекс мер, значительная часть которого секретна. Например, частота сигнала, частота повторения импульсов, форма импульсов могут непрерывно меняться по случайному закону. Мощность импульса «размазывают» по широкой полосе, так, чтобы на каждой конкретной длине волны излучение было слабым. Это обманывает военные системы предупреждения об излучении, одновременно лишая сигнал важных признаков искусственности.
Однако технология создания малозаметных радаров появилась сравнительно недавно, и в течение XX века человечество невольно успело послать в космос множество хорошо заметных сигналов. Так что, парадоксальным образом, лучше всего с другого конца галактики будет заметен худший аспект жизни человечества — война и средства ее ведения.