Книга SETI: Поиск Внеземного Разума - Лев Миронович Гиндилис

10-16 Вт/м2, что соответствует звездной величине 21,2m. В те годы это было близко к предельной звездной величине объекта, который можно было наблюдать на Земле при помощи самых крупных телескопов. Заметим, что обычный прожектор той же мощности (10 кВт) создал бы на Земле поток на 10 порядков (в 1010 раз) меньше, что было бы далеко за пределами обнаружения.

Рассмотрим теперь проблему выделения лазерного сигнала на фоне излучения звезды. Звезда типа Солнца, расположенная на расстоянии 10 св. лет, создаст у Земли поток, равный 3 • 10-9 Вт/м2. Эта величина на 7,5 порядков превышает поток от лазера. Следовательно, если наблюдать в интегральном свете, мы ничего не увидим. Но можно воспользоваться тем, что лазер излучает в очень узкой полосе частот. Полосе 1 МГц на волне 5000 Å соответствует интервал длин волн ~ 10-5 Å. То есть лазер излучает очень узкую спектральную линию, которая наблюдается на фоне непрерывного спектра звезды. Для того чтобы линию можно было обнаружить, выделить на фоне непрерывного спектра, с помощью спектрографа (или иного спектрального аппарата), спектральная плотность потока в линии должна превышать спектральную плотность потока звезды в непрерывном спектре на той же частоте. При принятых параметрах излучающей системы спектральная плотность потока от лазера на Земле будет равна 10-22 Вт/(м2 • Гц). Та же величина для звезды составляет 4 • 10-24 Вт/(м2 • Гц). То есть спектральная плоскость потока лазера в 25 раз превышает спектральную плотность потока звезды. Условие обнаружения выполнено! Но его еще надо реализовать практически. Если бы мы сумели выделить в спектре звезды участок шириной 10-5 Å на частоте лазера, тогда наблюдаемая контрастность линии по отношению к непрерывному спектру равнялась бы 25, что с избытком достаточно для ее обнаружения. Но такая разрешающая способность совершенно недостижима для звездных спектрографов. Если же использовать спектрограф с более грубым разрешением, интенсивность линии будет «размазываться» по спектру, и ее наблюдаемый контраст будет падать. Практически можно реализовать звездный спектрограф с разрешающей способностью 0,03 Å. Это очень высокая разрешающая способность! Но даже при таком разрешении наблюдаемый контраст линии составит всего 0,01 от непрерывного спектра. При таком контрасте обнаружить линию практически невозможно. Чтобы преодолеть эту трудность, Таунс и Шварц предложили очень красивую идею: использовать для передачи частоту, которая совпадает с центром какой-нибудь сильной линии поглощения в спектре звезды. Тогда в центре широкой линии поглощения будет наблюдаться узкая линия излучения, испускаемая лазером. А так как излучение звезды в центре линии поглощения слабее, чем в соседних участках непрерывного спектра, то наблюдаемый контраст лазерной линии возрастает. Расчеты показали, что при использовании лазера на частоте одной из линий «Н» или «К» звездного спектра наблюдаемый контраст при разрешающей способности 0,03 Å будет составлять 10%, что уже достаточно для обнаружения. Для передачи информации по такому каналу можно менять какой-нибудь параметр излучения, например интенсивность линии.

Таким образом, описанная система позволяет осуществить передачу сигналов в оптическом диапазоне с расстояния ближайших звезд. Применение более мощных лазеров даст возможность увеличить дальность связи. При мощности 1010 Вт (подобные лазеры разрабатываются для противоракетной обороны и для реакторов термоядерного синтеза) дальность связи возрастет до 10000 св. лет. Для обнаружения таких сигналов необходимо изучать спектры звезд с высоким спектральным разрешением при помощи крупных оптических телескопов с целью поиска узких линий излучения, расположенных на необычных частотах (например, в центре сильных линий поглощения) и обладающих переменными характеристиками.

Другой тип сигналов связан с применением лазеров, работающих в импульсном режиме. В этом случае высокая пиковая мощность достигается за счет концентрации энергии в очень коротком импульсе. Так, лазер с энергией импульса 10 Дж при длительности импульса 10-12 с имеет мощность 1013 Вт.

А. Д. Сахаров предложил способ оптической сигнализации без применения лазеров, с помощью термоядерной «лампы-вспышки» — сокращенно ЛВ (рис. 1.10.1). Устройство выводится за предел планетной системы и там взрывается. Энергия взрыва трансформируется в короткий световой импульс, который можно обнаружить на расстоянии ближайших звезд. Согласно предложению А. Д. Сахарова, несколько ЛВ размещается в пространстве эквидистантно на одной прямой (рис. 1.10.2) и взрываются синхронно, либо через равные промежутки времени. Такой характер сигнала может служить критерием искусственности. Для передачи информации используется тонкая микроструктура импульса. Приемное устройство должно включать оптический телескоп с высоким угловым разрешением (до 0,01") и аппаратуру для регистрации очень коротких световых импульсов. А. Д. Сахаров предложил систематически, раз в 10-20 лет, выводить заряды ЛВ за пределы Солнечной системы и взрывать там. Помимо сигнализации, это хороший способ избавиться от термоядерного оружия на Земле.

Рис. 1.10.1. Оптическая «Лампа-вспышка» для связи с ВЦ. Фрагмент из письма А. Д. Сахарова (ответ на анкету SETI). Источником энергии служит термоядерный взрыв. Сжимая энергией продуктов взрыва тонкий слой газа — аргона, можно получить короткую световую вспышку с любой микроструктурой для передачи информации

Рис. 1.10.2. Схема размещения импульсных источников света в проекте А. Д. Сахарова

Обсудим теперь сравнительные достоинства связи в радио и оптическом диапазонах. Прежде всего необходимо выделить две задачи: 1) передача и обнаружение позывных; 2) передача и прием основной содержательной программы связи (космическое вещание). Назначение позывных — привлечь внимание получателя, облегчить ему задачу установления искусственной природы принимаемого излучения. Для этого наряду с физическими характеристиками сигнала, которые можно рассматривать в качестве предварительных критериев искусственности, позывные должны содержать определенное количество смысловой информации, на основании которой можно сделать окончательное заключение об искусственном характере принятых сигналов. Кроме того, можно полагать, что позывные содержат информацию, представляющую своего рода «ключ» к основной программе: указание на частоту, на которой ведется информативная передача; сведения о полосе сигнала, способе кодировки и т. д. Общее количество информации, которое требуется для этих целей, не так велико. Поэтому пропускная способность канала (скорость передачи информации) в случае позывных не имеет решающего значения, она может быть невелика. После того как цивилизация обнаружит и расшифрует позывные, она может перейти к приему основной программы космического вещания. Эта программа должна обеспечить передачу большого количества информации, поэтому пропускная способность канала в этом случае приобретает существенное значение. С учетом этих требований рассмотрим радио и оптический канал.

Основное достоинство радиоканала состоит в том, что в нем реализуется минимум принципиально неустранимых помех. Это делает радиосвязь наиболее экономичной в энергетическом отношении. Но дело не только в экономичности связи. Минимум принципиально неустранимых помех — это определенное объективное свойство, которое отмечает радиодиапазон среди других