Как эффективно искать внеземные цивилизации в безграничном космосе и почему традиционного радиопоиска может быть недостаточно? В новом выпуске программы Event Horizon ведущий Джон Майкл Коди беседует с известным астрофизиком и инструменталистом Шелли Райт о революционном проекте PANOSETI. Эта амбициозная инициатива нацелена на непрерывное сканирование всего видимого неба в оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах для поиска гипотетических техносигнатур внеземного разума.
🌌 Новый подход к поиску техносигнатур 0:00
Доктор Шелли Райт получила степень доктора философии по астрономии в 2008 году в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA). Сегодня она является ведущим астрофизиком, изучающим эволюцию галактик и сверхмассивные черные дыры, а также специализируется на создании оптических и инфракрасных приборов для крупнейших мировых телескопов.
В рамках международной программы SETI (поиск внеземного разума) Шелли Райт возглавляет технологическую группу в лаборатории Калифорнийского университета в Сан-Диего (UCSD). Ее команда занимается амбициозным проектом PANOSETI (Pulsed All-sky Near-infrared Optical SETI). Цель этой новой обсерватории — радикально расширить область поиска, охватив весь доступный спектр длин волн, количество звездных систем и длительность мониторинга для обнаружения потенциальных искусственных сигналов.
🔭 Преимущества ближнего инфракрасного диапазона 1:20
Астрофизики традиционно разделяют оптический (видимый) свет и ближний инфракрасный диапазон (NIR), однако Шелли Райт активно работает на стыке этих двух сред, находя в каждой уникальные преимущества. Главное достоинство ближнего инфракрасного диапазона заключается в его высокой проникающей способности.
Подобно радиоволнам, ИК-излучение легко распространяется по нашей Галактике, практически не поглощаясь и не рассеиваясь межзвездным газом и пылью. Шелли Райт сравнивает Млечный Путь с гигантским плоским диском фрисби, состоящим из миллиардов звезд и плотных пылевых облаков. Чтобы пробить эту плотную завесу на расстояния в тысячи световых лет, астрономам необходимы более длинные волны, чем те, что способен уловить человеческий глаз. Использование ИК-диапазона позволяет применять классические методы оптической астрономии, полностью избегая так называемой межзвездной экстинкции (затухания света).
⚡ Лазерная связь и предсказания Чарльза Таунса 2:38
Понимание ИК- и оптического диапазонов как каналов коммуникации неизбежно приводит ученых к концепции лазерной связи. По мнению Райт, направленный лазерный луч представляет собой невероятно мощный и эффективный маяк для межзвездного общения на огромных дистанциях. Даже при текущем уровне земных технологий, если сфокусировать излучение самых мощных современных лазеров через крупнейшие оптические телескопы, человечество способно на короткое время затмить собственное Солнце в тысячи раз. На другом конце Галактики гипотетическим наблюдателям хватило бы даже небольшого скромного телескопа, чтобы зафиксировать такую яркую вспышку.
Любопытно, что концепцию лазерного поиска внеземного разума сформулировал сам изобретатель лазера. Выдающийся физик Чарльз Таунс всего через два года после создания технологии, в 1961 году, опубликовал подробную статью в престижном журнале Nature. В этой работе он математически доказал, что лазеры станут лучшим средством для межзвездной коммуникации.
Уже тогда Таунс детально просчитал влияние поглощения света галактической пылью и предложил оптимальные частоты. Более того, ученый предсказал, что человечество будет использовать лазеры для связи со своими межпланетными аппаратами, например, при полетах на Марс. Шелли Райт с восхищением отмечает, что эти пророческие идеи реализуются прямо сейчас в рамках новейших миссий NASA по лазерной космической связи.
⛵ Световые паруса и обнаружение случайных утечек 5:08
Мощные лазерные установки развитых цивилизаций могут служить не только для намеренной передачи посланий. Другим перспективным направлением лазерных технологий является концепция радиационного давления света. Направляя сверхинтенсивный поток фотонов на гигантский зеркальный парус, можно ускорять космические корабли до релятивистских скоростей. Подобные проекты уже разрабатываются на Земле, ярким примером чего служит частная инициатива Breakthrough Starshot.
Шелли Райт подчеркивает, что если инопланетные цивилизации активно используют лазерные двигатели для межзвездных путешествий, их радары и разгонные треки неизбежно будут производить колоссальные «утечки» излучения в окружающий космос. Инструменты PANOSETI как раз рассчитаны на то, чтобы фиксировать подобные случайные технологические вспышки.
Ведущий поинтересовался, как отличить целенаправленное сообщение от случайного светового следа космического корабля. По словам Райт, ключевыми маркерами станут локация и динамика сигнала:
- Сигнал от лазерного паруса может быть зафиксирован в глубоком межзвездном пространстве, вдали от каких-либо известных звездных систем.
- Временная структура луча (длительность непрерывного излучения или специфический характер пульсации) будет строго соответствовать физике разгона массивного объекта.
📡 Оптический SETI против традиционного радиопоиска 7:05
На протяжении последних шестидесяти лет классический SETI полагался почти исключительно на радиодиапазон. Однако радиопоиск имеет один фундаментальный недостаток — необходимость сканирования частот. Ведущий Джон Майкл Коди сравнил это с поездкой на автомобиле, когда водитель вынужден вручную крутить ручку радиоприемника, пытаясь поймать конкретную волну вроде 93.1 FM. Если передатчик вещает на другой частоте, вы ничего не услышите.
Оптический и инфракрасный SETI работают принципиально иначе. Астрономам не нужно заранее настраивать детекторы на узкие спектральные линии или конкретные длины волн. Приборы PANOSETI мгновенно фиксируют резкое и мощное увеличение количества фотонов во всем оптическом, ультрафиолетовом и ближнем инфракрасном диапазоне.
Если в наблюдаемом секторе неба произойдет искусственная вспышка, приборы уловят ее сразу, вне зависимости от точной частоты лазера. Только после обнаружения такого аномального всплеска ученые направят на этот участок неба прецизионный спектрометр, чтобы детально изучить структуру сигнала, который, скорее всего, окажется узкополосным и периодическим.
👁️ Архитектура PANOSETI: «Глаз мухи» из линз Френеля 9:05
Предыдущие десятилетия оптический SETI опирался на так называемые таргетированные (целевые) поиски. Исследователи создавали сверхбыстрые фотометры, способные анализировать поток света от одной конкретной звезды с наносекундным разрешением, выискивая аномальные группы фотонов. Единственную попытку широкоугольного обзора предпринял Гарвардский университет, специалисты которого медленно перемещали телескоп по небу, сканируя небольшие участки на предмет ярких импульсов.
Главный вызов, который приняла команда Шелли Райт — как смотреть на все доступное небо одновременно и непрерывно. Строить сотни классических зеркальных телескопов для решения этой задачи астрономически дорого. Инженеры UCSD нашли изящное и экономичное решение, позаимствовав оптическую схему у обычных морских маяков.
Вместо тяжелых и дорогих зеркал в обсерватории PANOSETI используются пластиковые линзы Френеля диаметром 0,5 метра (около 20 дюймов). По словам Райт, каждая такая линза способна проецировать на кремниевые фотоумножители участок неба размером 10 на 10 квадратных градусов.
Конструктивно одна полусферическая станция PANOSETI объединяет около сотни таких линз. Внешне этот футуристический купол напоминает фасеточный глаз мухи или стрекозы. Этот «глаз» непрерывно фотографирует всю небесную полусферу с невероятной частотой — один кадр каждую наносекунду, пытаясь поймать мимолетные лазерные импульсы.
💥 Попутные астрофизические открытия 11:35
Помимо своей главной научно-фантастической цели, комплекс PANOSETI способен совершить революцию в классической «земной» астрономии транзиентных явлений. Никогда прежде у человечества не было оптического инструмента, обозревающего все небо с наносекундным временным разрешением.
Шелли Райт рассчитывает, что уникальная электроника обсерватории позволит параллельно изучать множество экстремальных космических процессов:
- Поиск оптических компонентов загадочных быстрых радиовсплесков (FRB).
- Регистрация наносекундных оптических пульсаций от радиопульсаров (подобных пульсару в Крабовидной туманности).
- Фиксация мгновенных световых вспышек в момент слияния нейтронных звезд или черных дыр, что позволит оперативно выдавать целеуказания гравитационно-волновым интерферометрам вроде LIGO.
- Отслеживание самых ранних, наносекундных этапов взрывов сверхновых звезд.
🛡️ Исключение ложных тревог: метод двух обсерваторий 13:09
Любой эксперимент в рамках SETI сталкивается с критической проблемой верификации данных. Если приборы зафиксируют одиночную вспышку, как доказать, что это не сбой электроники и не шумы прибора? Шелли Райт напоминает о знаменитом радиосигнале «Wow!», поймав которого в 1977 году, астрономы уже несколько десятилетий безуспешно ломают голову, так как он больше никогда не повторялся.
Чтобы полностью исключить фактор ложных срабатываний, проект PANOSETI предусматривает строительство двух абсолютно идентичных фасеточных обсерваторий. Они должны быть физически разнесены на местности примерно на один километр друг от друга.
Поскольку за одну наносекунду свет проходит расстояние ровно в один фут (около 30 сантиметров), ученые смогут использовать точную триангуляцию. Компьютерная система сопоставит наносекундную задержку прихода фронта волны на обе станции, что позволит мгновенно подтвердить подлинность космического импульса и отсечь локальные помехи.
Основным источником фонового шума для PANOSETI, как объясняет Райт, является так называемое черенковское излучение. Когда высокоэнергетические космические лучи из глубокого космоса на огромной скорости врезаются в верхние слои атмосферы Земли, они порождают каскад вторичных элементарных частиц — широкий атмосферный ливень. Этот процесс сопровождается слабой, но очень быстрой голубоватой вспышкой (аналогичное свечение можно увидеть в бассейнах ядерных реакторов). Использование двух разнесенных станций позволит эффективно отфильтровывать эти атмосферные помехи.
🧬 Парадокс распространенности жизни и проблемы финансирования 16:17
Отвечая на извечный вопрос о вероятности существования иных миров, Шелли Райт выражает твердую личную уверенность в том, что жизнь во Вселенной — явление повсеместное. Накопленные данные по экзопланетам доказывают, что планеты земного типа не являются редкостью. Райт полагает, что прямо сейчас в нашей Галактике сосуществуют другие технологические цивилизации. Однако шансы случайно угадать их конкретный способ и частоту связи исследовательница считает крайне невысокими, поскольку электромагнитный спектр (от гамма-лучей до радиоволн) поистине безграничен.
Главным препятствием на пути к великому открытию остается катастрофическое недофинансирование отрасли. По словам Райт, в обществе укоренилось глубокое заблуждение, будто бы SETI — это масштабная государственная программа, щедро спонсируемая на деньги налогоплательщиков. На самом деле американское правительство не выделяет на эти цели ни цента уже несколько десятилетий.
Вся мировая деятельность в области SETI держится на энтузиазме пары десятков ученых и скромных бюджетах, формируемых исключительно за счет частных пожертвований и грантов. Молодые талантливые специалисты неохотно идут в эту сферу, предпочитая стабильную карьеру в медицине, биологии или нейронауках, куда государство направляет миллиарды долларов. В SETI же исследователям зачастую приходится буквально «жить от зарплаты до зарплаты». Краудфандинг частично выручает при создании небольших прототипов, но для масштабных высокочувствительных обсерваторий требуются системные инвестиции.
🚨 Декодирование сигналов и открытый протокол оповещения 17:36
Если развитая цивилизация обнаружит Землю по аномальному уровню кислорода в атмосфере и решит направить в нашу сторону лазерный луч, сможем ли мы расшифровать их послание? Шелли Райт настроена оптимистично. Благодаря бурному развитию земной телекоммуникационной индустрии, человечество само научилось виртуозно модулировать лазерный свет. Современные технологии позволяют закодировать весь массив данных глобального интернета в один лазерный пучок и успешно принять его на расстоянии в 10 000 световых лет при помощи скромного телескопа.
Однако если техническую модуляцию сигнала мы поймем быстро, то на интерпретацию культурных смыслов инопланетного «Шекспира» уйдут десятилетия упорного труда целых институтов антропологов. Тем не менее, получение условной «Галактической энциклопедии» станет величайшим цивилизационным скачком. По образному выражению ведущего, это будет сравнимо с тем, как если бы в Древнем Египте внезапно сбросили с неба современный автомобиль и работающий телевизор.
В случае фиксации потенциального сигнала у команды PANOSETI нет намерений скрывать информацию. Райт заявляет, что у них разработан строгий автоматический протокол:
- Первичный сигнал обрабатывается специализированным ПО и оперативно перепроверяется дежурными астрономами визуально.
- Если кандидат признается валидным, данные немедленно отправляются в открытую международную сеть «Астрономических телеграмм» (Astronomer's Telegram).
- Координаты источника в ту же секунду становятся публичными, чтобы все свободные оптические и радиотелескопы планеты могли оперативно подключиться к наблюдениям.
Несмотря на то, что пандемия COVID-19 несколько сместила сроки финального строительства обсерватории PANOSETI, ее рабочие прототипы уже успешно функционируют в знаменитой Ликской обсерватории (Lick Observatory) на горе Гамильтон. Проект, в создании которого принимали участие такие легендарные пионеры космологии, как Фрэнк Дрейк и Пол Хоровиц, готов открыть человечеству совершенно новое, динамичное наносекундное небо.
