Несмотря на впечатляющие открытия последних лет, жизнь за пределами Земле мы так и не нашли: на просторах Вселенной нет никаких косвенных признаков технологической деятельности цивилизаций, похожих на нашу – ни космических станций, ни гипотетических сфер Дайсона, ни промышленных выбросов в атмосферу. Ничего. 

Но если с нынешним арсеналом астрономических инструментов мы не «видим» признаки инопланетной активности, заметит ли кто-нибудь нас? И если да, то на каком расстоянии? Ответить на этот вопрос решили американские астрономы, подсчитав максимальное расстояние, на котором тем или иным способом можно обнаружить землян.

Ученые попытались разобраться, на каких расстояниях от Земли можно заметить на ней признаки жизни.

Что такое «техносигнатуры» и зачем их искать?

Под техносигнатурами ученые понимают всевозможные проявления технологической деятельности, которые можно было бы зарегистрировать на расстоянии с помощью астрономических инструментов. Классический пример — радиопередачи: радиоволны можно посылать и принимать на межзвездных расстояниях при наличии достаточно мощных приемников и передатчиков.

Сегодня в рамках таких проектов по поиску внеземного разума, как SETI и Breakthrough Listen исследователи обсуждают самые разные классы потенциальных техносигнатур – от лазерных импульсов до следов масштабных мегасооружений, наподобие гипотетических сфер Дайсона. Однако многие из предложенных идей предполагают, что инопланетная цивилизация обладает куда более мощными технологиями, чем земные.

Ученые ищут внеземную жизнь любыми возможными способами.

По этой причине международная исследовательская группа под руководством астронома Софии Шейх применила противоположный подход, максимально сократив «ось экстраполяции» и рассмотрев только те сигналы, которые соответствуют реальному уровню земных технологий (на 2024–2025 год). Затем ученые оценили, на каком расстоянии мы смогли бы обнаружить эти техносигнатуры при помощи существующих телескопов и детекторов.

Если говорить несколько проще, то ученые представили как «Земля может обнаружить Землю» путем поиска техносигнатур (то есть косвенных признаков технологической деятельности) и определения расстояний, на которых такая деятельность может быть замечена.

Радиоизлучение

Как видно из подзаголовка, больше всего шансов оказаться замеченными внеземной цивилизацией с таким же уровнем технологического развития, как у нас – это искать источники радиоизлучения. Все потому, что сигналы в радиодиапазоне можно уловить издалека. При этом авторы исследования рассмотрели четыре основных класса радиопередач:

Техносигнатуры – надежный способ обнаружить внеземные цивилизации.

• 1) Короткие, но мощные направленные радиосигналы, например, знаменитое послание Аресибо или «планетные радары» (когда Земля «просвечивает» радиолокацией астероиды или объекты Солнечной системы): типичная излучаемая мощность радара Аресибо достигает от 1000 до 2500 киловатт (кВт), что делает его самым мощным радиопередатчиком, когда-либо созданным человечеством.\

Авторами зашифрованного послания Аресибо (как и послания, оставленного на золотой пластине космических аппаратов «Вояджер-1» и «Вояджер-2») были астрономы Фрэнк Дрейк и Карл Саган. Изображение: Wikipedia, Артем Фомин

Напомним, «послание Аресибо» было отправлено 16 ноября 1974 года из обсерватории Аресибо (Пуэрто-Рико) в направлении шарового звездного скопления М13, расположенного на расстоянии 25 000 световых лет от нашей планеты. Сообщение длилось 169 секунд.

• 2) Постоянно отправляемые в космос сигналы наподобие Deep Space Network от NASA – с их помощью поддерживается связь с зондами и марсоходами. По сравнению с мощностью сигналов Аресибо, их мощность скромнее – порядка сотен киловатт.
• 3) Постоянные «утечки» радиочастотных сигналов, то есть повседневный «шум» мобильных сетей, теле- и радиостанций Земли. С позиции инопланетного астронома такой сигнал может выглядеть как слабые, но непрерывные радиопомехи во многих диапазонах.
• 4) Радиосигналы от космических аппаратов, например, зондов «Вояджер». Последние, напомним, десятилетиями направляются за пределы Солнечной системы, продолжая (хотя и эпизодически) обмениваться данными с Землей.

Чтобы понять, на каком расстоянии земное радиоизлучение можно «подсветить» и распознать, авторы научной работы выбрали самый чувствительный радиоинструмент ближайшего будущего — SKA1-Mid (часть развертываемого радиотелескопа SKA) и задали сигнал/шум (SNR) равный 5, а время наблюдения – около часа. Таким образом, расстояния, на которых «увидеть» Землю, отслеживая радиосигналы, оказались следующими:

• 1) Планетный радар (пиковая мощность, как у Аресибо): до 12 000 световых лет!
• 2) Deep Space Network (направленная постоянная передача): до 65 световых лет.
• 3) Утечки от мобильных сетей: около 4 световых лет.
• 4) Сигналы «Вояджера»: менее 1 светового года (чуть меньше расстояния до границ гелиосферы).

Атмосферные техносигнатуры

В эпоху изменения климата ученым особенно интересно, может ли необычный состав атмосферы выдать индустриальную цивилизацию. Среди «техногенных газов» исследователи выделили диоксид азота (NO₂), возникающий в результате сжигания ископаемого топлива и в промышленности и хлорфторуглероды (CFC), производимые в основном человеком (на Земле почти не имеют естественных источников).

Отслеживая выбросы в атмосферу также может помочь обнаружить разумную внеземную цивилизацию.

Дело в том, что на спектральный диапазон NO₂ будут нацелены будущие телескопы (наподобие планируемой миссии Habitable Worlds Observatory). По оценкам Шейх и коллег, атмосферные примеси NO₂, которые достигли максимума в конце XX века, можно теоретически «прочесть» в спектре планеты, подобной Земле, на расстоянии около 5–6 световых лет.

Но только если хорошенько постараться и выделить 300 часов наблюдений с помощью крупного космического телескопа оптического и ближнего ультрафиолетового диапазонов.

Оптические и инфракрасные сигнатуры

Городские огни часто рассматривают как возможную техносигнатуру, поскольку ночное свечение Земли заметно на снимках со спутников. Однако на межзвездных расстояниях все не так просто: если собрать мощный телескоп типа LUVOIR или HabEx, то, как показали результаты ранее проведенных исследований, «обычная» Земля с освещенной огнями поверхностью около 0,05 % не видна за пределами нескольких десятков тысяч километров.

Автор новой научной работы рассчитали более точный предел: 0,036 светового года (то есть чуть более 2000 астрономических единиц). Практически, это масштаб внешней области Облака Оорта. Дальше зафиксировать слабое свечение ночных городов невозможно.

Ночная Земля из космоса прекрасна.

Исследователи так же оценили, насколько далеко можно уловить современные оптические системы связи (например, проект NASA DSOC, использующий лазер мощностью около 7 кВт). Выяснилось, что при удачном раскладе их можно поймать где-то в пределах нескольких световых лет, воспользовавшись мощным спектрографом.

Ещё одна возможная сигнатура — это эффект «тепловых островов»: города теплее окрестностей и излучают в ИК-диапазоне чуть сильнее. Однако с нашей нынешней аппаратурой (например, с помощью камер, установленных на космическом телескопе «Джеймс Уэбб») обнаружить такую малую разницу можно, лишь находясь очень близко к Земле — находясь примерно на орбита Нептуна. Выходит, это – не слишком впечатляющая дистанция для поиска разумных пришельцев.

Искусственные объекты в космосе и на планетах

В работе также рассматриваются объекты, размещенные людьми на других небесных телах (например, лунные модули, марсоходы) и на орбитах Земли. Если попробовать «подсветить» их самым мощным радаром (тот же Аресибо) и поймать отраженный сигнал, то дальность обнаружения составит примерно 0,15 астрономических единиц (то есть чуть дальше орбиты Марса).

Еще один интереснее вариант «Clarke exo-belt» — спутниковое кольцо на геостационарной орбите. На нашей планете множество спутников, но их плотность так мала, что «транзитный» метод (позволяющий увидеть ослабление света звезды при прохождении спутников) не сработает на межзвездных расстояниях.

Обнаружить сигнал от земных спутников можно только на очень близком расстоянии.

Расчеты показали, что существующая группировка таких объектов будет незаметна даже на расстоянии Луны при наблюдении земным солнечным телескопом (поскольку достаточная плоскость пересечения отсутствует, а плотности «кольца» не хватает).

Выводы

Полученные результаты объединили в таблицу и представили на графике, где видно, что спектр дальностей охватывает 13 порядков: от нескольких тысяч километров (обнаружить металлические посадочные ступени на Луне) до 12 тысяч световых лет («пробить» лучом планетного радара). Таким образом, лучшим вариантом для поиска стало радиоизлучение.

Ученые отметили, что предложенная ими концепция «Земля обнаруживает Землю» может служить своеобразным «зеркалом» для человечества, так как позволяет понять, какими нас могут увидеть инопланетные исследователи.

Для инопланетных астрономов наша планета может показаться необитаемой.

Однако, если где-то на просторах Вселенной есть планета, цивилизация которой похожа на нашу (очень похожа), то мы могли бы ее не заметить, даже если у нее есть города и развитая промышленность. С другой стороны, в будущем – по мере создания большего количества мощных телескопов и радиоприемников — шансы поймать даже относительно слабые сигналы (вроде «утечки» мобильных сетей) существенно возрастут.

«Земля обнаруживает Землю»

Новое исследование также поднимает ряд философских вопросов, неизменно сопровождающих поиски жизни за пределами Земли – новые численные оценки «дальности» наших техносигнатур позволяют понять, как мы выглядим со стороны. Это, по сути, тест для человечества – готовы ли мы распознать слабые или кратковременные признаки инопланетного разума в масштабах нашей Галактики, осознавая, что при этом можем оставаться незамеченными.

Будущие астрономические инструменты, возможно, позволят обнаружить жизнь за пределами Земли.

В то же самое время, подобный анализ вдохновляет ученых на новые исследования и улучшение астрономических инструментов. В конечном итоге, если мы хотим встретиться с другими обитателями космоса, то должны научиться фиксировать даже самые слабые сигналы. И наоборот – наше собственное непрерывное развитие рано или поздно может сделать Землю гораздо более заметным объектом во Вселенной.

источник