Отчет НАСА о поиске техносигнатур внеземных цивилизаций

В 1961 году знаменитый астроном Фрэнк Дрейк создал формулу для оценки количества внеземных цивилизаций (ETIs), которые могут существовать в нашей галактике. Эта формула, известная как «уравнение Дрейка», продемонстрировала, что даже по самым скромным подсчетам наша галактика может содержать хотя бы несколько продвинутых цивилизаций в любой момент времени. Приблизительно десятилетие спустя НАСА официально начало финансирование программы поиска внеземного разума (SETI).

В последнее время эти усилия вызвали большой интерес, благодаря открытию тысяч планет, находящихся вне нашей солнечной системы. Чтобы учесть возможность существования жизни, ученые также полагаются на сложные инструменты для поиска контрольных индикаторов биологических процессов (или биосигнатур) и технологической активности (техносигнатур или техномаркеров), которые могут указывать не только на жизнь, но и на продвинутый интеллект.

Чтобы удовлетворить растущий интерес к этой области, НАСА провела в сентябре семинар по техносигнатурам. Цель этого семинара состояла в том, чтобы оценить текущее состояние техносигнатурных исследований, где находятся наиболее многообещающие направления и где могут быть достигнуты успехи. Недавно был опубликован отчет о семинаре, в котором содержались все их выводы и рекомендации на будущее в этой области.

Во время семинара продолжительностью три с половиной дня были сделаны многочисленные презентации, посвященные многим актуальным темам. Они включали в себя описание поиска различных типы техносигнатур, таких как радиопоиск внеземного интеллекта, поиск мегаструктур, интеллектуальный анализ данных и поиск в оптическом и ближнем инфракрасном свете. Затем результаты семинара были сведены в отчет, который был представлен в конце 2018 года.

В конечном итоге цели семинара были такими:

Определить текущее состояние поля техносигналов. Какие эксперименты были проведены? Каково современное состояние обнаружения техносигнатур? Какие ограничения у нас в настоящее время на обнаружение техносигнатур?

Понять, что происходит в ближайшей перспективе в области техносигнатур. Какие активы существуют для поиска техносигнатур? Какие запланированные и профинансированные проекты будут продвигать современное состояние в будущие годы, и какова природа этого продвижения?

Понять будущий потенциал техносигнатур. Какие новые исследования, новые инструменты, разработка технологий, новые алгоритмы сбора данных, новая теория и моделирование и т. д. будут важны для будущих достижений в этой области?

Какую роль могут сыграть партнерские отношения НАСА с частным сектором и благотворительными организациями в продвижении нашего понимания области техносигнатур?

Отчет начинается с предоставления исходной информации о поисках техносигнатур и определения термина. Для этого авторы цитируют Джил Тартер, одного из ведущих лидеров в области исследований SETI и человека, который придумал сам термин. Кроме того, она была директором Центра исследований SETI (часть Института SETI) в течение 35 лет, прежде чем программа была отменена в 1993 году.

Как она указала в статье 2007 года, озаглавленной «Эволюция жизни во Вселенной: одиноки ли мы?“:

«Если мы сможем найти техносигнатуры — доказательства какой-либо технологии, которая изменяет свою среду способами, которые можно обнаружить, — тогда нам будет разрешено сделать вывод о существовании, по крайней мере, в какое-то время, разумных существ. Как и в случае с биосигнатурами, невозможно перечислить все потенциальные техносигнатуры технологии, которую мы еще не знаем, но мы можем определить систематические стратегии поиска эквивалентов некоторых наземных технологий 21-го века.”

Другими словами, техносигнатуры — это то, что мы, люди, признаем как признаки технологически развитой деятельности. Самый известный пример — радиосигналы, которые исследователи SETI искали последние несколько десятилетий. Но есть много других маркеров, которые не были изучены полностью, и о которых все больше и больше задумываются исследователи в последнее время.

К ним относятся лазерные излучения, которые могут быть использованы для оптической связи или в качестве движителя; признаки мегаструктур, которые, как считают некоторые, стали причиной загадочного затемнения звезды Табби; или атмосфера, полная углекислого газа, метана или других известных загрязнителей.

Когда дело доходит до поиска биомаркеров, ученые ограничены тем фактом, что существует только одна планета, которая, как мы знаем, поддерживает жизнь: Земля. В этом отношении планеты считаются «потенциально обитаемыми» в зависимости от того, являются ли они «подобными Земле». Во многом таким же образом охота на техносигнатуры ограничивается технологиями, которые, как мы знаем, осуществимы.

Однако есть также некоторые ключевые различия между техносигнатурами и биомаркерами. Как указывается в отчете, многие предлагаемые передовые технологии являются либо «самосветящимися» (то есть лазерами или радиоволнами), либо включают манипулирование энергией от ярких природных источников (то есть сфер Дайсона и других мегаструктур вокруг звезд).

Существует также вероятность того, что техносигнатуры будут широко распространены, потому что продвинутые цивилизации могли бы распространить свое присутствие на соседние планеты, звездные системы и даже галактики. «По сравнению с биосигнатурами, — говорится в отчете, — техносигнатуры могут быть более вездесущими, более очевидными, более однозначными и обнаруживаемыми на гораздо больших (даже внегалактических) расстояниях».

Для каждого из этих маркеров авторы обращаются к тому, каковы верхние пределы их обнаружения и какие существуют методы и технологии для их поиска. Чтобы представить это в перспективе, они приводят цитату из исследования Чиба и Хэнда 2005 года:

«Астрофизики… потратили десятилетия на изучение и поиск черных дыр, прежде чем накопили убедительные доказательства того, что они существуют. То же самое можно сказать о поиске сверхпроводников при комнатной температуре, распаде протонов, нарушениях специальной теории относительности или бозоне Хиггса. Действительно, большая часть наиболее важных и захватывающих исследований в области астрономии и физики связана именно с изучением объектов или явлений, существование которых не было продемонстрировано — и которые, возможно, фактически оказываются несуществующими. В этом смысле астробиология просто сталкивается с тем, что является привычной, даже банальной ситуацией в других науках».

Другими словами, будущий прогресс в этой области будет заключаться в разработке способов поиска возможных техносигнатур и определении того, в какой форме эти сигнатуры не могут быть исключены как природные явления. Они начинают с рассмотрения обширной работы, которая была проделана в области радиоастрономии.

Когда дело доходит до этого, то можно сказать, что только чрезвычайно узкополосный астрономический радиоисточник имеет искусственное происхождение, поскольку широкополосные радиопередачи являются обычным явлением в нашей галактике. В результате энтузиасты проекта SETI провели исследования, в которых искали как непрерывные волновые, так и импульсные радиоисточники, которые нельзя объяснить природными явлениями.

Хорошим примером этого является знаменитый сигнал «WOW!», который был обнаружен 15 августа 1977 года астрономом Джерри Р. Эйманом с помощью радиотелескопа Big Ear в Университете штата Огайо. В ходе съемки созвездия Стрельца вблизи шарового скопления M55 телескоп отметил внезапный скачок радиопередачи.

К сожалению, многократные последующие исследования не смогли найти каких-либо дальнейших признаков радиосигналов от этого источника. Этот и другие примеры характеризуют кропотливую и сложную работу, связанную с поиском радиоволновых техносигнатур, который характеризуется как поиск иголки в «Космическом стоге сена».

Примеры существующих инструментов и методов съемки включают в себя массив телескопов Аллена Института SETI, обсерваторию Аресибо, телескоп Роберта С. Берда Грин-Бэнк, телескоп Паркс и очень большой массив (VLA), проект SETI@home и Breakthrough Listen. Но, учитывая тот объем пространства, в котором производился поиск как в непрерывном, так и в импульсном режиме, текущие верхние пределы для сигнатур радиоволн довольно слабые.

Аналогично, сигналы оптического и ближнего инфракрасного света (NIL) также необходимо сжать с точки зрения частоты и времени, чтобы их можно было считать искусственными по происхождению. Здесь примеры включают в себя инструмент NIROSETI, систему телескопов-рефлекторов (VERITAS), широкоугольный инфракрасный обзорный исследователь (NEOWISE) и спектрометр высокого разрешения телескопа KECK (HIRES).

Когда дело доходит до поиска мегаструктур (таких как сферы Дайсона), астрономы фокусируются как на отработанном тепле от звезд, так и на снижении их яркости (затемнение). В случае с первым, были проведены исследования, которые искали избыточную инфракрасную энергию, исходящую от ближайших звезд. Это можно рассматривать как указание на то, что звездный свет улавливается технологией (например, солнечными батареями).

В соответствии с законами термодинамики часть этой энергии будет излучаться в виде «ненужного» тепла. В случае последнего, затемнения изучались с использованием данных миссий Kepler и K2, чтобы увидеть, могут ли они указывать на наличие массивных орбитальных структур — так же, как они использовались для подтверждения планетарных транзитов и существования экзопланет.

Точно так же были проведены исследования других галактик с использованием Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE, широкоугольный инфракрасный обзорный исследователь) и двухмикронного обзора всего неба (2MASS) для поиска признаков затемнения. Другие продолжающиеся поиски проводятся с помощью инфракрасной орбитальной обсерваторией (IRAS) и VASCO.

В отчете также рассматриваются техносигнатуры, которые могут существовать в нашей собственной Солнечной системе. Здесь рассматривается случай «Оумуамуа». Согласно последним исследованиям, вполне возможно, что этот объект на самом деле является чужеродным зондом и что тысячи таких объектов могут существовать в Солнечной системе (некоторые из которых могут быть изучены в ближайшем будущем).

Были даже попытки найти свидетельства прошлых цивилизаций на Земле, с помощью химических и промышленных техносигнатур, подобно тому, как такие индикаторы на внесолнечной планете можно было бы считать свидетельством развитой цивилизации.

Другой возможностью является существование космических инопланетных артефактов или «бутылочных сообщений». Они могут иметь форму космического корабля, который содержит сообщения, похожие на «Pioneer Plaque» миссий Пионера 10 и 11 или «Golden Record» миссий Вояджер 1 и 2.

В конечном счете, верхние пределы для этих техносигнатур различаются, и ни одна попытка их найти пока не удалась. Однако, как отмечается далее, существуют значительные возможности для обнаружения техносигналов в будущем благодаря разработке инструментов следующего поколения, усовершенствованным методам поиска и выгодным партнерским отношениям.

Это позволит повысить чувствительность при поиске примеров коммуникационных технологий, а также признаков химических и промышленных сигнатур благодаря возможности получения изображения экзопланет.

Примеры включают наземные инструменты, такие как Чрезвычайно Большой Телескоп (ELT), Большой Синоптический Обзорный Телескоп (LSST) и Гигантский Магелланов Телескоп (GMT). Существуют также космические приборы, в том числе недавно вышедшая в отставку миссия Кеплера (чьи данные все еще ведут к ценным открытиям), миссия Гайя и телескоп TESS.

Разрабатываемые в настоящее время космические проекты включают космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST, 2020 год), широкоугольный инфракрасный обзорный телескоп WFIRST, с углом зрения в 100 раз большим, чем у Хаббла (2025 год) и космический телескоп PLATO, который планируется запустить в 2026 году. Ожидается, что все эти инструменты в сочетании с улучшенным программным обеспечением и методами обмена данными дадут новые и захватывающие результаты в не слишком отдаленном будущем.

Несмотря на более чем 50-летний активный поиск внеземного интеллекта, люди все еще не нашли доказательств существования разумной жизни за пределами нашей Солнечной системы — то есть, по-прежнему остается известный вопрос Ферми «Где все?». Но что хорошо в парадоксе Ферми, так это то, что мы должны решить его только один раз. Все, что нужно человечеству, — это найти один пример, и на столь же проверенный временем вопрос «Одиноки ли мы?», наконец будет дан ответ.