Страница:
Вряд ли есть основания думать, что предложенные в последние десятилетия способы борьбы с трудностями - прежде всего с огромной массой горючего - резко изменят ситуацию.
Речь идет, например, об интересном предложении Р. Бюссара использовать в качестве топлива межзвездный водород, всасываемый космическим кораблем. Водород с помощью термоядерной установки синтезируется в гелий, что и дает энергию движения. Размер всасывающей воронки очень велик - сотни, если не тысячи, километров. Из-за этого после довольно медленного разгона корабль входит в субсветовой режим и начинает работать как гигантская мишень для опытов по физике высоких энергий. Воронка радиусом 1000 км будет испытывать порядка 1027 соударений в секунду. При скорости корабля v = 0,9995 с это выглядит как облучение протонами энергией порядка 100 ГэВ, т. е. суммарная мощность, поглощаемая воронкой, достигнет 1019 Вт. Если хотя бы 1 % этой мощности выделится в конструкции воронки, ей грозит быстрая гибель. При толщине стального диска 1 км на его полное плавление нужно 2.1022 Дж, что и произойдет за пару суток*. Не видно также и особых преимуществ в смысле стартовой массы. Стальная махина рассмотренного типа будет иметь М ~ 2,5.1012 тонны, что даже хуже некоторых оценок для аннигиляционных ракет. Сохраняя разумный предел конструкционной прочности, вряд ли удастся снизить эту массу более чем на 2 порядка. В общем, от проекта остается лишь идея корабля "на подножном корму", идея, которой суждено сыграть свою роль в более умеренных режимах полета.
* В сущности, тут возникает та же проблема, что у фотонных ракет, где непонятны меры по защите корабля от собственного двигателя.
Другой оригинальный вариант, предложенный венгерским физиком Г. Марксом, связан с ускорением космического аппарата сверхмощным лучом рентгеновского лазера. Общая тенденция получать звездные порядки параметров корабля легко проявляется и здесь. Скромный лазер должен стать опаснейшей рентгеновской звездой, чтобы справиться со своей задачей. Фокусировка его луча на дальних расстояниях - тоже пока нерешенная проблема. Если же чудовищно увеличить размеры летательного аппарата, чтобы зайчик попадал на его поверхность, а не в пустое пространство, опять-таки придем к глухому тупику радиационного удара межзвездным "вакуумом ".
Кроме всего, возникает дополнительный вопрос - как затормозиться? В отличие от всех других проектов данный аппарат можно посылать не в свободный поиск, а лишь по направлению к уже найденной цивилизации, которая и затормозит его своим рентгеновским лучом.
В общем, предложенные до сих пор способы не дают не то что доступного для нас, но и в принципе реализуемого на основе современных представлений проекта. Самый мягкий вывод заключается в том, что на достигнутом уровне нельзя указать средство межзвездного транспортного Контакта.
Это не столь уж удивительно с точки зрения эволюции транспортных средств. Слишком дальний прогноз в этой сфере, как, впрочем, и в любых энергетических и технологических проблемах, основанный на научных концепциях определенного периода, не слишком продуктивен, ибо концепции тоже меняются. Важно лишь, чтобы любые прогнозы, положительные или отрицательные, побуждали мысль к дальнейшему движению в оригинальных направлениях.
Не следует забывать, что, скажем, в рамках античной и христианской традиции рассматривать космические полеты было вообще нелепо - хотя бы по причине непреодолимости хрустальных сфер. В менее древние времена первоначальный анализ возможностей аппаратов тяжелее воздуха содержал гораздо больше критических соображений, чем истинного предвидения. Буквально за несколько лет до создания ядерных реакторов один из творцов ядерной физики Э. Резерфорд отвергал возможности практического использования своего детища...
Открытие каких-то принципиально новых способов передвижения в связи с необычными свойствами пространства и времени в очень больших или в очень малых масштабах - вот на что хотелось бы надеяться. Нельзя ли, например, сближать далекие точки вместо того, чтобы передвигаться между ними или устраивать что-то вроде аннигиляции "лишнего" пространства? Над этим не мешало бы подумать, по крайней мере, фантастам... Но вряд ли даже совершенно безумные способы обращения с пространством-временем в больших областях потребуют энергетических затрат, существенно уступающих звездному или галактическому масштабу. В этом весь фокус - мы можем найти значительно более эффективный способ применения энергии для дальних бросков, но не уйдем к звездам, не научившись их зажигать*.
* В фантастике способы радикально обойти трудности с фотонным звездолетом родились задолго до идеи самого фотонного звездолета. Еще в 1891 году Томас Блот придумал некую телепортацию (термин - смесь из греческого tele и латинского porto - означающий "дальнюю доставку" или что-то в этом роде). В принципе, этот изящный термин должен был обозначать дальнее космическое перемещение без применения обычных двигателей вспомним кеплеровского Демона, - и он до сих пор несет активную литературную службу. Более конкретная идея Джона Кэмпбелла - выход космического корабля в гиперпространство, т. е. в 4-е измерение, прозвучала в 1934 году. Это было вполне соответствующее время - многие известные ученые разрабатывали тогда модели реального пространства с четвертым измерением - очень интересные модели, не получившие, однако, экспериментального оправдания. Телепортация и гиперпространство стали ведущими сказочно-техническими мотивами современной космической фантастики, позволяя избегать скучноватых и все равно не слишком правдоподобных описаний будущего галактического транспорта. Разве 20 век не имеет права на свои "сапоги-скороходы" или на модернизированного кеплеровского Демона? А ведь не исключено, что в уже опубликованной и даже нарочито шуточной идее какого-либо фантаста заложено пророчество бержераковского типа...
Несмотря на отрицательный в целом прогноз транспортного Контакта, мы имеем кое-какой утешительный результат. Главный, с моей точки зрения, барьер дальних полетов - проблема расщепления цивилизации - внезапно оказывается любопытнейшим поворотным пунктом в исходной задаче. Так нередко бывает - решающее препятствие на пути осуществления заветной мечты становится куда более привлекательным предметом интереса. В самом деле, крупные корабли с практически полностью автономной системой жизнеобеспечения и приличным населением, брошенные не к звездам, а к окраинам Солнечной системы на сотни или тысячи лет - чем не внеземные цивилизации? Социальная и даже биологическая эволюция, прошедшая за такие сроки своим неземным путем,- разве не даст она интереснейшую основу для Контакта? Пусть мощность корабля будет порядка 1013 - 1014 Вт, то есть планетарных, а не звездных масштабов, но ведь мы и пытаемся отыскать населенную планету...
У нас еще будет повод вернуться к этой идее, а пока посмотрим, к чему ведут проекты других методов Контакта.
КАК ЭТО СДЕЛАТЬ - СИГНАЛЬНЫЙ КОНТАКТ
Конкретные идеи сигнального Контакта как основной альтернативы Контакту транспортному выдвигались довольно давно. Примерно тогда же, когда жюльверновские герои выстреливались из пушки на Луну, возникли вполне серьезные проекты передачи оптических сигналов на ближайшие планеты. Это были впечатляющие предложения - от вырубки гигантского прямоугольного треугольника в сибирской тайге до разжигания апокалипсического костра в Сахаре. Здесь есть повод для восхищения теми жертвами, которые часть человечества стремилась принести во имя связи с братьями по разуму, но, несомненно, мы радуемся, что жертвоприношение не состоялось - оно заметно усилило бы проявления нынешнего экологического кризиса.
Сигнальный метод имеет один принципиальный недостаток по сравнению с транспортным - приходится заведомо ограничивать круг возможных открытий наивысшим эволюционным уровнем, достигнутым на Земле. Одинаково бесполезно обстреливать радиоимпульсами планету, где процветают прокариоты, динозавры или государства в духе империи инков. Те же самые солнечные зайчики, посылаемые на Луну и на Марс с помощью гигантских зеркал в соответствие с одним из проектов 19 века, хороши лишь в сильном предположении, что селениты или марсиане изобрели очень приличные оптические телескопы.
Но есть в этом методе и явные преимущества - сигнальная связь экономит время и средства. Самая быстрая транспортная связь в масштабах Земли практически ограничена скоростями порядка скорости звука, сигнальная же - в миллион раз быстрее. Вероятно, лучшее, чего мы сумеем добиться в транспортных средствах внутри Солнечной системы,- миллисветовые ракеты, но сигнальная связь все-таки в тысячу раз быстрее. Ну и конечно, самое важное, что сигналы проходят там, где по техническим или вполне принципиальным причинам нельзя использовать никакие транспортные средства. Все, что мы знаем о недрах Земли и глубинах Вселенной, основано на обработке сигнальной информации. Если бы ввиду какого-то грандиозного природного катаклизма Атлантический и Тихий океаны не стали бы временно пропускать корабли и самолеты, обе Америки могли бы поддерживать оживленный контакт с другими континентами с помощью радиопередатчиков.
Если же "межзвездный океан" действительно не пропускает ультрарелятивистские корабли, то сигнальный Контакт остается вроде бы единственной надеждой на связь с далекими мирами. Это хорошая аналогия, но в космическом варианте есть серьезное отличие от земного - Америка все-таки была открыта транспортным методом, и произойди океанский катаклизм в доколумбову эпоху, мы и сейчас могли бы считать отсутствие радиопередач признаком необитаемости западного полушария...
Есть одно обстоятельство, способное сразу же породить сильнейший пессимизм. Дело в том, что реальные средства для сигнального Контакта поразительно, пожалуй, даже подозрительно молоды. Первый радиоприемник А. С. Попова заработал в 1895 году. В 1931 году случайное открытие К. Янского дало нам первый радиосигнал из космического пространства, а первый специальный радиорефлектор был создан в США только в 1937 году. Разработка средств, позволяющих уверенно вести поиск чужих радиосигналов и в какой-то степени ставить вопрос о посылке своих, относится уже к 40-50-м годам. Фактически нечто близкое можно сказать и об оптическом диапазоне. Пассивные средства приема, телескопы,- приборы довольно старые, но проблему передачи дальних оптических сигналов удалось поставить только после изобретения лазеров в 60-е годы. Другие же диапазоны спектра Вселенной (?-лучевой, рентгеновский, нейтринный) - целиком заслуга последних десятилетий. К этому же периоду относится и развитие наших представлений об энергетике мощных источников излучения.
Так неужели мы надеемся выйти на связь с цивилизацией, чья эволюционная разбежка с нашими цивилизациями класса В не превосходит нескольких десятков лет? Более ранний партнер будет попросту неконтактен, а более развитый... не покажутся ли ему наши средства чем-то вроде сахарских костров или сибирских лесных треугольников?
В этом-то и проблема. При ширине эволюционного спектра земных цивилизаций во многие тысячелетия трудно надеяться на сколь-нибудь заметную распространенность внеземных цивилизаций с нашим уровнем понимания сигнальных Контактов. Так не стоит ли подождать сто, двести или тысячу лет и, посмотрев на развитие сигнальных методов в этот период, на более солидной основе обратиться к межзвездным Контактам?
Доля справедливости в таком подходе, бесспорно, есть, но беда в том, что ни сторонники ожидания, ни его противники не могут оценить эту долю. Идеей ожидания можно опрокинуть все современное обсуждение Контакта*. Молодость (в том числе и дальней сигнальной связи), как говорится, преходящий недостаток. Подчеркивать его не так уж и полезно, важнее использовать достоинства. Пусть цивилизации с известными нам средствами сигнального Контакта мало или вообще нет. Но все-таки интересно посмотреть, что они могли бы предложить нам и чем мы сумели бы ответить. Только на этой основе можно пытаться вести поиск в более широком эволюционном диапазоне.
* Скажем, тот же самый транспортный метод реально тоже очень молод. Космонавтика начиналась в 60-е годы, и лишь за несколько десятилетий до этого зародились серьезные прообразы будущих ракет. Особое критическое отношение к сигналам связано с необходимостью в партнере, тогда как транспортный поиск автономен.
Итак, попробуем подробнее выяснить возможности сигнального Контакта.
Начнем с простейшей модели передачи светового сигнала - хорошо сфокусированного луча от очень мощного источника.
Светимость источника (в Ваттах), который на расстоянии r виден как звездочка величины не меньшей m, должна удовлетворять неравенству:
L ( 2,65(r2(см) ?).10-12-m/2,5 = 2,52(r2(пс) ?).1025-m/2,5 = 2,37(r2(св.г.) ?).1024-m/2,5,
где для удобства дано три варианта введения расстояния - в сантиметрах, парсеках и световых годах, соответственно, и - телесный угол (? = ?2 , где ? - угловое расхождение пучка, выраженное в радианах).
В предельных на сегодня условиях фокусировки (? ~ 10-7 радиан или 0,02 угловых секунды) оказывается, что источник можно наблюдать с расстояния 10 тысяч парсек (порядка расстояния до центра Галактики) как звездочку 25 величины (предел Зеленчукского телескопа), если его мощность порядка 2,6.109 Вт. При этом размер пятна (d ~ r?) будет порядка 200 а.е., то есть превысит размеры известной планетной зоны Солнечной системы.
Разумеется, речь может идти не об обычных источниках света, а о мощных лазерах, чей пучок дополнительно фокусируется большим зеркалом (диаметром 5-6 м). На это впервые указали американские физики Р. Шварц и Ч. Таунс еще в 1961 году. Мощности указанной величины - тысячи мегаватт - отнюдь не фантастика*. Кроме того, необязательно сразу ставить вопрос о лучевом зондировании всей Галактики. Лазер с мощностью около 250 Ватт обнаружит себя как звездочка 25-ой величины даже на расстоянии 10 световых лет. Так что посылка лазерных сигналов к ближайшим звездам, скажем, в радиусе 100 световых лет представляется осуществимой задачей.
*Импульсные лазеры, используемые в термоядерных исследованиях, дают в наносекундных импульсах до 1013 -1014 Вт ("Дельфин" (СССР), "Хеглф" (США). Полупроводниковые лазеры, работающие в непрерывном режиме для линий связи, способны давать порядка 107 Вт при сроке службы более года. Такого же порядка мощности (20-30 МВт) должны развивать лазеры, которые сейчас разрабатываются для противоракетных комплексов.
Другой вопрос - весьма серьезные технические проблемы, которые пришлось бы при этом решать. Во избежание атмосферных помех лазерный маяк пришлось бы монтировать на околоземной орбите. Этот сложнейший комплекс из лазера, зеркала, энергоустановки и ЭВМ, контролирующей всю работу станции, нуждался бы в очень продуманной защите. Следовало бы построить эффективную систему модулирования излучения. Но принципиально непреодолимых трудностей тут не видно. Усилиями международного сообщества данную проблему можно было бы решить еще в 20 веке. Эта работа принесла бы неизмеримо больше пользы, чем заброска в околоземное пространство лазерного оружия.
Самое сложное дело - программа работы такой станции. Если одна из цивилизаций в радиусе 10 св. лет от Солнца создала соответствующую установку светимостью 25 кВт, то в области Солнечной системы должен появиться зайчик размером порядка 100 млн. километров (2/3 а.е.), и наблюдать его мы можем, лишь попав в освещаемую зону. Значит, нужно придумать оптимальный режим работы маяка, рассчитав, сколько времени он должен тратить на зондирование каждого участка пространства вблизи звезды. Это предъявляет повышенные требования к определению размеров экозоны - лишь в пределах экологического кольца и следует вести сканирование. Следует также учесть, что из-за малых случайных колебаний станции в целом (или по-другому - из-за ограниченной точности ее ориентации) лазерный зайчик будет всегда немного метаться по пространству вблизи исследуемой звезды, и амплитуда этих метаний на больших расстояниях от лазера должна быть довольно велика в масштабах планетной системы. Более того, можно специально придать станции какое-то колебательное движение, и в результате наблюдатель будет регистрировать переменную звезду.
Чтобы достаточно долго вести сканирование каждой планетной системы, видимо, придется создавать набор маяков, каждый из которых будет закреплен за подозрительной звездой. Этот вариант достаточно привлекателен - вряд ли наша или другая цивилизация стала бы ограничиваться созданием единственного передатчика.
Разумеется, сложностей с режимом работы одного или нескольких маяков не возникало бы, если некая цивилизация решилась бы покрыть маяками большую сферу, обеспечив посылку сигналов во всех направлениях. Но общая мощность 1015 излучателей рассмотренного типа должна достигать 2,5.1019 Вт, чтобы система надежно была зарегистрирована как звезда 25-й величины на расстоянии 100 световых лет.
Итак, поставив проблему всенаправленного маяка, мы сразу же сталкиваемся с величинами звездного порядка.
В сущности, для создания изотропного излучателя такого масштаба нет необходимости изготовлять миллиарды лазеров и больших зеркал, достаточно "просто зажечь" звезду, которая воспринималась бы с расстояния 100 св. лет как объект 25-й величины. Что ж, звезду так звезду - фотонные ракеты приучили нас спокойно взирать на такие проекты, тем более, в данном случае не надо делать подвижный аппарат, достаточно изготовить гигантский светящийся шар.
Как же его создать?
Для поддержания мощности порядка 2,5.1019 Вт нужно не менее 4 млн. тонн горючего с эффективностью 6.109 Вт/кг, если использовать что-то типа аннигиляционного реактора. Применяя ядерное горючее, характерное для современных транспортных реакторов (P ~ 20 Вт/кг) мы вынуждены были бы заготовить его свыше 1015 тонн, что наверняка требует сооружения крупного космического тела. Если учесть, что из центра Галактики наше Солнце видно как звезда примерно 20-й величины, можно без труда заключить, что общение галактических масштабов требует звездных маяков.
Собственно опыт астрономии и без особых расчетов сразу мог бы привести к очевидному выводу, что только звезды доступны систематическим наблюдениям в масштабе Галактики, и только галактики - на межгалактических расстояниях.
Таким образом, пока проблема оптического Контакта сводится к сооружению одного или нескольких лазерных маяков и к поиску остроумного режима их работы. Видимо, выделить излучение узкополосного лазера (ширина интервала частот порядка 1 МГц) на фоне звезды было бы не так уж трудно. На своей характерной частоте лазер светил бы на 2-3 порядка ярче звезды, вблизи которой он сооружен.
К строительству собственных лазерных звезд мы пока не приступили, но активный поиск их уже начался.
Наряду с очень важным и интересным оптическим диапазоном существуют и иные варианты реализации сигнального Контакта. Представляются весьма перспективными области ультрафиолета, рентгена и ?-лучей. Лазерные маяки в таких режимах могли бы гораздо сильней оптических, в десятки тысяч раз, отличаться от своих звезд. Но многие физические и конструктивные особенности таких систем пока не понятны. Это касается и создания аппаратов и фокусировки их излучения.
Нечто более реальное возникает в диапазоне мягкого излучения, где интенсивно рассматриваются радиометоды поиска внеземных цивилизаций. По ряду причин интервал длин радиоволн, на которых было бы целесообразно вести межзвездную связь, заметно ограничен. Скажем, "радиоокно" Земли заключено между 10 метрами и 3 сантиметрами. Более длинные волны отражаются атмосферой, более короткие приводят к избыточным шумам в приемных устройствах. Если дополнительно уходить от атмосферных помех, то следует работать с волнами не длиннее 30 см. Реальный диапазон космического приема попадает в частотную полосу от 1 до 10 Гигагерц. Но и в этой полосе следует отыскать какой-то общезначимый космический стандарт.
Первый шаг в конкретном поиске сделали американские физики Дж. Коккони и Ф. Моррисон, предложившие в качестве стандарта волну 21 см (? = 1420 МГц), которая соответствует мощной линии излучения нейтрального водорода во Вселенной. По идее, эта линия должна быть знакома любой цивилизации, и вроде бы разумно воспользоваться ею для установления связи. Гипотеза Коккони-Моррисона воодушевила исследователей, и очень быстро был реализован проект ОЗМА. В 1960 году американские астрономы под руководством Ф. Дрейка стали прослушивать космическое пространство вблизи некоторых звезд на радиотелескопе Грин Бэнк.
К сожалению, ни эта, ни ряд последующих работ с помощью более крупных телескопов не привели к успеху. Можно легко назвать несколько очевидных причин неудачи: выбор не тех звезд, слишком слабые приемники, не та стандартная частота.
Последняя из причин хорошо подчеркивает очаровательную наивность исходного проекта. Сейчас мы, например, понимаем, что частота 1667 МГц, соответствующая молекулярной спектральной линии гидроксила ОН (характерная длина волны 18 см) ничем не хуже. Еще более мощная линия соответствует водяному пару (? = 1,35 см). Да и вообще станут ли внеземные цивилизации ориентироваться на земное "радиоокно"? Не исключено также, что их разум проявляется и в том, что они не лезут на частоту с очень приличным естественным фоном, а работают на какой-то кратной частоте, например, 2840 МГц или 3334 МГц. В общем, возможностей выбора конкретных направлений и частот очень много, кроме того, нам не известны минимальные параметры антенны, обеспечивающей межзвездную связь. Ведь ниоткуда не следует, что внеземная цивилизация должна разбазаривать слишком большую энергию, чтобы сообщить неизвестно кому о своем существовании.
Здесь, видимо, и кроется более весомая причина космического молчания. Энергетические проблемы в создании межзвездной радиотрансляции того же порядка, что и для трансляции оптической. Это естественно - и в том и в другом случае речь идет об общих законах распространения электромагнитных волн.
Всенаправленный радиомаяк, который из центра Галактики был бы зарегистрирован как звезда 20-й величины, разумеется, должен иметь ту же светимость, что и Солнце (L ~ 4.1026 Вт), хотя и со смещением спектра в радиодиапазон.
Один из пионеров прослушивания Вселенной на волне 21 см советский радиоастроном В. С. Троицкий подсчитал, что для такого маяка потребуется антенна, заполняющая поверхность сферы радиусом R ~ 6R( (более 4 млн. км!), причем поместить ее придется где-нибудь за орбитой Юпитера, не ближе 5-6 а.е. от Земли. Такие ограничения следуют из необходимости не слишком сильно перегревать саму конструкцию и обеспечить безопасное удаление ее от нашей планеты, которой вовсе ни к чему получать сверхмощное сантиметровое облучение.
Можно, конечно, уменьшить параметры маяка за счет более чувствительной и масштабной аппаратуры приема, то есть перекладывая часть забот на плечи партнера. Если он догадается предпринять героические усилия по регистрации потоков энергии порядка10-24 Вт/м2 (радиозвезда 41-й величины!), то для трансляции на центр Галактики хватило бы передатчика мощностью 1018 Вт. Но и такую антенну пришлось бы монтировать на сфере радиусом 5 тыс. км, т. е. в планетарном масштабе.
Троицкий проделал очень любопытный расчет общих параметров такой космической стройки. Сфера почти земного радиуса при достаточной прочности должна иметь плотность не менее 100 кг/м3, и потребует 5.1019 тонн материала (почти целая Луна!). На транспортировку его уйдет не менее 4.1037 Дж энергии. Осуществить это строительство, не нарушая баланса энерговыделения в окрестностях Солнца, можно при использовании не более 0,1 % солнечной мощности, то есть порядка 4.1023 Вт, а потому на стройку придется затратить не менее 3 млн. лет (таково отношение энергоемкости транспортировки к мощности транспорта). Для обеспечения выходной мощности 1018 Вт пришлось бы сжигать 100 млн. тонн ядерного горючего в год.
Еще один штрих к этой грандиозной картине - ежегодный бюджет строительства при более чем скромном предположении о стоимости 1 кВт. час 1 копейка. В период стройки он составил бы более 3.1021 рублей, а в тихий сезон эксплуатации всего в 400 тысяч раз меньше...
Все это далеко выходит за рамки вообразимых на сегодняшний день возможностей земной цивилизации.
Рассматривался также некий промежуточный вариант Контакта - так называемая гипотеза Р. Брейсвелла, согласно которой активная цивилизация засевает доступную ей окрестность Вселенной специальными зондами, принимающими на себя функции сигнальной связи. Эта идея связана с попыткой объединить достоинства транспортного и сигнального методов.
Действительно, посылка экипажей в межзвездное пространство без предварительной разведки - слишком рискованное предприятие. Не имея уверенности в существовании высокоразвитых форм жизни вблизи конкретной звезды, не лучше ли направить в ее окрестность автоматический зонд? Его перемещение на дальние расстояния допускает условия, в которых никогда не стал бы путешествовать человеческий коллектив. Например, можно допустить перегрузки в 100 g или 1000 g и значительно сэкономить время (при а0 ~ 1000 g корабль примерно за 8 часов выйдет в субсветовой режим, так что при полете на 10 пс за 32,5 года, истекших на планете-отправителе, на аппарате пройдет всего 35 часов).
Речь идет, например, об интересном предложении Р. Бюссара использовать в качестве топлива межзвездный водород, всасываемый космическим кораблем. Водород с помощью термоядерной установки синтезируется в гелий, что и дает энергию движения. Размер всасывающей воронки очень велик - сотни, если не тысячи, километров. Из-за этого после довольно медленного разгона корабль входит в субсветовой режим и начинает работать как гигантская мишень для опытов по физике высоких энергий. Воронка радиусом 1000 км будет испытывать порядка 1027 соударений в секунду. При скорости корабля v = 0,9995 с это выглядит как облучение протонами энергией порядка 100 ГэВ, т. е. суммарная мощность, поглощаемая воронкой, достигнет 1019 Вт. Если хотя бы 1 % этой мощности выделится в конструкции воронки, ей грозит быстрая гибель. При толщине стального диска 1 км на его полное плавление нужно 2.1022 Дж, что и произойдет за пару суток*. Не видно также и особых преимуществ в смысле стартовой массы. Стальная махина рассмотренного типа будет иметь М ~ 2,5.1012 тонны, что даже хуже некоторых оценок для аннигиляционных ракет. Сохраняя разумный предел конструкционной прочности, вряд ли удастся снизить эту массу более чем на 2 порядка. В общем, от проекта остается лишь идея корабля "на подножном корму", идея, которой суждено сыграть свою роль в более умеренных режимах полета.
* В сущности, тут возникает та же проблема, что у фотонных ракет, где непонятны меры по защите корабля от собственного двигателя.
Другой оригинальный вариант, предложенный венгерским физиком Г. Марксом, связан с ускорением космического аппарата сверхмощным лучом рентгеновского лазера. Общая тенденция получать звездные порядки параметров корабля легко проявляется и здесь. Скромный лазер должен стать опаснейшей рентгеновской звездой, чтобы справиться со своей задачей. Фокусировка его луча на дальних расстояниях - тоже пока нерешенная проблема. Если же чудовищно увеличить размеры летательного аппарата, чтобы зайчик попадал на его поверхность, а не в пустое пространство, опять-таки придем к глухому тупику радиационного удара межзвездным "вакуумом ".
Кроме всего, возникает дополнительный вопрос - как затормозиться? В отличие от всех других проектов данный аппарат можно посылать не в свободный поиск, а лишь по направлению к уже найденной цивилизации, которая и затормозит его своим рентгеновским лучом.
В общем, предложенные до сих пор способы не дают не то что доступного для нас, но и в принципе реализуемого на основе современных представлений проекта. Самый мягкий вывод заключается в том, что на достигнутом уровне нельзя указать средство межзвездного транспортного Контакта.
Это не столь уж удивительно с точки зрения эволюции транспортных средств. Слишком дальний прогноз в этой сфере, как, впрочем, и в любых энергетических и технологических проблемах, основанный на научных концепциях определенного периода, не слишком продуктивен, ибо концепции тоже меняются. Важно лишь, чтобы любые прогнозы, положительные или отрицательные, побуждали мысль к дальнейшему движению в оригинальных направлениях.
Не следует забывать, что, скажем, в рамках античной и христианской традиции рассматривать космические полеты было вообще нелепо - хотя бы по причине непреодолимости хрустальных сфер. В менее древние времена первоначальный анализ возможностей аппаратов тяжелее воздуха содержал гораздо больше критических соображений, чем истинного предвидения. Буквально за несколько лет до создания ядерных реакторов один из творцов ядерной физики Э. Резерфорд отвергал возможности практического использования своего детища...
Открытие каких-то принципиально новых способов передвижения в связи с необычными свойствами пространства и времени в очень больших или в очень малых масштабах - вот на что хотелось бы надеяться. Нельзя ли, например, сближать далекие точки вместо того, чтобы передвигаться между ними или устраивать что-то вроде аннигиляции "лишнего" пространства? Над этим не мешало бы подумать, по крайней мере, фантастам... Но вряд ли даже совершенно безумные способы обращения с пространством-временем в больших областях потребуют энергетических затрат, существенно уступающих звездному или галактическому масштабу. В этом весь фокус - мы можем найти значительно более эффективный способ применения энергии для дальних бросков, но не уйдем к звездам, не научившись их зажигать*.
* В фантастике способы радикально обойти трудности с фотонным звездолетом родились задолго до идеи самого фотонного звездолета. Еще в 1891 году Томас Блот придумал некую телепортацию (термин - смесь из греческого tele и латинского porto - означающий "дальнюю доставку" или что-то в этом роде). В принципе, этот изящный термин должен был обозначать дальнее космическое перемещение без применения обычных двигателей вспомним кеплеровского Демона, - и он до сих пор несет активную литературную службу. Более конкретная идея Джона Кэмпбелла - выход космического корабля в гиперпространство, т. е. в 4-е измерение, прозвучала в 1934 году. Это было вполне соответствующее время - многие известные ученые разрабатывали тогда модели реального пространства с четвертым измерением - очень интересные модели, не получившие, однако, экспериментального оправдания. Телепортация и гиперпространство стали ведущими сказочно-техническими мотивами современной космической фантастики, позволяя избегать скучноватых и все равно не слишком правдоподобных описаний будущего галактического транспорта. Разве 20 век не имеет права на свои "сапоги-скороходы" или на модернизированного кеплеровского Демона? А ведь не исключено, что в уже опубликованной и даже нарочито шуточной идее какого-либо фантаста заложено пророчество бержераковского типа...
Несмотря на отрицательный в целом прогноз транспортного Контакта, мы имеем кое-какой утешительный результат. Главный, с моей точки зрения, барьер дальних полетов - проблема расщепления цивилизации - внезапно оказывается любопытнейшим поворотным пунктом в исходной задаче. Так нередко бывает - решающее препятствие на пути осуществления заветной мечты становится куда более привлекательным предметом интереса. В самом деле, крупные корабли с практически полностью автономной системой жизнеобеспечения и приличным населением, брошенные не к звездам, а к окраинам Солнечной системы на сотни или тысячи лет - чем не внеземные цивилизации? Социальная и даже биологическая эволюция, прошедшая за такие сроки своим неземным путем,- разве не даст она интереснейшую основу для Контакта? Пусть мощность корабля будет порядка 1013 - 1014 Вт, то есть планетарных, а не звездных масштабов, но ведь мы и пытаемся отыскать населенную планету...
У нас еще будет повод вернуться к этой идее, а пока посмотрим, к чему ведут проекты других методов Контакта.
КАК ЭТО СДЕЛАТЬ - СИГНАЛЬНЫЙ КОНТАКТ
Конкретные идеи сигнального Контакта как основной альтернативы Контакту транспортному выдвигались довольно давно. Примерно тогда же, когда жюльверновские герои выстреливались из пушки на Луну, возникли вполне серьезные проекты передачи оптических сигналов на ближайшие планеты. Это были впечатляющие предложения - от вырубки гигантского прямоугольного треугольника в сибирской тайге до разжигания апокалипсического костра в Сахаре. Здесь есть повод для восхищения теми жертвами, которые часть человечества стремилась принести во имя связи с братьями по разуму, но, несомненно, мы радуемся, что жертвоприношение не состоялось - оно заметно усилило бы проявления нынешнего экологического кризиса.
Сигнальный метод имеет один принципиальный недостаток по сравнению с транспортным - приходится заведомо ограничивать круг возможных открытий наивысшим эволюционным уровнем, достигнутым на Земле. Одинаково бесполезно обстреливать радиоимпульсами планету, где процветают прокариоты, динозавры или государства в духе империи инков. Те же самые солнечные зайчики, посылаемые на Луну и на Марс с помощью гигантских зеркал в соответствие с одним из проектов 19 века, хороши лишь в сильном предположении, что селениты или марсиане изобрели очень приличные оптические телескопы.
Но есть в этом методе и явные преимущества - сигнальная связь экономит время и средства. Самая быстрая транспортная связь в масштабах Земли практически ограничена скоростями порядка скорости звука, сигнальная же - в миллион раз быстрее. Вероятно, лучшее, чего мы сумеем добиться в транспортных средствах внутри Солнечной системы,- миллисветовые ракеты, но сигнальная связь все-таки в тысячу раз быстрее. Ну и конечно, самое важное, что сигналы проходят там, где по техническим или вполне принципиальным причинам нельзя использовать никакие транспортные средства. Все, что мы знаем о недрах Земли и глубинах Вселенной, основано на обработке сигнальной информации. Если бы ввиду какого-то грандиозного природного катаклизма Атлантический и Тихий океаны не стали бы временно пропускать корабли и самолеты, обе Америки могли бы поддерживать оживленный контакт с другими континентами с помощью радиопередатчиков.
Если же "межзвездный океан" действительно не пропускает ультрарелятивистские корабли, то сигнальный Контакт остается вроде бы единственной надеждой на связь с далекими мирами. Это хорошая аналогия, но в космическом варианте есть серьезное отличие от земного - Америка все-таки была открыта транспортным методом, и произойди океанский катаклизм в доколумбову эпоху, мы и сейчас могли бы считать отсутствие радиопередач признаком необитаемости западного полушария...
Есть одно обстоятельство, способное сразу же породить сильнейший пессимизм. Дело в том, что реальные средства для сигнального Контакта поразительно, пожалуй, даже подозрительно молоды. Первый радиоприемник А. С. Попова заработал в 1895 году. В 1931 году случайное открытие К. Янского дало нам первый радиосигнал из космического пространства, а первый специальный радиорефлектор был создан в США только в 1937 году. Разработка средств, позволяющих уверенно вести поиск чужих радиосигналов и в какой-то степени ставить вопрос о посылке своих, относится уже к 40-50-м годам. Фактически нечто близкое можно сказать и об оптическом диапазоне. Пассивные средства приема, телескопы,- приборы довольно старые, но проблему передачи дальних оптических сигналов удалось поставить только после изобретения лазеров в 60-е годы. Другие же диапазоны спектра Вселенной (?-лучевой, рентгеновский, нейтринный) - целиком заслуга последних десятилетий. К этому же периоду относится и развитие наших представлений об энергетике мощных источников излучения.
Так неужели мы надеемся выйти на связь с цивилизацией, чья эволюционная разбежка с нашими цивилизациями класса В не превосходит нескольких десятков лет? Более ранний партнер будет попросту неконтактен, а более развитый... не покажутся ли ему наши средства чем-то вроде сахарских костров или сибирских лесных треугольников?
В этом-то и проблема. При ширине эволюционного спектра земных цивилизаций во многие тысячелетия трудно надеяться на сколь-нибудь заметную распространенность внеземных цивилизаций с нашим уровнем понимания сигнальных Контактов. Так не стоит ли подождать сто, двести или тысячу лет и, посмотрев на развитие сигнальных методов в этот период, на более солидной основе обратиться к межзвездным Контактам?
Доля справедливости в таком подходе, бесспорно, есть, но беда в том, что ни сторонники ожидания, ни его противники не могут оценить эту долю. Идеей ожидания можно опрокинуть все современное обсуждение Контакта*. Молодость (в том числе и дальней сигнальной связи), как говорится, преходящий недостаток. Подчеркивать его не так уж и полезно, важнее использовать достоинства. Пусть цивилизации с известными нам средствами сигнального Контакта мало или вообще нет. Но все-таки интересно посмотреть, что они могли бы предложить нам и чем мы сумели бы ответить. Только на этой основе можно пытаться вести поиск в более широком эволюционном диапазоне.
* Скажем, тот же самый транспортный метод реально тоже очень молод. Космонавтика начиналась в 60-е годы, и лишь за несколько десятилетий до этого зародились серьезные прообразы будущих ракет. Особое критическое отношение к сигналам связано с необходимостью в партнере, тогда как транспортный поиск автономен.
Итак, попробуем подробнее выяснить возможности сигнального Контакта.
Начнем с простейшей модели передачи светового сигнала - хорошо сфокусированного луча от очень мощного источника.
Светимость источника (в Ваттах), который на расстоянии r виден как звездочка величины не меньшей m, должна удовлетворять неравенству:
L ( 2,65(r2(см) ?).10-12-m/2,5 = 2,52(r2(пс) ?).1025-m/2,5 = 2,37(r2(св.г.) ?).1024-m/2,5,
где для удобства дано три варианта введения расстояния - в сантиметрах, парсеках и световых годах, соответственно, и - телесный угол (? = ?2 , где ? - угловое расхождение пучка, выраженное в радианах).
В предельных на сегодня условиях фокусировки (? ~ 10-7 радиан или 0,02 угловых секунды) оказывается, что источник можно наблюдать с расстояния 10 тысяч парсек (порядка расстояния до центра Галактики) как звездочку 25 величины (предел Зеленчукского телескопа), если его мощность порядка 2,6.109 Вт. При этом размер пятна (d ~ r?) будет порядка 200 а.е., то есть превысит размеры известной планетной зоны Солнечной системы.
Разумеется, речь может идти не об обычных источниках света, а о мощных лазерах, чей пучок дополнительно фокусируется большим зеркалом (диаметром 5-6 м). На это впервые указали американские физики Р. Шварц и Ч. Таунс еще в 1961 году. Мощности указанной величины - тысячи мегаватт - отнюдь не фантастика*. Кроме того, необязательно сразу ставить вопрос о лучевом зондировании всей Галактики. Лазер с мощностью около 250 Ватт обнаружит себя как звездочка 25-ой величины даже на расстоянии 10 световых лет. Так что посылка лазерных сигналов к ближайшим звездам, скажем, в радиусе 100 световых лет представляется осуществимой задачей.
*Импульсные лазеры, используемые в термоядерных исследованиях, дают в наносекундных импульсах до 1013 -1014 Вт ("Дельфин" (СССР), "Хеглф" (США). Полупроводниковые лазеры, работающие в непрерывном режиме для линий связи, способны давать порядка 107 Вт при сроке службы более года. Такого же порядка мощности (20-30 МВт) должны развивать лазеры, которые сейчас разрабатываются для противоракетных комплексов.
Другой вопрос - весьма серьезные технические проблемы, которые пришлось бы при этом решать. Во избежание атмосферных помех лазерный маяк пришлось бы монтировать на околоземной орбите. Этот сложнейший комплекс из лазера, зеркала, энергоустановки и ЭВМ, контролирующей всю работу станции, нуждался бы в очень продуманной защите. Следовало бы построить эффективную систему модулирования излучения. Но принципиально непреодолимых трудностей тут не видно. Усилиями международного сообщества данную проблему можно было бы решить еще в 20 веке. Эта работа принесла бы неизмеримо больше пользы, чем заброска в околоземное пространство лазерного оружия.
Самое сложное дело - программа работы такой станции. Если одна из цивилизаций в радиусе 10 св. лет от Солнца создала соответствующую установку светимостью 25 кВт, то в области Солнечной системы должен появиться зайчик размером порядка 100 млн. километров (2/3 а.е.), и наблюдать его мы можем, лишь попав в освещаемую зону. Значит, нужно придумать оптимальный режим работы маяка, рассчитав, сколько времени он должен тратить на зондирование каждого участка пространства вблизи звезды. Это предъявляет повышенные требования к определению размеров экозоны - лишь в пределах экологического кольца и следует вести сканирование. Следует также учесть, что из-за малых случайных колебаний станции в целом (или по-другому - из-за ограниченной точности ее ориентации) лазерный зайчик будет всегда немного метаться по пространству вблизи исследуемой звезды, и амплитуда этих метаний на больших расстояниях от лазера должна быть довольно велика в масштабах планетной системы. Более того, можно специально придать станции какое-то колебательное движение, и в результате наблюдатель будет регистрировать переменную звезду.
Чтобы достаточно долго вести сканирование каждой планетной системы, видимо, придется создавать набор маяков, каждый из которых будет закреплен за подозрительной звездой. Этот вариант достаточно привлекателен - вряд ли наша или другая цивилизация стала бы ограничиваться созданием единственного передатчика.
Разумеется, сложностей с режимом работы одного или нескольких маяков не возникало бы, если некая цивилизация решилась бы покрыть маяками большую сферу, обеспечив посылку сигналов во всех направлениях. Но общая мощность 1015 излучателей рассмотренного типа должна достигать 2,5.1019 Вт, чтобы система надежно была зарегистрирована как звезда 25-й величины на расстоянии 100 световых лет.
Итак, поставив проблему всенаправленного маяка, мы сразу же сталкиваемся с величинами звездного порядка.
В сущности, для создания изотропного излучателя такого масштаба нет необходимости изготовлять миллиарды лазеров и больших зеркал, достаточно "просто зажечь" звезду, которая воспринималась бы с расстояния 100 св. лет как объект 25-й величины. Что ж, звезду так звезду - фотонные ракеты приучили нас спокойно взирать на такие проекты, тем более, в данном случае не надо делать подвижный аппарат, достаточно изготовить гигантский светящийся шар.
Как же его создать?
Для поддержания мощности порядка 2,5.1019 Вт нужно не менее 4 млн. тонн горючего с эффективностью 6.109 Вт/кг, если использовать что-то типа аннигиляционного реактора. Применяя ядерное горючее, характерное для современных транспортных реакторов (P ~ 20 Вт/кг) мы вынуждены были бы заготовить его свыше 1015 тонн, что наверняка требует сооружения крупного космического тела. Если учесть, что из центра Галактики наше Солнце видно как звезда примерно 20-й величины, можно без труда заключить, что общение галактических масштабов требует звездных маяков.
Собственно опыт астрономии и без особых расчетов сразу мог бы привести к очевидному выводу, что только звезды доступны систематическим наблюдениям в масштабе Галактики, и только галактики - на межгалактических расстояниях.
Таким образом, пока проблема оптического Контакта сводится к сооружению одного или нескольких лазерных маяков и к поиску остроумного режима их работы. Видимо, выделить излучение узкополосного лазера (ширина интервала частот порядка 1 МГц) на фоне звезды было бы не так уж трудно. На своей характерной частоте лазер светил бы на 2-3 порядка ярче звезды, вблизи которой он сооружен.
К строительству собственных лазерных звезд мы пока не приступили, но активный поиск их уже начался.
Наряду с очень важным и интересным оптическим диапазоном существуют и иные варианты реализации сигнального Контакта. Представляются весьма перспективными области ультрафиолета, рентгена и ?-лучей. Лазерные маяки в таких режимах могли бы гораздо сильней оптических, в десятки тысяч раз, отличаться от своих звезд. Но многие физические и конструктивные особенности таких систем пока не понятны. Это касается и создания аппаратов и фокусировки их излучения.
Нечто более реальное возникает в диапазоне мягкого излучения, где интенсивно рассматриваются радиометоды поиска внеземных цивилизаций. По ряду причин интервал длин радиоволн, на которых было бы целесообразно вести межзвездную связь, заметно ограничен. Скажем, "радиоокно" Земли заключено между 10 метрами и 3 сантиметрами. Более длинные волны отражаются атмосферой, более короткие приводят к избыточным шумам в приемных устройствах. Если дополнительно уходить от атмосферных помех, то следует работать с волнами не длиннее 30 см. Реальный диапазон космического приема попадает в частотную полосу от 1 до 10 Гигагерц. Но и в этой полосе следует отыскать какой-то общезначимый космический стандарт.
Первый шаг в конкретном поиске сделали американские физики Дж. Коккони и Ф. Моррисон, предложившие в качестве стандарта волну 21 см (? = 1420 МГц), которая соответствует мощной линии излучения нейтрального водорода во Вселенной. По идее, эта линия должна быть знакома любой цивилизации, и вроде бы разумно воспользоваться ею для установления связи. Гипотеза Коккони-Моррисона воодушевила исследователей, и очень быстро был реализован проект ОЗМА. В 1960 году американские астрономы под руководством Ф. Дрейка стали прослушивать космическое пространство вблизи некоторых звезд на радиотелескопе Грин Бэнк.
К сожалению, ни эта, ни ряд последующих работ с помощью более крупных телескопов не привели к успеху. Можно легко назвать несколько очевидных причин неудачи: выбор не тех звезд, слишком слабые приемники, не та стандартная частота.
Последняя из причин хорошо подчеркивает очаровательную наивность исходного проекта. Сейчас мы, например, понимаем, что частота 1667 МГц, соответствующая молекулярной спектральной линии гидроксила ОН (характерная длина волны 18 см) ничем не хуже. Еще более мощная линия соответствует водяному пару (? = 1,35 см). Да и вообще станут ли внеземные цивилизации ориентироваться на земное "радиоокно"? Не исключено также, что их разум проявляется и в том, что они не лезут на частоту с очень приличным естественным фоном, а работают на какой-то кратной частоте, например, 2840 МГц или 3334 МГц. В общем, возможностей выбора конкретных направлений и частот очень много, кроме того, нам не известны минимальные параметры антенны, обеспечивающей межзвездную связь. Ведь ниоткуда не следует, что внеземная цивилизация должна разбазаривать слишком большую энергию, чтобы сообщить неизвестно кому о своем существовании.
Здесь, видимо, и кроется более весомая причина космического молчания. Энергетические проблемы в создании межзвездной радиотрансляции того же порядка, что и для трансляции оптической. Это естественно - и в том и в другом случае речь идет об общих законах распространения электромагнитных волн.
Всенаправленный радиомаяк, который из центра Галактики был бы зарегистрирован как звезда 20-й величины, разумеется, должен иметь ту же светимость, что и Солнце (L ~ 4.1026 Вт), хотя и со смещением спектра в радиодиапазон.
Один из пионеров прослушивания Вселенной на волне 21 см советский радиоастроном В. С. Троицкий подсчитал, что для такого маяка потребуется антенна, заполняющая поверхность сферы радиусом R ~ 6R( (более 4 млн. км!), причем поместить ее придется где-нибудь за орбитой Юпитера, не ближе 5-6 а.е. от Земли. Такие ограничения следуют из необходимости не слишком сильно перегревать саму конструкцию и обеспечить безопасное удаление ее от нашей планеты, которой вовсе ни к чему получать сверхмощное сантиметровое облучение.
Можно, конечно, уменьшить параметры маяка за счет более чувствительной и масштабной аппаратуры приема, то есть перекладывая часть забот на плечи партнера. Если он догадается предпринять героические усилия по регистрации потоков энергии порядка10-24 Вт/м2 (радиозвезда 41-й величины!), то для трансляции на центр Галактики хватило бы передатчика мощностью 1018 Вт. Но и такую антенну пришлось бы монтировать на сфере радиусом 5 тыс. км, т. е. в планетарном масштабе.
Троицкий проделал очень любопытный расчет общих параметров такой космической стройки. Сфера почти земного радиуса при достаточной прочности должна иметь плотность не менее 100 кг/м3, и потребует 5.1019 тонн материала (почти целая Луна!). На транспортировку его уйдет не менее 4.1037 Дж энергии. Осуществить это строительство, не нарушая баланса энерговыделения в окрестностях Солнца, можно при использовании не более 0,1 % солнечной мощности, то есть порядка 4.1023 Вт, а потому на стройку придется затратить не менее 3 млн. лет (таково отношение энергоемкости транспортировки к мощности транспорта). Для обеспечения выходной мощности 1018 Вт пришлось бы сжигать 100 млн. тонн ядерного горючего в год.
Еще один штрих к этой грандиозной картине - ежегодный бюджет строительства при более чем скромном предположении о стоимости 1 кВт. час 1 копейка. В период стройки он составил бы более 3.1021 рублей, а в тихий сезон эксплуатации всего в 400 тысяч раз меньше...
Все это далеко выходит за рамки вообразимых на сегодняшний день возможностей земной цивилизации.
Рассматривался также некий промежуточный вариант Контакта - так называемая гипотеза Р. Брейсвелла, согласно которой активная цивилизация засевает доступную ей окрестность Вселенной специальными зондами, принимающими на себя функции сигнальной связи. Эта идея связана с попыткой объединить достоинства транспортного и сигнального методов.
Действительно, посылка экипажей в межзвездное пространство без предварительной разведки - слишком рискованное предприятие. Не имея уверенности в существовании высокоразвитых форм жизни вблизи конкретной звезды, не лучше ли направить в ее окрестность автоматический зонд? Его перемещение на дальние расстояния допускает условия, в которых никогда не стал бы путешествовать человеческий коллектив. Например, можно допустить перегрузки в 100 g или 1000 g и значительно сэкономить время (при а0 ~ 1000 g корабль примерно за 8 часов выйдет в субсветовой режим, так что при полете на 10 пс за 32,5 года, истекших на планете-отправителе, на аппарате пройдет всего 35 часов).