В 1961 году знаменитый астроном Фрэнк Дрейк создал формулу для оценки количества внеземных разумов (ETI), которые могут существовать в нашей галактике. Эта формула, известная как «уравнение Дрейка», продемонстрировала, что даже по самым скромным подсчетам наша галактика может принять хотя бы несколько продвинутых цивилизаций в любой момент времени. Приблизительно десятилетие спустя НАСА официально начало программу поиска внеземного разума (SETI).
В последние десятилетия эти усилия вызвали серьезный интерес благодаря открытию тысяч планет, находящихся вне Солнца. Чтобы учесть возможность существования жизни, ученые также полагаются на сложные инструменты для поиска контрольных индикаторов биологических процессов (или биосигнатур) и технологической активности (техносигнатуры), которые могут указывать не только на жизнь, но и на продвинутый интеллект.
Чтобы удовлетворить растущий интерес к этой области, НАСА провела семинар по техносигнатурам НАСА еще в сентябре. 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 выпущен отчет о семинаре, в котором содержались все их выводы и рекомендации на будущее в этой области.
Этот семинар возник в результате принятия в апреле 2018 года законопроекта об ассигнованиях на конгресс-дом, в котором НАСА было поручено начать поддержку научного поиска техносигнатур в рамках их более широкого поиска внеземной жизни. На этом мероприятии собрались ученые и основные исследователи из разных областей в Лунном и Планетарном институте (LPI) в Хьюстоне, а многие другие приняли участие через Adobe Connect.
В ходе семинара продолжительностью три с половиной дня были сделаны многочисленные презентации, посвященные многим актуальным темам. Они включали различные типы техносигнатур, радиопоиски для внеземного интеллекта (SETI), SETI солнечной системы, мегаструктуры, интеллектуальный анализ данных и поиски оптического и ближнего инфракрасного света (NIL). В соответствии с Законом об ассигнованиях Палаты представителей результаты семинара были сведены в отчет, который был представлен 28 ноября 2018 года.
В конечном итоге цель семинара была четырехкратной:
- Определите текущее состояние поля техносигналов. Какие эксперименты произошли? Каково современное состояние обнаружения техносигнатуры? Какие ограничения у нас есть на техносигнатуры?
- Поймите, какие достижения наступают в ближайшей перспективе в области техносигнатуры. Какие активы существуют для поиска техносигнатур? Какие запланированные и профинансированные проекты будут способствовать развитию современных технологий в будущем, и какова природа этого прогресса?
- Понять будущий потенциал техносигнатуры. Какие новые исследования, новые инструменты, разработка технологий, новые алгоритмы добычи 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 об охоте на техносигнатуры и определения термина. Для этого авторы ссылаются на Джил Тартер, одного из ведущих лидеров в области исследований SETI и человека, который придумал сам термин. Помимо того, что 35 лет была директором Центра исследований SETI (входит в состав Института SETI), она также была научным сотрудником программы SETI НАСА до того, как она была отменена в 1993 году.
Как она указала в статье 2007 года, озаглавленной «Эволюция жизни во Вселенной: мы одни?»:
«Если мы сможем найти техносигнатуры - свидетельство какой-то технологии, которая изменяет свою среду способами, которые можно обнаружить, - тогда нам будет позволено сделать вывод о существовании, по крайней мере, в какое-то время, интеллектуальных технологов. Как и в случае с биосигнатурами, невозможно перечислить все потенциальные техносигнатуры технологии «пока мы еще не знаем», но мы можем определить стратегии систематического поиска для эквивалентов некоторых наземных технологий 21-го века ».
Другими словами, техносигнатуры - это то, что мы, люди, признаем признаками технологически продвинутой деятельности. Самый известный пример - это радиосигналы, которые исследователи SETI потратили на последние несколько десятилетий. Но есть много других подписей, которые не были полностью изучены, и все больше задумывается все время.
К ним относятся лазерные излучения, которые могут быть использованы для оптической связи или в качестве движителя; признаки мегаструктур, которые, как считали некоторые, послужили причиной загадочного затемнения звезды Табби; или атмосфера, полная углекислого газа, метана, ХФУ и других известных загрязнителей (взять страницу из нашей собственной книги).
Когда дело доходит до поиска биосигнатур, ученые ограничены тем фактом, что существует только одна планета, которая, как мы знаем, поддерживает жизнь: Земля. Но проблемы выходят далеко за рамки и включают вопросы финансирования и. Как Джейсон Райт - доцент в ПГУ и Центре экзопланет и обитаемых миров (CEHW) и один из авторов доклада - сообщил Space Magazine по электронной почте:
«Технических проблем много. Какие виды техносигнатур будут генерировать внеземные технологические виды? Какие из них обнаружимы? Как мы узнаем, нашли ли мы его? Если мы найдем это, как мы можем быть уверены, что это признак технологии, а не что-то неожиданное, но естественное? »
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 биосигнатурами.
Как они объясняют, многие предлагаемые передовые технологии являются либо «самосветящимися» (то есть лазерами или радиоволнами), либо включают манипулирование энергией из ярких природных источников (то есть сфер Дайсона и других мегаструктур вокруг звезд). Существует также вероятность того, что техносигнатуры будут широко распространены, потому что рассматриваемые виды могли распространить свою цивилизацию на соседние звездные системы и даже галактики.
Как объяснил Райт, существует много типов техносигнатур, наиболее популярным из которых является радиосигнал:
«У них есть много преимуществ: они, очевидно, являются искусственными, они являются одним из самых дешевых и простых способов передачи информации на большие расстояния, им не требуется экстраполяция нашей технологии для генерации, и мы можем обнаружить даже довольно слабые сигналы в межзвездные расстояния. Другими распространенными техносигнатурами являются лазеры - либо импульсные, либо непрерывные лучи, - которые имеют много таких же преимуществ. Обе техносигнатуры были предложены почти 50 лет назад, и большая часть работы над техносигнатурами до сих пор искала их ».
Поэтому для каждой из этих подписей необходимо установить верхние пределы, чтобы ученые точно знали, что не искать. «Когда вы ищете что-то и не находите это, вы должны тщательно документировать, какие именно сигналы вы доказалине существуют, - сказал Райт. «Что-то вроде: нет сигналов сильнее, чем какой-то уровень, в какое-то время, в некотором диапазоне определенных звезд, уже, чем в некоторой полосе, в некотором диапазоне частот»
Затем в отчете рассматривается, каковы верхние пределы обнаружения для каждой техносигнатуры и какие существуют существующие метод и технология 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, в этом отношении, 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 во многих ее родственных науках ».
Другими словами, будущий прогресс в этой области будет заключаться в разработке способов поиска возможных техносигнатур и определении того, в какой форме эти сигнатуры нельзя исключать как природные явления. Они начинают с рассмотрения обширной работы, которая была проделана в области радиоастрономии.
Когда дело доходит до этого, можно сказать, что только очень узкополосный астрономический радиоисточник имеет искусственное происхождение, поскольку широкополосные радиопередачи являются обычным явлением в нашей галактике. В результате исследователи SETI провели исследования, в которых искали как непрерывные волновые, так и импульсные радиоисточники, которые нельзя объяснить природными явлениями.
Хорошим примером этого является знаменитый «ВАУ! Сигнал », который был обнаружен 15 августа 1977 года астрономом Джерри Эманом с помощью радиотелескопа Big Ear в Университете штата Огайо. В ходе съемки созвездия Стрельца вблизи шарового скопления M55 телескоп отметил внезапный скачок радиопередач.
К сожалению, многократные последующие обследования 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 [email protected] и Breakthrough Listen , Но, учитывая, что 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 прибор ближнего инфракрасного оптического SETI (NIROSETI), систему телескопов с очень высокой энергией для радиационной визуализации (VERITAS), обозреватель широкого обзора ближних объектов Земли (NEOWISE) и эшелле-спектрометр Кека / высокого разрешения ( НАНИМАЕТ).
Когда дело доходит до поиска мегаструктур (таких как сферы Дайсона), астрономы фокусируются как на отработанном тепле от звезд, так и на снижении их яркости (омрачения). 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 захватывается технологией (например, солнечными батареями).
В соответствии с законами термодинамики часть этой энергии будет излучаться в виде «ненужного» тепла. В случае последнего, затемнения были изучены с использованием данных из Kepler а также K2 миссии, чтобы увидеть, могут ли они указать 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) и двухмикронного обзора всего неба (2MASS) для поиска признаков затемнения. Другие продолжающиеся поиски проводятся с помощью инфракрасного астрономического спутника (IRAS) и исчезающих и появляющихся источников в течение столетия наблюдений (VASCO).
В отчете также рассматриваются техносигнатуры, которые могут существовать в нашей собственной Солнечной системе. Здесь рассматривается случай ‘Оумуамуа. Согласно последним исследованиям, 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 здесь, на Земле, с помощью химических и промышленных техносигнатур, подобно тому, как такие индикаторы на сверхсолнечной планете можно было бы считать свидетельством развитой цивилизации.
Другой возможностью является существование космических инопланетных артефактов или «бутылочных сообщений». Они могут принимать форму космического корабля, который содержит сообщения, похожие на «Пионерскую доску» Пионер 10 а также 11 миссии, или «Золотой рекорд» Вояджер 1 а также 2 миссий.
В конечном счете, верхние пределы для этих техносигнатур различаются, и до сих пор не было попыток найти какие-либо. Однако, как они отмечают 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 подписей благодаря возможности прямого 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 вышедшие на пенсию. Kepler миссия (чьи данные все еще приводят к ценным открытиям), Gaia миссия и Транзитный спутник Exoplanet Survey (TESS).
Разрабатываемые в настоящее время космические проекты включают Космический телескоп Джеймса Вебба (JWST), Широкий полевой инфракрасный телескоп (WFIRST) и PLAnetary транзиты и колебания звезд (ПЛАТО) миссии. Ожидается, что эти инструменты в сочетании с улучшенным программным обеспечением и методами обмена данными дадут новые и захватывающие результаты в не столь отдаленном будущем.
Но, как резюмировал Райт, самое большое значение имеет много времени и терпения:
«Несмотря на то, что 50 лет, SETI (или, если хотите, ищет техносигнатуры) во многих отношениях все еще находится в зачаточном состоянии. По сравнению с поисками других вещей (темной материи, черных дыр, микробной жизни и т. Д.) Не было особого поиска из-за исторического недостатка финансирования; даже не было так много количественных, основополагающих работ о том, какие технические сигнатуры нужно искать! До сих пор большую часть работы люди думали о том, что бы они делали, если бы у них было финансирование. Надеемся, что скоро мы сможем воплотить эти идеи в жизнь! »
Спустя полвека поиски внеземного разума все еще не нашли доказательств разумной жизни за пределами нашей Солнечной системы - то есть, по-прежнему остается известный вопрос Ферми «Где все?». Но это хорошо в парадоксе Ферми, вы должны решить его только один раз. Все, что нужно человечеству, - это найти один пример, и на столь же проверенный временем вопрос «Мы одни?», Наконец, будет дан ответ.
Окончательный отчет «НАСА и поиск техносигнатур» был составлен Джейсоном Райтом и Доуном Гелино - доцентом в ПГУ и Центре экзопланет и обитаемых миров (CEHW), а также научным сотрудником Института экзопланет НАСА (NExScI). соответственно.
