Несколько слов о SETI

на страницах сайта 

www.electrosad.ru

Проект SETI (англ. SETI, Search for Extraterrestrial Intelligence) — проект по поиску внеземных цивилизаций и возможному вступлению с ними в контакт. Некоторые астрономы (см.Уравнение Дрейка, Парадокс Ферми) давно считают, что планет во Вселенной так много, что даже если малая их часть пригодна для жизни, то тысячи или даже миллионы планет должны быть обитаемыми. Последние достижения астрономии и физики укрепили представление о существовании многих планетных систем, пригодных для жизни.

http://ru.wikipedia.org/wiki/SETI

 
 
История
Начало SETI датируется 1959 годом, когда в международном научном журнале Nature появилась статья Коккони и Морисона «Поиски межзвёздных сообщений». В этой статье было показано, что даже при тогдашнем уровне развития космической связи мы вполне можем рассчитывать на обнаружение внеземных цивилизаций примерно такого же, как земной уровня, при условии, что они обитают не слишком далеко от нас на планетах у окрестных звёзд солнечного типа. Волна 21 см, как универсальная физическая величина (линия излучения нейтрального водорода в Галактике), предлагалась в качестве рабочей для поисков по программе SETI.
8 апреля 1960 года Франк Дрейк начал первые поиски по программе SETI, используя для этого 26-метровый радиотелескоп Национальной радиоастрономической обсерватории США в Западной Вирджинии. Проект получил название «ОЗМА», в качестве объектов поисков были выбраны две окрестные звезды солнечного типа — Тау Кита и Эпсилон Эридана.
 

 

Нейтральный водород

Общая масса водорода, на 95% нейтрального, составляет 2% от общей массы Галактики.

В галактике водород находится в разогретом (ионизированном) и атомарном (холодном) состоянии. Ионизированный водород излучает видимый свет в зависимости от его температуре (согласно гипотезе Планка) и светится только там, где поблизости есть горячие звезды. Температура ионизированных светящихся облаков (туманностей) — около 10 000°К.

Основная масса водорода в Галактике должна быть а атомарном - холодном состоянии. Но нейтральный водород в космосе не светится и невидим (глазом С.А.). Однако он излучает радиоволны длиной 21 см. По интенсивности соответствующей спектральной линии определяют массу и плотность водорода в данном направлении, а по отличию фактической длины волны этой линии от 21 см по принципу Доплера — Физо определяют скорость водородного облака. Плотность нейтрального водорода заключена в пределах от 10-22 до 10-25 г/см3.

Общее количество атомов водорода, излучающих линию 21 см, настолько велико, что лежащий в плоскости Галактики слой оказывается существенно непрозрачным к радиоизлучению 21 см.

В настоящее время выяснена общая картина распределения водорода в Галактике. его основная масса расположена преимущественно в тонком слое в галактической плоскости. Облака водорода можно наблюдать на расстояниях, гораздо больших, чем те, на которых возможно наблюдать в телескоп звезды. Температура облаков нейтрального водорода менее 100°К в среднем. 

В межзвездном пространстве в количестве, малом сравнительно с водородом, находятся атомы и некоторые простейшие молекулы других химических элементов. Они вызывают линии поглощения в спектрах звезд. Лучше всего заметны линии натрия и ионизированного кальция.

 

Ученые-физики, работавшие в то время в Корнелльском университете (США), Джузеппе Коккони и Филип Моррисон проанализировали возможности радиосвязи с обитателями планетных систем ближайших звезд и показали, что если они посылают в сторону Солнечной системы радиосигналы, используя близкую к нашей технику связи, то мы при наших средствах способны обнаружить их сигналы.

Оставался еще один важный вопрос – на какой частоте в радиодиапазоне искать предполагаемый сигнал ВЦ? Коккони и Моррисон высказали предположение, что такой частотой должна быть частота спектральной радиолинии водорода 1420 МГц (длина волны 21 см).

По их мнению, радиолиния водорода – это созданный самой природой уникальный эталон частоты. Поэтому все цивилизации, не сговариваясь, выберут её для установления связи. Кроме того, водород – это самый распространённый элемент во Вселенной. Исследования на волне 21 см дают очень ценные сведения о строении Галактики, о распределении межзвёздного газа в ней. Отсюда следует, что любая цивилизация, занимающаяся изучением Космоса, даже если она не помышляет о межзвёздной связи, рано или поздно, обнаружив радиолинию водорода, несомненно, начнет вести наблюдения на частоте этой линии. Значит, если в этом диапазоне передавать сигналы межзвёздной связи, они могут быть обнаружены в процессе обычных радиоастрономических наблюдений. 

Это мнение ученых - физиков.

 

Не знаю как у Вас, а у меня сразу возникают вопросы:
  1. Почему на длине волны водорода?
  2. Почему подобные Солнцу?
  3. а что должно быть?
     

 

 

Попробуем рассмотреть этот вопрос с точки зрения инженера

специалиста по радиоэлектронике

Не смотря на авторитет основателей SETI, смею утверждать - совсем не обязательно, что внеземные цивилизации будут искать контакты именно на этой длине волны водорода!

Обычно:

- радисты уходят с забитой мешающим сигналом частоты на свободную от помех частоту там можно услышать более слабый сигнал,

- лазерщики предпочитают работать в "окнах прозрачности".

Так почему искать сигналы внеземных цивилизаций надо на самой забитой и мало прозрачной частоте?

Только потому пришла в голову ученых физиков "пришла блестящая идея", что водород самый распространенный во вселенной элемент?

Это-то, как раз противопоказание для связиста. Ведь в нашем распоряжении не только частота спектральной радиолинии водорода 1420 МГц (длина волны 21 см), но весь радио диапазон от 10 МГц до 10 ГГц и далее. Тем более генерировать и принимать сигналы мы способны на любой частоте.

Почему от 10 МГц?

Да хоть от 10 КГц, только на выбранной частоте необходимо создать узкий направленный радиосигнал.

У точечного источника радиосигнала, который можно услышать на космических расстояниях, нет перспективы по ослаблению сигнала и энергетике передающей установки.

 

 

Чем плоха для связи на космические расстояния длинна волны холодного водорода 21 см?

Прежде всего тем что это самый распространенный элемент в космосе. А как известно даже из высказываний авторов проекта, естественное излучение водородного газа в космическом пространстве существует, и как раз это естественное излучение создает естественный шумовой фон мешающий приему радиосигнала содержащего информацию. И этот шумовой фон имеет тем больший уровень чем больше плотность водорода в космическом пространстве.

Т.е. при приеме полезного сигнала мы сталкиваемся с достаточно сильными шумами - помехами затрудняющими прием слабых сигналов далеких источников содержащих полезную информацию.

Другая сложность возникающая при приеме слабых сигналов на длине волны 21 см, это повышенное поглощение сигнала при его прохождении через водородные облака высокой плотности. Т.е сигнал от закрытого водородным облаком (или содержащими водород химическими соединениями) объекта будет существенно ослабляться.

А при приеме слабых сигналов и уровень помехи и потери на трассе сигнала выходят на первое место.

Единственное достоинство этого выбора - использование существующих радиотелескопов используемых для исследование содержание водород в космосе.

 

 

Побочные радиоизлучения цивилизаций

Известно, что существуют природные помехи и шумы на Земле. Эти помехи вызваны природными явлениями, грозы и другие электрические явления в атмосфере и земной коре, другие фоновые шумы. Они существовали бы, даже если бы на Земле не было людей, и имеют место на любой планенте Солнечной системы.

 А их характер зависят только от физика (физиологии) конкретной планеты.

Но существуют помехи создаваемые цивилизацией.

Их характер - частотный диапазон и уровень зависят от направления развития цивилизации и ее уровня.

Например для планеты Земля в восьмидесятых годах прошлого века частотный диапазон заполнен радиоизлучением так как показано на рис.1.

 

Рисунок 1.

 

Еще раз можно повторить, то что показано на рис. 1, меняется от региона к региону, с течением времени и с развитием технологий и энерговооруженности цивилизаций. Эти данные усреднены и применяются при проектировании радиоприемных трактов.

 

Рисунок 2.

На рис. 2 показана загрузка частотного диапазона 0,3 - 300 МГц (для радиоприемника расположенного на поверхности Земли) различными составляющими внешнего шума. График применяется для расчета уровня шума приемного тракта, а здесь приведена только для того чтобы Вы могли представить распределение уровни шумов различных источников.

 

 

Направленность излучения

Направленность большинства естественных источников и побочных радиоизлучений цивилизаций имеет характер точечных источников.

А известно, что напряженность поля точечного источника падает пропорционально квадрату расстояния.

Поэтому поиск признаков цивилизаций по их побочному электромагнитному излучению на больших расстояниях весьма проблематично. Для этого более подходит только направленный радиосигнал.

 

Выбор частоты

 

Текущая ситуация.

Фундаментальный параметр – несущая частота возможного сигнала позывных. Со времен пионерской работы Коккони и Моррисона [Cocconi G., Morrison P. Searching for interstellar communications. Nature, 1959, 184, No. 4690, 844] и первого поиска – проекта OZMA – наиболее подходящим универсальным стандартом считалась n0 =1420.4 МГц – частота линии 21.1 см.

Как отмечено в проекте Cyclops, наилучшим с точки зрения минимальных суммарных шумов (Галактика + земная атмосфера + реликтовый фон с Tb = 2.7 K) является диапазон 1–10 ГГц, в который попадает и частота линии 21 см.

В дальнейшем, после обнаружения природных космических источников мазерного радиоизлучения OH, центр тяжести несколько сместился с линии 21 см в сторону более высоких частот, к частотам линий OH (l = 18 см). Оливер впервые указал, что в пределах упомянутого интервала 1–10 ГГц весьма перспективно для SETI "водяное окно", участок электромагнитного спектра от 1400 до 1720 МГц. Этот участок ограничен частотами линий OH с одной стороны и линией 21 см с другой. Атом H и радикал гидроксила OH – продукты диссоциации молекулы воды: H + OH = = H2O. По этой причине для любой цивилизации с жизнью на водной основе частотный диапазон "водяного окна" должен быть выделенным и иметь "магическое" значение. Обзор NASA HRMS (High-Resolution Microwave Survey) уделяет основное внимание именно частотам "водяного окна", а также диапазону вблизи 8500МГц.

Имеются и другие соображения по выбору оптимальной частоты для SETI. Перечислим основные частоты, предложенные в диапазоне 1–10 ГГц.

1) Линия 21 см перехода между подуровнями сверхтонкой структуры основного состояния (n = 1) атома водорода (n0 = 1420.4 МГц).

2) Частота линии 21 см n0, умноженная на универсальные константы (p, e, 2, ln2 и т.д.); наблюдения на частоте n0 не совсем удобны из-за мешающего влияния излучения межзвездного водорода.

3) Аналог линии 21 см для трития – изотопической разновидности водорода 3H. Тритий – короткоживущий изотоп с периодом полураспада 12.6 лет, имеет линию сверхтонкой структуры на частоте 1516.7 МГц. Известен как минимум один обзор ближайших звезд в линии трития.

4) Частоты линий молекулы гидроксила OH (1612, 1665, 1667 и 1720 МГц).

5) "Водяное окно", перекрывающее диапазон между n0 и частотами линий гидроксила.

6) Линии переходов тонкой структуры состояния n = 2 атома водорода: шесть линий вблизи частот 9852.0, 9875.7, 10029.6, 909.9, 1087.5, 1146.6 МГц.

7) Переход тонкой структуры изотопа гелия 3He 8666 МГц.

8) Линия формальдегида H2CO 4830 МГц (l = 6 см). Линия почти всегда наблюдается в поглощении, даже при отсутствии источников радиоконтинуума в данном направлении, то есть непосредственно в спектре фонового реликтового излучения с яркостной температурой Tb = 2.7 K. Таким образом, частота линии H2CO – одна из наиболее "холодных" в данном диапазоне для многих участков неба.

За пределами диапазона 1–10 ГГц выделенная частота, – безусловно, переход 616–523 молекулы воды H2O на волне 1.35 см (22235 МГц).

В.С. Троицкий [56, с. 19]одним из первых обратил внимание на возможности, предоставляемые диапазоном миллиметровых волн. В этом диапазоне, благодаря более высокой направленности передающей и приемной антенн, можно при той же мощности передатчика осуществить связь на гораздо больших расстояниях. В качестве стандарта для SETI в миллиметровом диапазоне Н.С. Кардашев [Nature, 1979,] предложил частоту n = 203.384 ГГц (l = 1.47 мм), на которой находится переход сверхтонкой структуры атома позитрония (Ps), короткоживущей структуры, которая может образовываться в ~70% случаев аннигиляций электрон-позитронных пар. Эта частота лежит также вблизи другого естественного стандарта – максимума спектра фонового реликтового излучения с Tb= 2.7 K. К настоящему времени выполнены уже два обзора ближайших звезд на частоте линии позитрония.

 

Точка зрения инженера связиста на выбор частоты для SETI

Нельзя использовать те частоты, что имеют галактические природные источники, в том числе не могут быть доводом, что "это созданный самой природой уникальный эталон частоты". Современные методы генерирования сигнала позволяют иметь точность частоты на уровне стандарта на любой необходимой частоте. Поэтому проблема стабильности частоты в современных средствах связи не стоит.

Выбор частоты для канала связи с ВЦ должен обеспечивать минимальный уровень помех - шумов, в том числе естественных источников в выбранном диапазоне.

Поэтому для обеспечения поиска сигналов внеземных цивилизаций необходимо провести изучение тонкой структуры спектра радиоизлучений открытого космоса с целью нахождения "окон прозрачности" и "окон минимального уровня побочных излучений", которые и использовать для дальнейшей работы.

 

Выводы

Для выполнения проекта  SETI необходимо:

1. Выполнить выбор частоты для связи и поиска сигналов ВЦ находящейся на частотах "окон прозрачности" и "окон минимального уровня побочных излучений",

2. Определиться с целями для связи с ВЦ для ведения узко направленного поиска,

3. Использовать "окна прозрачности" и "окна минимального уровня побочных излучений" для поиска сигналов внеземных цивилизаций.

Но есть одна причина делающая проект SETI проблематичным в своей основе.

Это время распространения сигнала.

Даже принятый через сотни и более лет сигнал (в том числе и ответный) теряет свою актуальность по причине имеющей место у нас (возможно мы не сильно отличаемся от ожидаемых контактеров) нестабильности общества - цивилизации. Не говоря уже о неопределенности чисто геофизической или космической. А знать о том что где-то существовала цивилизация, так мы это знаем, что вероятность существования ВЦ достаточно высока.

 

А. Сорокин

май 2011 г.

Ссылки:
  1. ОБЩАЯ АСТРОФИЗИКА: КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО КУРСУ "РАДИОАСТРОНОМИЯ", Г. М. РУДНИЦКИЙ, Учебное пособие для студентов, Московский Государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, 2001
  2. Курс общей астрономии, Межзвездный газ
  3. Радиолиния водорода 21 см,
  4. Лекции по Общей Астрофизике для Физиков, Радиолиния нейтрального водорода 21 см,
  5.  G. Cocconi and P. Morrison, Searching for Interstellar Communications, Nature, Vol. 184, No. 4690, pp. 844–846 (1959).
  6. 50 лет CETI/SETI , Г. М. Рудницкий, ГАИШ, Москва
  7. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике, Э.Ред, М, Мир 1990,

 

Яндекс.Метрика

<<назад>> <<в начало>> <<на главную>>

Попасть прямо в разделы сайта можно здесь:

/Неизвестный процессор/Охлаждение ПК/Электроника для ПК/Linux/Проекты, идеи/Полезные советы/Разное/
/Карта сайта/Скачать/Ссылки/Обои/

 

При полном или частичном использовании материалов ссылка на "www.electrosad.ru" обязательна.
Ваши замечания, предложения, вопросы можно отправить автору почтой.

Copyright © Sorokin A.D.

2002 - 2020