Роберт Х. Грей, автор книги "Неуловимый Вау: Поиск внеземного разума", занимался поиском радиосигналов из других миров с помощью Very Large Array и других радиотелескопов. Вы найдете множество ссылок на его работы в архивах здесь.
В сегодняшнем эссе Грей рассматривает классический эталон для оценки энергопотребления цивилизаций, представляя свой собственный взгляд на положение Земли в иерархии и на то, как эти расчеты влияют на текущие усилия SETI. Его статья о расширенной шкале Кардашева появилась в журнале The Astronomical Journal https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ab792b.
Фотография Шарон Хугстратен. Роберт Х. Грей
Человеческая цивилизация прошла удивительно долгий путь за короткое время. Не так давно основным источником энергии для нас была мускульная сила, которую мы часто получали, выполняя тяжелую работу, а сегодня гораздо больше энергии можно получить из топлива, деления, гидроэнергии, солнечной энергии и других источников, не покладая рук. Как далеко может зайти цивилизация?
Наверное, невозможно сказать, как далеко цивилизация может зайти в таких областях, как искусство или государственное управление, потому что такие вещи невозможно измерить или спрогнозировать, но использование энергии поддается измерению и имеет тенденцию к росту на протяжении веков.
Астрофизик Николай Кардашев разработал схему классификации цивилизаций в зависимости от количества энергии, которой они располагают, чтобы оценить тип цивилизации, необходимой для передачи информации между звездами. Он определил I тип как обладающий энергией, доступной человечеству в 1964 году, когда он писал свою книгу, II тип мог использовать энергию звезды, подобной нашему Солнцу, а III тип обладал энергией всех звезд в галактике, подобной нашему Млечному Пути.
Использование энергии звезд может показаться научной фантастикой, но солнечные батареи уже превращают солнечный свет в электричество в скромных масштабах, на земле и в космосе. Джеральд О'Нил и другие представляют себе орбитальные космические поселения, впитывающие солнечный свет, а Фримен Дайсон представляет себе нечто вроде сферы или роя объектов, улавливающих весь или большую часть света звезды.
Карл Саган предложил использовать арабские цифры вместо римских цифр Кардашева, чтобы обеспечить десятичные деления, и предложил более равномерные уровни мощности. Он переопределил тип 1 как 1016 ватт - очень приблизительно мощность Солнца, падающая на Землю, и округлил уровни типов 2 и 3 до 1026 и 1036 ватт соответственно, так что планетарные, звездные и галактические категории увеличиваются с шагом в 1010 или десять миллиардов. Простая формула переводит значения мощности в десятичные Типы (общий логарифм мощности в мегаваттах, деленный на десять). В недавнем 2015 году потребление энергии человеком составляло 1,7×1013 ватт, или Тип 0,72 - мы не дотягиваем до планетарной цивилизации Типа 1.0 примерно в 600 раз. В 1800 году мы имели тип 0,58, а в 1900 году - тип 0,61.
В 2015 году общее энергопотребление составило в среднем 2 300 ватт на человека, что в 23 раза превышает 100 ватт человеческого метаболизма в состоянии покоя, но это не намного больше, чем 500-1000 ватт, которые человек может выработать, работая в напряженном режиме. Возможно, мы еще не зашли так далеко.
Недавно я расширил шкалу. Тип 0 - это 106 ватт или один мегаватт, что относится скорее к области биологии, чем астрономии - мускульная сила нескольких резвых синих китов или нескольких тысяч людей. Это кажется разумной нулевой точкой, потому что цивилизация, обладающая столь малой мощностью, не будет иметь достаточно энергии для передачи сигналов к другим звездам. Тип 4 - это 1046 ватт, то есть примерно мощность всех звезд в наблюдаемой Вселенной.
Одно из применений этой шкалы - помочь представить будущее нашей цивилизации, по крайней мере, с точки зрения энергетики. Если потребление энергии будет расти со скромной скоростью в один процент в год, мы достигнем планетарного типа 1 примерно через 600 лет, а звездного типа 2 - через 3000 лет, то есть примерно так же далеко в будущем, как Ренессанс и Древняя Греция в прошлом. При таком упрощенном темпе роста мы достигнем галактического типа 3 через 5 000 лет, что почти наверняка неверно, поскольку некоторые части нашей галактики находятся на расстоянии десятков тысяч световых лет от нас, и нам придется путешествовать быстрее света, чтобы добраться туда.
Конечно, существует множество ограничений для роста - население, земля, пища, материалы, энергия и так далее. Но у людей есть опыт работы в обход этих ограничений, например, производство большего количества пищи с помощью механизации сельского хозяйства, большего жизненного пространства с помощью высотных зданий и большего количества энергии из различных источников. Трудно сказать, выйдет ли наша цивилизация когда-нибудь далеко за пределы нынешних масштабов, но поиск свидетельств других цивилизаций может дать нам некоторое представление.
Еще одно применение шкалы - помочь представить себе внеземные цивилизации, которые могут передавать межзвездные сигналы, или чье масштабное использование энергии мы можем обнаружить другими способами.
Если мы представим, что ЭТ постоянно вещают во всех направлениях, то им потребуется что-то около 1015 ватт или 100 000 больших электростанций для генерации сигнала, который наши поисковики смогут обнаружить на расстоянии тысячи световых лет с помощью 100-метрового телескопа Грин-Бэнк. Это означает, что мы должны предположить, что цивилизация типа 0.9 почти планетарного масштаба - и значительно выше, если они делают что-то большее, чем вещание - цивилизация, в сотни или тысячи раз более развитая, чем наша. Это кажется ужасно оптимистичным, хотя и стоит поискать. Если мы представляем себе цивилизации, поглощающие большую часть света звезды с помощью структур, подобных сферам Дайсона или роям, то непреднамеренные техносигнатуры, такие как отработанное тепло, переизлучаемое в инфракрасном спектре, вполне возможно, могут быть обнаружены. Некоторые инфракрасные наблюдения были проанализированы в этом направлении, например, Джейсоном Райтом и его коллегами из Пенсильванского университета.
Если, с другой стороны, мы представляем себе, что ET передает сигнал на одну звезду одновременно с помощью большой антенны, такой как 500-метровая FAST в Китае, то нам нужно предположить, что мощность антенны составляет всего 108 ватт или одну десятую от мощности одной большой электростанции, хотя сигнал можно будет обнаружить только тогда, когда игольчатый луч антенны будет направлен на целевую звезду. Чтобы поймать такие прерывистые сигналы, нам, вероятно, понадобятся системы приемников, которые будут отслеживать большие участки неба в течение длительных периодов времени - в идеале, все небо и все время - и мы пока не можем сделать это на микроволновых частотах, на которых, как многие думают, может передавать ЕТ. Скромный прототип микроволнового приемника под названием Argus уже десять лет наблюдает за большей частью неба над Университетом штата Огайо в Колумбусе с очень низкой чувствительностью, а оптическая система под названием PANOSETI (Panoramic SETI) планируется Шелли Райт из UCSD и Полом Хоровицем из Гарварда для потенциального обнаружения лазеров, освещающих нас.
Обнаружение каких-либо признаков технологии вблизи другой звезды стало бы историческим событием, поскольку это доказало бы, что разум существует где-то еще. Но правительство США не финансирует поиски сигналов с тех пор, как сенатор Ричард Брайан (D-NV) убил программу НАСА в 1993 году, несмотря на то, что вокруг других звезд были обнаружены тысячи планет.
И Кардашев, и Саган считали, что цивилизации можно характеризовать по количеству информации, которой они обладают, а также по энергии. Информационную шкалу, подобную энергетической, можно построить, используя в качестве нулевой точки 106 бит или один мегабит - примерно информационное содержание одной книги. В 1973 году, когда он писал на эту тему, Саган считал, что человеческая цивилизация может характеризоваться 1014 или 1015 битами, что соответствует 0,8 или 0,9 по формуле мощности (он использовал буквы A, B, C... для 106, 107, 108... бит, но буквы не допускают десятичного деления). Более поздние оценки объема информации человечества варьируются от 1018 до 1025 бит или от 1,2 до 1,5, в зависимости от того, учитывается ли только текст, или видео и компьютерная память.
Никто не знает, какую информацию могут содержать межзвездные сигналы. Сигналы могут кодировать целые библиотеки текстов, изображений, видео и многое другое, причем изображения могут обходить некоторые проблемы перевода. Вопрос о том, что может побудить отправлять информацию между звездами, остается открытым; один из возможных ответов - торговля. У каждого мира будет своя уникальная история, физическая среда и биология для торговли, а также, возможно, искусство и другие культурные ценности. Кардашев считал, что информация, характеризующая цивилизацию, может быть передана через Галактику за один день при наличии достаточной мощности.
Существуют ли какие-либо межзвездные сигналы, неизвестно, и вопрос о том, как далеко может зайти цивилизация, имеет решающее значение для принятия решения о том, какого рода сигналы следует искать. Если мы считаем, что цивилизации не могут продвинуться в сотни или тысячи раз дальше, чем наши энергетические ресурсы, то поиски передач во всех направлениях во все времена, как это происходит сейчас, могут не увенчаться успехом. Но цивилизации примерно нашего уровня имеют достаточно энергии, чтобы подать сигнал, направив в нашу сторону большую антенну или телескоп, хотя они могут посещать нас не очень часто, поэтому нам, возможно, придется искать способы слушать больше неба больше времени.
Дополнительные ресурсы
- N. С. Кардашев, Передача информации внеземными цивилизациями, SvA 8, 217 (1964).
- C. Саган, Космическая связь: An Extraterrestrial Perspective, Doubleday, New York (1973).
- V. Смил, Энергетические переходы: Глобальные и национальные перспективы, 2-е издание, Praeger (2017).
- R. H. Gray, The Extended Kardashev Scale, AJ 159, 228-232 (2020). https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ab792b
- R. Х. Грей, Прерывистые сигналы и планетарные дни в SETI, IJAsB 19, 299-307 (2020). https://doi.org/10.1017/S1473550420000038
Оригинал статьи находится тут
Очень интересно.