76-е объяснение Парадокса Ферми

Всем, глядящим на звезды разумным существам, должна приходить в голову одна и та же мысль. «Где все те, кто так же , как и я, смог понять, что эти светящиеся в ночи точки — такие же солнца, как то , что дает жизнь мне и всем подобным мне ?».

Если Вселенная так стара, как говорят ученые и физические законы везде во Вселенной такие же, как вокруг нас, то те разумные существа, которые возникли раньше нас, и смогли выйти в космос, несомненно уже побывали на нашей планете. Или мы должны видеть в небе, среди звезд, результаты их деятельности. Или как?

Стефаном Уэббом

 собрано семьдесят пять ответов на этот вопрос.

Вопрос, именуемый Парадоксом Ферми в расширенной Шкловским формулировке «почему никого не было и ничего не видно?"

Вариантов ответа на этот вопрос всего три:

1. Мы, или единственные, или первые в обозримой Вселенной.

2. Остальные рядом с нами есть, но никто никуда не способен ни распространиться, ни послать сигналы.

3. Мы не видим или не принимаем увиденное за сигналы или за самих иных.

Семьдесят пять ответов сводятся к этим трем вариантам.

На самом деле таких ответов намного больше. Каждый, размышляющий об этом дает собственный ответ. Но все ответы сводятся именно к этим трем вариантам.

76-е объяснение необъясненного до сих пор парадокса описывает модель, которая не противоречит наблюдаемым фактам.

Вопрос, именуемый Парадоксом Ферми в расширенной И.С. Шкловским формулировке «почему никого не было и ничего не видно?"

В первом варианте ответа на этот вопрос 

Мы, или единственные, или первые в обозримой Вселенной.

содержится предположение, что несмотря на то, что мы не видим во Вселенной запретов на существование мест, где такие разумные существа, как мы могут существовать, наши знания об условиях возникновения разума во Вселенной недостаточны для однозначного ответа.

— Если во времена Шкловского сомневались в распространенности планет, то сейчас, всё труднее представить звезду без планет.

— Простейшие "кирпичики жизни" - аминокислоты находят прямо в межзвездных пылевых облаках.

— Длинноцепочечные полимеры - белки увидели в спектре поверхности околоземного астероида. И прямо в образцах, доставленных на Землю

То есть условия для появления жизни есть, а вот признаков разума мы не видим.

Однако сама формулировка ответа требует, что бы было проверяемое условие запрета на возникновение разума. И сами по себе результаты поисков разума во Вселенной дадут оценку всем ответам первого варианта.

Второй вариант:

Остальные рядом с нами есть, но никто никуда не способен ни распространиться, ни послать сигналы.

Достаточно одной цивилизации, способной к перемещению своих представителей меж звезд и все планеты нашей Галактики были бы заполнены свидетельствами посещения за первые сотни миллионов лет от момента её, цивилизации, возникновения.

Белые точки - колонизируемые звездные системы. Красные - освоенные звездные системы. ..моделирование иллюстрирует как скорость перехода, так и его морфологический характер в случае, когда звездные движения играют значительную роль. ...мы начинаем с единой устойчивой звездной системы около места Солнечной системы в Галактике и не «выключаем» поселение после того, как заселились 50% звезд. ...корабли из домашней системы и всех поселений запускаются не чаще, чем каждые 0,1 млн. Лет, технология сохраняется в устоявшейся системе за 100 млн. Лет перед вымиранием, а дальность полета корабля составляет ~ 3 пк (масштабировано таким образом, чтобы сохранить качественное и количественное поведение поселения с учетом небольшого количества звезд, выбранных для того, чтобы время вычислений было управляемым). Это представляет собой скорость расчетов корабля порядка 10 км/с(то есть аналогично нашим собственным межзвездным зондам и согласуется с ускорением с помощью гравитационных рогаток с планет-гигантов) и время путешествия до 0,3 млн. лет, но динамика задается дальностью полета корабля и поэтому не изменяется с более быстрыми кораблями.

Даже если запускать по одному колониальному кораблю раз в сто тысяч лет, и лететь на 3 парсека за один раз, то вся галактика полностью колонизируется за один миллиард лет. А наша Галактика существует десять миллиардов лет. И каждый год в ней появляется новая планетная система.

В первой части не будем рассматривать непосредственное посещение Солнечной Системы. Но сигналы от «удачливого» колонизатора Галактики где?

Объяснение вторым вариантом ответов говорит о том, что наши знания о препятствиях для распространения цивилизаций меж звезд и передачи ими сигналов недостаточны для однозначного ответа.

Третий вариант ответов 

Он ничего не говорит о наших знаниях. Он говорит о поле нашего незнания.

Почему мы не видим таких, как мы? Почему мы не слышим таких как мы? Что мы не понимаем?

Мы не видим или не принимаем увиденное за сигналы или за самих иных.

Может быть они боятся и прячутся?

В статье Льва Мироновича Гиндилиса 1996 года «Астросоциологический парадокс в проблеме SETI» есть ответы третьего варианта:

«Ограниченная мощность передатчика» и «не можем отличить его от естественного фона»

К сожалению, как и почему Внеземные Цивилизации могут передавать о себе только таким образом сведения о себе, в статье не исследовано.

Может быть они боятся и прячутся? Друг от друга. Популярное объяснение, обычно называемое "состояние Темного леса"

Александр Дмитриевич Панов в недавней лекции сравнил такое объяснение ответа следующим образом:

«Маршируя с барабаном по темному лесу,(громко барабаня и стреляя петардами), ни в коем случае нельзя кричать «ау».

Технологическая цивилизация, которой мы являемся, замечательно сигналит о своем существовании одними аэродромными радарами, например. И те, кто хочет услышать их сигналы просто должен включить приемники сигналов, описание которых будет приведено далее.

Составное изображение Земли ночью, созданное с использованием данных Оперативной системы линейного сканирования (OLS) Программы оборонного метеорологического спутника (DMSP).

Может ли Внеземная Цивилизация передавать и принимать сигналы передатчиками ограниченной мощности и неотличимыми от естественного фона сигналами, не прячась при этом ни от кого?

Прежде чем перейти к 76-му объяснению парадокса Ферми, я изложу условия модели, в которой это объяснение возможно:

— Движение быстрее, чем свет, невозможно.

Иначе нас бы посетили. (Или мы первые. Или единственные.)

— Движение объектов с релятивистскими скоростями, заметно будет уже нашими приборами наблюдения.

(включение двигателей шаттла, например , инфракрасный орбитальный телескоп WISE заметит в поясе Койпера, а это даже не проценты от потребной мощности для движения на релятивистской скорости сколь-либо массивного объекта). В космосе видны объекты, движущиеся с релятивистскими скоростями.

Активная гигантская эллиптическая галактика M87. Из центра галактики вырывается релятивистская струя

От таких объектов идет очень сильный радиосигнал. В них нет ничего, кроме сильно ионизированного потока атомов.

А вот пример звезд, движущихся через разреженные газопылевые облака:

Дзета Змееносца — молодая, большая и горячая звезда, расположенная примерно в 370 световых годах от нас. Примерно в шесть раз горячее, в восемь раз шире, в 20 раз массивнее и примерно в 80 000 раз ярче нашего Солнца. Эта массивная звезда движется со скоростью около 24 километров в секунду. Достаточно быстро, чтобы преодолеть звуковой барьер в окружающем межзвездном материале

Четыре убегающие звезды бороздят области плотного межзвездного газа и создают яркие носовые волны и шлейфы светящегося газа. Звезды на этих изображениях, сделанных космическим телескопом НАСА «Хаббл», входят в число 14 молодых убегающих звезд, обнаруженных с помощью Advanced Camera for Surveys в период с октября 2005 г. по июль 2006 г.

Примерно так выглядели бы релятивистские звездолеты, летящие меж звезд в радиусе тысяч парсек от нас 

Ну и самое главное

— связь быстрее скорости света невозможна.

Если Вы не согласны с такими условиями, значит объяснение не для Вас.

Первый и второй варианты объяснения парадокса Ферми-Шкловского, предпочитают люди с солипсистским и эскапистским складом ума соответственно.

Доказывать правильность этих вариантов бесполезно. Доказывать невозможность чего-либо, несмотря на существующий образец возможности этого несколько странно.

Признаки разума на теневой стороне планеты Земля. Виден через гравископы и рефрактоскопы всех возможных наблюдателей в Местном пузыре.

Третий вариант

- Мы не видим или не принимаем увиденное за сигналы или за самих иных.

при условиях, что:

— Движение быстрее, чем свет, невозможно.

— Движение объектов с релятивистскими скоростями, не наблюдается , хотя доступно для нашего уровня приборов наблюдения

— связь быстрее скорости света невозможна

приводит нас к рассмотрению способов межзвездной коммуникации и наблюдений, давно известных науке. Прямо со времен Ньютона известных.

— Гравитационная линза звезды

— Линзирование света далеких источников атмосферой планеты

Оба этих способа основываются на давно известных феноменах и не используются нами только потому, что это истинно космические способы связи. А мы — цивилизация «планетарная» по расположению и способу мышления.

1. Гравитационная линза звезды

Дуги и кольцо Энштейна - вид усиленного в миллионы раз излучения удаленного источника.

наша звезда отклоняет лучи света, проходящие мимо нее. Отклонение это малое, не более 1.7 угловой секунды, и с Земли оно видно только как еле заметное «отодвигание» звезды от Солнца, по сравнению с ее нормальным положением. Впервые оно было измерено Эддингтоном в 1919 году во время полного солнечного затмения. Источник точно за Солнцем мы с Земли не увидим, но звезды, скрывающиеся за самым краем диска Солнца и затмившей его Луны, могут чуть-чуть выступить из-за него — на одну двухтысячную от его размера.Если двигаться вдоль линии, соединяющей далекий источник и Солнце, видимый диск последнего будет уменьшаться, а величина «отодвигания» останется прежней. И в какой-то момент наблюдатель сможет увидеть лучи далекого источника, обогнувшие Солнце со всех сторон. Тогда вместо тусклой звездочки он увидит ослепительное кольцо, вспыхнувшее вокруг далекого Солнца и в некоторых случаях дающее заметную прибавку к его собственной яркости.Усиление пропорционально соотношению видимого размера кольца Эйнштейна и диаметра диска далекой звезды — а поскольку он очень мал, получаются умножение интенсивности во многие тысячи раз. Еще колоссальнее усиливается яркость планет — в миллионы раз.

Да, именно так. чем меньше диаметр источника, тем выше его усиление.

(для Солнца это место начинается в 550 астрономических единицах от Солнца, самая дальняя планета — Нептун, удаляется от Солнца на 30 астрономических единиц, Вояджер −2 — улетел на 125 астрономических единиц от Солнца, Вояджер −1 — на 150)

Схема работы «гравископа» весьма сложна

коронограф для 10-сантиметрового телескопа должен парить в пяти километрах от него, синхронно повторяя все движения детектора с точностью до миллиметров, а размер «проекции» планеты достигает километра. И весь этот километр нужно просканировать, линию за линией, чтобы измерить вариации яркости кольца Эйнштейна и по ним рассчитать изображение планеты. Сколько линий в растре — столько и пикселей в изображении. Деконволюция требуется, поскольку в каждой точке наблюдения в яркость кольца Эйнштейна вносит не только точка экзопланеты, находящаяся непосредственно на оси наблюдения, но и все остальные, в некоторой существенной пропорции.Но для связи и просто для обнаружения радиопередач такие действия не нужны. Сигналы будут видны без обработки. Разнесенные тарелки приемников сравнят усиленное и не усиленное изображение экзопланеты и получит нужное усиление сигнала

Линза гравископа фокусирует всё электромагнитное излучение. Да она даже нейтрино и гравитационные волны фокусирует. А значит, если отправить на фокальную линию звездного гравископа тарелку радиотелескопа, то точечный источник радиоволн на продолжении фокальной линии усилится в миллионы раз.

Усиление сигнала Солнцем около 10 миллионов раз для Ku-диапазона (69 dB).

Мощность сигнала, нужная для связи через гравитационную линзу звезды, ничтожна. До «Таукитянской» фокусной линии можно «дозвонится» с Солнечной фокусной линии буквально обычным сотовым телефоном, если там, у Кита будет приемник с мощностью обычной вышки сотовой связи. но пинг будет большой, мягко говоря...

Есть более доступный, но менее универсальный способ межзвездной связи:

2. Линзирование света далеких источников атмосферой планеты

https://arxiv.org/pdf/1908.00490.pdf

Воздух преломляет свет, как и вода или стекло призмы, хотя и гораздо меньше. Поэтому лучи Солнца, проходящие через атмосферу Земли по касательной к ее поверхности, отклоняются вниз, а точнее, в сторону ее центра. Благодаря этому на закате мы видим Солнце, когда на самом деле оно уже зашло..... Рефракция света в земной атмосфере намного сильнее гравитационного линзирования Солнцем — при прохождении над самой поверхностью отклонение луча превышает один градус (35 угловых минут на пути от границы атмосферы до поверхности, и еще столько же — на второй половине пути). На расстоянии 315000 км — ближе орбиты Луны — эти лучи сходятся, а размер «кольца линзирования», аналога кольца Эйнштейна, при этом совпадает с видимым диаметром Земли,

В отсутствие поглощения собирающая способность терраскопа достигает десятков тысяч , а его теоретический дифракционный предел составляет десять угловых наносекунд, что соответствует деталям размером в пару десятков километров на планете в тридцати световых годах, или размеру пикселя на этом экране, если глядеть на него с Луны. Существенными недостатками является точно то же самое, что мешает астрономическим наблюдениям с Земли, только помноженное во много раз — турбулентность атмосферы и поглощение в ней. С ними, однако, можно справиться, если отодвинуться дальше от Земли

на больших расстояниях сходятся в точку лучи, прошедшие через стратосферу, которая является самым спокойным слоем земной атмосферы, но при этом все еще обладает достаточной плотностью для заметной рефракции

. Так, на расстоянии 5 миллионов километров от Земли фокусируются лучи, прошедшие в 18 км над ее поверхностью. Отклонение при этом составляет около 4 угловых минут (в 150 раз больше предела гравлинзы Солнца), воздушная масса на пути луча — 5-7 атмосфер, а поглощение вместо четырех-шести порядков уменьшается до одной звездной величины.

По ссылке

https://vk.com/@torque_xtr-terrascope-teleskop-razmerom-s-zemlu

можно прочитать подробности использования атмосферы Земли в качестве «рефракционной линзы»("Терраскоп"). В отличие от гравископа, «атмосферный рефрактоскоп» не требует коронографа, кроме самого простейшего. И, если использовать атмосферу Венеры (назовем это "Геспероскопом"), то и не будет засвечиваться атмосферными явлениями, типа гроз, ночным освещением и полярными сияниями. Атмосферные помехи, несколько превосходят таковые для наземных телескопов, из-за того, что слой атмосферы намного толще при касательном наблюдении. Но если использовать рефракцию на верхних слоях атмосферы, то «то на то» и выходит, примерно. Если разместить телескоп в точке Лагранжа-1 Солнце-Венера, а в точке Лагранжа-2 Солнце-Венера разместить батарею лазерных излучателей, то модель снятия искажения атмосферы при наблюдении получается так же, как сейчас подобной системой убирают атмосферные искажения наземных телескопов. Когда будете заявку на грант писать, укажите, что один раз в венерианский год (225 суток) можно наблюдать в ближнем инфракрасном диапазоне объект Sagittarius A* на несколько порядков большим разрешением, чем сейчас.( эквивалентна 100-метровому телескопу для апертуры 0.3 м )

Вид Земли с Луны во время полного лунного затмения. Свет Солнца преломляется рефракцией в атмосфере Земли.

Демонстрация усиления атмосферой планеты света звезды.

Демонстрация усиления атмосферой планеты света звезды(спутник Нептуна - Тритон усилил рефракцией в своей ничтожной атмосфере свет покрытой звезды).

(Покрытие звезды Тритоном с центральной вспышкой даже сумели заснять на видео, и если знать, что на нем происходит — это действительно впечатляет!)

https://youtu.be/HgaBVK2gBsQ

Терраскоп(рефрактоскоп на атмосфере Земли) намного превосходит любые классические приборы — полное удаление света звезды, одновременное усиление света планеты на пять порядков, и возможность некоторой детализации изображения пока что недостижимы больше ни одним другим способом.

Соответственно, использование "рефрактоскопов" позволяет организовать связь лазерами, с длинами волн соответствующих окнам проницаемости атмосфер планет у принимающих устройств на ничтожных мощностях. Ну и рассматривать огни городов на ночных сторонах экзопланет весьма просто, хотя и сложнее, чем регистрировать лазерные передачи.

Почему нами не используются вышеупомянутые способы?

Недостатки способов наблюдения через гравитационные линзы звезд и рефракционные линзы атмосфер планет:

— Поле наблюдения очень мало и требуется очень точное наведение на объект.

— Результат наблюдения — это кольцо или дуга света, которую надо преобразовывать весьма нетривиальным образом. На выходе получиться модель, более или менее приближенная к истинному изображению, но проверка результатов этих наблюдения тоже нетривиальна.

— Для правильного восстановления изображения источника, искаженное самой «линзой» рефрактоскопа, требует применения лазерной коррекции, причем не от датчика, а с противоположной стороны планеты. Да и сам рефрактоскоп — это не одна «линза», а «набор линз» с разным фокусным расстоянием, что требует точнейшего позиционирования датчика.
Поэтому применение гравископов и рефрактоскопов для наблюдения удаленных объектов на текущем уровне нашего технического развития нецелесообразно. Их практическое применение, не рассматривалось, за редким исключением.

Кольцо Эйнштейна

Однако, для целей SETI (и даже CETI), эти ограничения и трудности несущественны. Обнаружить в искаженной дуге факт наличия точечного модулированного сигнала в радиодиапазоне «гравископом», или световом диапазоне «рефрактоскопом» — задача намного более простая.
Основная трудность начать попытки обнаружения передач ВЦ рассматриваемыми способами — непригодность этих способов для астрономических наблюдений прямо сейчас.

Резюмируем:

Способ «гравископ» открыт больше ста лет назад, а рефракция в атмосфере человечеству известна с тех пор, как ученые объяснили, почему иногда корабль видно из-за горизонта и откуда берутся миражи в пустыне. Таким образом всякое разумное существо, принимающее информацию в виде электромагнитного излучения, способно освоить передачу и прием информации на межзвездных расстояниях на техническом уровне нашей сегодняшней цивилизации. И зачем тогда вообще использовать какие-то мощные маяки и гигантские космические астросооружения в качестве антенн, если в диапазоне прозрачности атмосферы планет в радиусе «местного пузыря» на экзоплантах видно будет городское освещение и можно снимать полные спектры атмосферы, как будто вы уже посетили экзозвездную систему непосредственно? А гравископ в радиодиапазоне будет принимать все радиопередачи из выбранной экзосистемы.

(уточнение А.Д. Панова - Солнечная корона создает существенные помехи для гравископа на Солнечном диске, но эти помехи увеличиваются с ростом длинны волны излучения, а значит аэродромные радары внеземных цивилизаций будут видны хуже, чем телевизионные передачи со стационарных спутников связи внеземных цивилизаций нашего уровня)

Что же касается контакта, то кому нужны собеседники, не догадывающиеся использовать для связи эти два способа хотя бы? Что от них можно узнать? Да они сами по радио и расскажут о себе. Если принять телесигнал и подобрать развертку, то сочетая картинки и надписи, можно даже понять язык. И это на расстоянии сотен световых лет.

Для объяснения, как Внеземная Цивилизация передает и принимает сигналы передатчиками ограниченной мощности и неотличимыми от естественного фона сигналами указываю, что «Тауктянский» лазерный передатчик первых киловатт мощности может быть принят через венерианский атмосферный рефрактоскоп (Геспероскоп) прямо сейчас космическим телескопом c апертурой 30 сантиметров. Даже без усиления его излучения рефракцией на атмосфере экзопланеты Тау Кита е. А если специально усиливать рефракцией, то можно будет сигналить просто эквивалентом лазерной указки. Или миллионом указок одновременно доводя пропускную способность канала связи до желаемой ширины.

Таким образом отсутствие видимых нам сигналов не отрицает наличие Внеземных Цивилизаций даже нашего уровня даже внутри «местного пузыря». Хотя это и маловероятно. Цивилизациям, просуществовавшим на порядки дольше нас, связь с такими недогадливыми особями вообще не стоит затрат.

Связаться с нами они, своими, давно освоенными средствами, не могут, мы-то не добрались до фокальной линии Солнца и не построили «Геспероскоп», ни даже «Терраскоп».

Специально строить супермаяк, что бы мы их увидели, незачем. Он и так увидели всё, что надо и сделали выводы.

Исходя из свойств звезд и атмосфер планет можно обоснованно предположить, что:

— Даже незначительно превосходящие нас по техническому уровню Внеземные Цивилизации способны организовать связь на межзвездных расстояниях не прибегая к астроинженерным сооружениям масштабов, которые мы способны наблюдать сейчас.

— Уровень сигнала такой межзвездной связи «может иметь ограниченную мощность» и не только мы «не можем отличить его от естественного фона», но и сами принимающие их Внеземные Цивилизации, без использования согласованных каналов, этого сделать не смогут.

 — Использование гравитационных линз звезд требует освоения облака Оорта этих звезд авторепликаторами, что не менее затратно и более длительно, чем строительство астросооружений, а так же требовательно к свойствам звезды-линзы. Например, красные карлики, с их вспышками и колебаниями от близко расположенных планет, весьма неудобны для создания на их фокальных линиях роёв гравископных датчиков. Идеальными «гравископами» являются белые карлики. Их фокальные линии начинаются экстремально близко от их центра.

Выводы :

— Слушать Внеземные Цивилизации в радиодиапазоне с земных и космических приборов, как существующих, так и планируемых, в ближайшее время контрпродуктивно. Не зная позицию передатчика и не попав на фокальную линзу Солнечного «гравископа» с приемником, никаких сигналов ни принять, ни отправить в ответ не получится. А облако Оорта еще не долго не будет достижимо за разумное время.

— Смотреть через рефрактоскоп на возможные позиции передатчиков-маяков Внеземных Цивилизаций световом диапазоне можно и нужно начинать прямо сейчас.( Тем более, что это будет выполнятся одновременно с астрономическими наблюдениями).

Определить местоположение передатчиков-маяков Внеземных Цивилизаций — это такая учебная задача для подключению в «культурному полю Галактики». Экзамен. Есть желающие его пройти?

Публикация этой статьи