Оценка предельного расстояния до звезд-кандидатов на отправку Первого Детского радиопослания Внеземным Цивилизациям

Оценка предельного расстояния до звезд-кандидатов на отправку Первого Детского радиопослания Внеземным Цивилизациям. Муниципальный Центр Образования, Красноярский край, г.Зеленогорск, 2001 год.

Поскольку условия распространения электромагнитных волн определяются известными физическими законами, попробуем рассмотреть эту проблему применительно к задаче отправки радиопослания к соседним звездам. Иначе говоря, попробуем оценить как будет ослабевать наш сигнал в зависимости от пройденного им расстояния.

МЕТОД 1 Наиболее важной величиной, характеризующей мощность сигнала можно считать плотность потока энергии, которая на расстоянии R от передатчика может быть оценена как: S=(P*s)/(l²*R²) ~ =(P*p*r²)/(l²*R²) [Вт/м²] [1] где P - мощность передатчика; s - эффективная площадь антенны, близкая к геометрической pr²; l - длина волны; R - расстояние до корреспондента.
В радиоастрономии величину потока чаще всего выражают внесистемной единицей - Янский (в честь Карла Янского - одного из основоположников этой науки):
1 Ян = 10^-26 (Вт/м²)*с.
В настоящее время вполне успешно регистрируются потоки до 10^-3Ян. Несомненно, регистрация таких слабых потоков требует точной настройки на частоту передатчика и определенного времени накопления сигнала. Попробуем для нашей задачи принять в качестве начального условие, согласно которому поток энергии в нашем сообщении на расстоянии корреспондента будет в 1000 раз больше, т.е. порядка 1 Ян.

Тогда (для телескопа типа РТ-70, с диаметром 70м, и мощностью 150 кВт на длине волны 6 см) получим:

R² ~ (P*p*r²)/(l²*S) или 150*10³вт*3.14*35²м²/(36*10^-4*м²*10^-26вт/м²) ~ 1.6*10³⁷ м² , откуда (с учетом того, что 1св.год = 365.2425*24*3600*3*10⁸ метров ~ 9.5*10¹⁵ м.), можно получить: R~ 4*10¹⁸ м или 500 световых лет!!! Итак, наш первый результат: ~ до 500 световых лет при плотности потока энергии ~10^-26 (Вт/м²)

МЕТОД 2 Попробуем проверить свои оценки простым геометрическим методом. Параболическая антенна-рефлектор формирует направленный сигнал с расходимостью порядка f(l,d)~l/d радиан (где l - длина волны, а d - диаметр антенны).

Рис. 1.

Для нашей антенны будем иметь f(l,d)~l/d = 0.06/70 ~ 10^-3 рад или 3'.
Простые расчеты показывают, что на расстоянии от источника сигнала в 100 световых лет (9.5*10¹⁷ м.), площадь, по которой "размажется" весь сигнал составит S ~ p*r² , где r - радиус энергетического пятна на расстоянии R, который может быть найден как:

r = R*tg(f) ~ R*f (радиан), или 9.5*10¹⁷ м *10^-3 = 9.5*10¹⁴ м.

Откуда искомая площадь S = 3.14* (9.5*10¹⁴ )² или порядка 2.8*10³⁰ м² , что при заданной мощности передатчика в 150 кВт (1.5х10⁵) дает нам плотность потока энергии около P/S ~0.5х10^-25 Вт/м² , или 5 Ян, что по порядку величины совпадает с полученным ранее результатом.

Итак, наш второй результат: ~ 5Ян = 5*10^-26 (Вт/м²) на расстоянии в 100 световых лет.

Как видим, при мощности передатчика в 1.5х10⁵ Вт и расходимости сигнала в 10^-3 радиан, даже на расстоянии в 100 световых лет плотность потока энергии в посылаемом сигнале будет не менее 1 Ян. Следовательно, такое расстояние вполне можно считать за верхний предел при выборе возможных звезд-адресатов.

Конечно, чем ближе будет звезда-адресат, тем более мощный сигнал дойдет до ее окрестностей. Даже безотносительно к тому, с какими приемниками гипотетические представители иного разума могут прослушивать Вселенную, весьма поучительно сравнить плотность потока нашего сигнала с потоками от естественных, природных радиоисточников на частоте послания. На рисунке 2 представлены результаты численного моделирования этой ситуации для РТ-70. Справа - несколько наиболее мощных природных источников на волне 6 см (по данным радиообсерватории в Парксе). А внизу - некоторые из возможных звезд-кандидатов. Рис.2

Более подробная выборка таких источников из каталога Паркса с потоками более 10 Ян приведена в таблице 1. Можно заметить, что вплоть до расстояния в ~ 60 св. лет наш сигнал будет входить в TOP-10 природных радиоисточников на частоте планируемого послания. Иначе говоря наш "детский крик" будет достаточно "громким", чтобы "перекричать уличные шумы"...
Выборка наиболее интенсивных природных радиоисточников на частоте 5 Ггц из каталога радиообсерватории в Парксе (Австралия):

`Паркс`	`Alt`	`Пр. восх.` `1950`	`Склонен.` `1950`	`Поток`
		`ч м с`	`° ' "`	`Ян.`
`B1921+144`	`3C400`	`19 21 21.7`	`+14 24 00`	`83,00`
`B1228+126`	`M87`	`12 28 17.6`	`+12 40 02`	`67,60`
`B0539-019`	`3C147.1`	`05 39 11.1`	`-01 55 42`	`43,60`
`B1226+023`	`3C273`	`12 26 33.2`	`+02 19 43`	`36,70`
`B1343-601`		`13 43 32.0`	`-60 08 00`	`27,10`
`B0539-691`	`MC74`	`05 39 04.0`	`-69 06 30`	`25,10`
`B2251+158`	`3C454.3`	`22 51 29.5`	`+15 52 54`	`23,30`
`B0922-517`	`RCW42`	`09 22 45.6`	`-51 46 40`	`23,00`
`B1717-009`	`3C353`	`17 17 55.6`	`-00 55 41`	`22,90`
`B1548-560`		`15 48 30.0`	`-56 03 00`	`18,00`
`B2152-699`	`21-64`	`21 52 57.7`	`-69 55 40`	`13,40`
`B0915-118`	`HYDRA A`	`09 15 41.1`	`-11 53 03`	`13,10`
`B1253-055`	`3C279`	`12 53 35.8`	`-05 31 08`	`13,00`
`B1850+011`		`18 50 48.8`	`+01 10 39`	`12,50`
`B1648+050`	`HER A`	`16 48 40.0`	`+05 04 35`	`12,40`
`B1921-293`	`OV236`	`19 21 42.3`	`-29 20 26`	`10,60`

В рамках рассматриваемой проблемы возникает еще одно важное замечание, требующее обязательного учета при отправке радиосообщения с Земли.
Ввиду пространственной близости звезд-адресатов, приходится учитывать тот факт, что многие из них имеют большие собственные движения на небесной сфере.
Так, если отправлять сигнал к одной из известнейших звезд - тау Кита, то даже учитывая экстремально малое расстояние в 12 световых лет, при собственном движении 2"/год, можно утверждать, что мы видим эту звезду в 24" от ее истинного положения (т.е. там, где она была 12 лет назад). Еще 12 лет понадобится, чтобы сигнал достиг адресата. Иначе говоря, мы должны послать сигнал в точку небесной сферы, отстоящую на 48" от видимого положения звезды в направлении ее собственного движения. Эта величина вполне сравнима с величиной расходимости сигнала (3').
А это означает, что при неучете вышеизложенных соображений и посылке импульса в точку небесной сферы, имеющую координаты, эквивалентные координатам звезды в настоящее время, мы потеряем до 30% мощности сигнала… Подобное "упреждение" будет существенно важным для любых звезд, поскольку меньшее собственное движение более далеких звезд компенсируется более долгим временем прохождения сигнала.

Таким образом после окончательного выбора звезд-кандидатов на отправку послания, необходимо обязательно учесть их направления и скорости движения в пространстве.

Работа выполнена в рамках участия в проекте METI (Message for ExtraTerrestrial Intilligence), организованном отделом Астрономии и космонавтики МГДТДиЮ под руководством Б.Г.Пшеничнера.

По всем возникшим вопросам и с предложениями можно обращаться по адресу: astron@cobr.kts.ru (Гурьянов Сергей Егорович - рук. проекта в г. Зеленогорске).

Литература:

В.С.Троицкий "Научные основания проблемы существования и поиска внеземных цивилизаций". В сб. "Проблема поиска жизни во Вселенной (труды Таллинского симпозиума) - М., Наука, 1986.
Г.Уокер "Астрономические наблюдения". М., Мир, 1990.
Дополнительно: Планетная радиолокация и космическая радиофизика