Мыслящая Вселенная - Мизун Юрий Гаврилович (хорошие книги бесплатные полностью txt) 📗
РАДИОВЕЩАНИЕ НА ВСЕЛЕННУЮ
Что нужно для того, чтобы начать радиовещание с Земли на Вселенную, хотя бы на расстояния 100 — 1000 световых лет от Земли? Поскольку мы не знаем, в каком конкретном направлении находятся наши корреспонденты-цивилизации, кажется логичным вещать сразу во всех направлениях, то есть использовать всенаправленную передающую антенну. При организации такого космического радиовещания возникают два вопроса: как обеспечить такую большую мощность передатчика, чтобы нас могли услышать на удалении 100 — 1000 световых лет, и как (и где) построить необходимую для передающего центра антенну. Собственно, эти два вопроса взаимосвязаны.
Вопрос о мощности передатчика является центральным. Только цивилизация с достаточным энергетическим потенциалом сможет обеспечить необходимую мощность. При межзвездной связи именно от мощности передатчика зависят дальность обнаружения и связи, объем передаваемой информации, характер сигналов и методы их обнаружения.
Важно не только то, сколько энергии можно излучить, но и то, сколько ее будет рассеяно в окружающее нас пространство. Чем больше рассеянная энергия, тем больше мы нагреваем Землю и ее атмосферу, изменяя таким образом среду нашего обитания. Ясно, что эти изменения не могут быть беспредельными, а только такими, при которых сохраняются нормальными условия функционирования биосферы, в том числе и человека.
В настоящее время потребление энергии на Земле в год составляет около 1,51027 эрг; это соответствует мощности порядка 5•1013 Вт. Вся используемая энергия в конечном счете преобразуется в тепло и излучается обратно в космическое пространство. Для того чтобы наше излучение могло быть обнаружено хотя бы на удалении 10 световых лет (если передачу вести на частоте 3 см с полосой частот в 1 Гц), необходима мощность 2•1017 Вт, что более чем в тысячу раз больше всей мощности, потребляемой на Земле. Приток энергии от Солнца составляет 1017 Вт. Где нам сейчас взять такое количество энергии? Если мы овладеем технологией получения энергии в результате управляемого термоядерного синтеза, то останется вопрос рассеяния энергии в среде обитания. Мы не можем рассеивать на своей планете (и в ее атмосфере) энергии больше, нежели получаем от Солнца, так как нарушим существующие экологические условия. Специалисты считают, что величина расхода энергии, равная 1017 Вт, является предельной не только для нашей цивилизации, но и для любой другой планетной цивилизации. Где же выход? Как можно обойти эти ограничения? Выход указал еще Циолковский: цивилизация должна выходить за пределы своей планеты и ее атмосферы. Если цивилизация выйдет за пределы своей планеты и расселится вокруг своей звезды, то предельная рассеиваемая мощность увеличится более чем на девять порядков (она станет равной 3•1026 Вт). Значит и нам с нашим передающим центром (антенной и передатчиком) надо выбраться за пределы Земли, если мы хотим вещать на космос.
Специалисты рассчитали, что антенна с передатчиком должна быть вынесена за пределы орбиты Юпитера. Это нужно и потому, чтобы защитить биосферу Земли от излучения мощного радиопередатчика. Имея дело с антеннами, предназначенными для излучения столь большой мощности, надо решать непростой вопрос охлаждения антенны, отвода от нее тепла. Для этого надо строить весьма массивные радиаторы, отбирающие это лишнее тепло.
Размер антенны определяется многими факторами. Но главным из них является излучаемая мощность, а более определенно — та энергия, которую надо отводить от антенны в виде тепла. Было рассчитано, что для того, чтобы наше вещание было услышано на удалении 30 тысяч световых лет, необходимо соорудить антенну в виде шара, радиус которого в шесть раз больше радиуса Солнца! Диаметр этой антенны составляет десятую часть расстояния между Землей и Солнцем!
Так обстоит дело с величиной излучаемой мощности и размерами антенны. Резонно задаться вопросом: как быстро можно осуществить такое строительство? Для него понадобится соответствующий материал (и немало!), который надо будет доставить к месту строительства космическим транспортом. Понадобится и многое другое. В.С. Троицкий рассчитал, что время транспортировки растянется на треть миллиона лет. Результат, прямо скажем, неутешительный. Причем он неутешителен вдвойне. Во-первых, мы должны выбросить из головы мысли о создании всенаправленного радиовещания на Вселенную с целью установить связь с другими цивилизациями. Во-вторых, мы поняли, что и другие цивилизации, которые находятся на таком же уровне технологического развития, что и мы, не построят таких передающих центров и не начнут вещать на нас. Конечно, можно себе представить, что имеются цивилизации с разным уровнем технологического развития. Если некоторые, к которым относится и наша цивилизация, овладели энергией только своей планеты, то цивилизации более высокого уровня овладели всей энергией звезды. Энергетические возможности таких цивилизаций значительно (примерно на 10 порядков в сравнении с нашей Солнечной системой) выше.
Нельзя исключить также существование и еще более развитых в плане технологий цивилизаций. Эти цивилизации, если они имеются, овладели энергией всей своей галактики. Естественно их назвать сверхцивилизациями. Такое деление цивилизаций на типы I, II, III предложено Н.С. Кардашевым.
Используя эту терминологию, можно ожидать, что радиовещание на космос могут себе позволить только цивилизации II и III типа. Означает ли это, что надо отказаться от попыток выйти через радиоокно в космос и что не стоит направлять свои приемники на космические радиопередачи? Нет, поскольку имеются и другие, кроме рассмотренных выше, возможности.
Здравый смысл подсказывает, что если мы не имеем возможности обеспечить энергией всенаправленные радиопередачи, то мы должны искать другие, менее энергоемкие пути связи с внеземными цивилизациями. Собственно, такие пути для связи в земных условиях давно разработаны. Нам надо только применить их к новым, космическим условиям. Рассмотрим эти пути.
МЕЖЗВЕЗДНАЯ РАДИОСВЯЗЬ
Опыт, описанный в предыдущем разделе, говорит о том, что нам надо использовать узконаправленные антенны, излучающие в пределах определенного телесного угла. Применение таких антенн позволит не рассеивать энергию во все окружающее пространство, а направлять ее в заданном направлении. Отсюда и получается выигрыш в энергии (мощности), причем чем меньше телесный угол, или, как говорят специалисты, чем уже главный лепесток диаграммы направленности антенны, тем выигрыш по мощности больше.
Смысл диаграммы направленности антенны состоит в следующем. Она представляет собой кривую, которая характеризует изменение потока энергии, излучаемой антенной в зависимости от направления.
Можно подсчитать, какой выигрыш энергии мы можем получить, если вместо всенаправленной антенны будем использовать узконаправленную. Такой подсчет легко выполнить, если знать коэффициент направленного действия антенны (который самым тесным образом связан с формой диаграммы антенны). Чтобы определить этот коэффициент, надо мощность, излучаемую антенной в направлении главного лепестка, поделить на мощность, излучаемую все-направленной антенной, но в обоих случаях надо брать излучаемые мощности в расчете на единичный телесный угол. Отношение этих мощностей и даст нам численное значение выигрыша в мощности при использовании узконаправленной антенны. Это отношение и есть коэффициент направленного действия. Ясно, что если во всех направлениях он равен единице, то никакого направленного действия антенны нет, она является всенаправленной, или, как еще говорят, «изотропной» («изо» — равный, «тропос» — направление), то есть излучающей одинаково во всех направлениях.
Если использовать для передачи антенну с диаметром 300 метров, то на волне длиной 10 сантиметров получим «выигрыш» в сто миллионов, то есть в 108 раз. Так что игра стоит свеч, и строительство узконаправленных антенн, каким бы дорогим оно ни было, окупается теми результатами, которые с их помощью получаются.
