ФИРЭ: РАДИОСИГНАЛЫ ДРУГИМ ЦИВИЛИЗАЦИЯМ
Электромагнитное освоение космоса

Пленарный доклад на 56-й научной сессии НТОРЭС им. А. С. Попова, Москва, 2001

 

РАДИОСИГНАЛЫ ДРУГИМ ЦИВИЛИЗАЦИЯМ

Зайцев А. Л.

Институт радиотехники и электроники РАН

 

Спектральный подход является универсальным инструментом как астрономических наблюдений, так и поиска сигналов других цивилизаций (SETI). Кроме того, спектральное представление имеет ясный физический смысл, – спектрометр находит распределение фотонов по энергиям, в области человеческих органов чувств это цвет и тон. Введя постулат эквивалентности об идентичности физических законов в нашей части Вселенной, вполне допустимо предположить, что спектрометрия используется также и теми, пока неведомыми нам, субъектами иных цивилизаций, кто уже знает радио и проводит свои собственные программы SETI.

Предположим также, что для того, чтобы Они были в состоянии легче воспринять нашу спектральную информацию, лучше, если она будет представлять однозначную функцию времени. Вторым, не менее важным аргументом использования однозначного спектрального представления является факт концентрации радиоизлучения в пределах одного частотного диапазона, что облегчает Им решение собственной проблемы SETI. Ниже анализируются три мыслимых типа однозначных функций – константа, дискретная и непрерывная частотные зависимости.

Излучение постоянной, максимально узкой спектральной линии может быть использовано для информации о “неизвестном” знании. Иными словами, если мы будем излучать квазимонохроматический радиосигнал с медленным частотным дрейфом, который учитывает вращение Земли и наше движение вокруг Солнца, с таким расчетом, чтобы имитировать радиоизлучение из солнечного центра, то Они определенно поймут это и попытаются извлечь из принятого сигнала полезную радиофизическую информацию о вековом ходе радиальной скорости и об эффектах распространения радиоволн в межзвездной среде. Подобный метод, называемый радиопросвечиванием, широко используется сейчас в радиофизических исследованиях Солнечной системы [1]. Здесь же предлагается распространить его на радиопросвечивание Галактики.

Точность оценки частоты, а, следовательно, и лучевой скорости даже для существующих наземных систем оказывается весьма высокой. Так, например, если на расстоянии 70-ти световых лет от Евпаторийской антенны и передатчика расположены антенна и приемник, аналогичные евпаторийским, то отношение сигнал/шум в фильтре шириной 0,1 Гц составит 16 дБ. Ошибка оценки доплеровской частоты в этом случае составит не более 0,015 Гц, а точность измерения лучевой скорости – 0,9 мм/сек. Если же прием евпаторийских сигналов производится Там антенной типа Аресибо, то ошибка единичного измерения на 10-секундном интервале составит всего 0,2 мм/сек. Понятно, что возможности неизмеримо более мощных проектируемых радиолокационных телескопов, в том числе и космического базирования, могут быть значительно выше. Кроме частотных, возможны также оценки и других измеряемых параметров принимаемых радиосигналов – поляризации, амплитудных и фазовых вариаций и флуктуаций.

Второй тип поведения спектра излучаемых (и принимаемых) сигналов, когда их частота скачет, принимая два или несколько фиксированных значений, предполагает использование языка логики, когда каждому из этих фиксированных значений соответствует определенное логическое состояние. В математике доказано, что наиболее экономной и рациональной является система счисления по основанию e = 2,71828…. Поэтому естественно предположить использование двоичной или троичной системы. Все предыдущие радиопослания – Аресибское 1974 года и Евпаторийские 1962 и 1999 годов, представляли собой бинарные логические конструкции. Логическим является и язык космической связи Линкос, разработанный Фройденталем. Концепция и содержание вышеупомянутых радиопосланий неоднократно описаны в статьях [2, 3] и Интернете [4], поэтому будем считать их известными. Отметим лишь, что авторы радиопосланий молчаливо предполагали, что Они тоже умеют логически мыслить. На экранах Их приемников переданные нами послания, будучи принятыми, выглядят одинаково, – узкая спектральная линия вдруг начинает хаотически скакать по оси частот, принимая два устойчивых состояния: это то, что здесь, на Земле, называется "двоичное представление информации". Мы почему-то уверены (а что еще остается делать) в том, что там смогут: (1) обнаружить наш сигнал, (2) выделить из него двоичный поток, (3) догадаться отобразить этот поток в виде произведения двух простых чисел 23*73 (Аресибо) или 127*127 (Евпатория-99), (4) воспринять получившиеся двоичные образы, (5) шаг за шагом проанализировать эти изображения, и, наконец, (6) правильно понять, что именно мы хотели им сказать. Возможно, что так оно и будет. Во всяком случае, очень хочется в это верить.

Третий тип нашего спектрального поведения заключается в демонстрации непрерывной функции на индикаторах Их SETI приемников. Можно сделать следующее предположение, – непрерывные функции могут быть использованы для информации об иной, нежели логическая, сфере интеллектуальной человеческой деятельности, а именно, о нашем эмоциональном мире. При этом наиболее известным, просто реализуемым, и универсальным для понимания, средством выражения эмоций является музыка. Известны два основных типа источников музыки, первый тип производит затухающие колебания, – это пианино, гитара, барабан, второй тип – автоколебания (скрипка, орган, пение, терменвокс). Легко показать, что второй тип более адекватен процедуре реализации непрерывного радиосигнала. Термевокс, как средство выражения эмоций субъекта, ориентированное на передачу радиопосланий в космос, в свою очередь, по целому ряду причин представляется нам совершенно уникальным инструментом, [5]. Косвенно, эта убежденность подкрепляется еще и тем фактом, что многие создатели кино и телефантастики о космосе и жизни в других мирах, сознательно или чисто интуитивно обращаются именно к терменвоксу для музыкального сопровождения.

С технической точки зрения терменвокс также органически вписывается в радиопередающую систему, – действительно, колебания высокочастотного управляемого автогенератора, основы терменвокса, для того, чтобы они могли быть услышаны, переносятся вниз по частоте, в область звуковых частот. Аналогичным образом, для радиоизлучения, эти колебания тоже могут переноситься, но уже вверх по частоте, в область СВЧ колебаний, усиливаться в мощном передатчике, поступать в антенну и отправляться в космос. Также естественно осуществляется переход к светомузыке, путем переноса колебаний управляемого автогенератора в оптический диапазон. При этом независимо от того, к какому участку электромагнитного спектра чувствительны сенсорные органы “других” слушателей или зрителей, общий принцип восприятия терменвокса остается одним и тем же. В терминах радиотехники такая операция, когда подлежащий радиопередаче информационный сигнал просто переносится по спектру в другой диапазон, называется однополосной модуляцией с подавлением несущей. Но поскольку в паузах между музыкальными произведениями передается немодулированное монохроматическое колебание на центральной частоте, то путем интерполяции текущая частота легко восстанавливается и внутри самих произведений.

Еще одно немаловажное преимущество терменвокса состоит в том, что сам он генерирует квазигармонические колебания, максимально сконцентрированные в узком диапазоне основного тона, с малым уровнем обертонов, а переключения (переходы) с одной частоты (ноты) к другой происходят не скачкообразно, как в большинстве других музыкальных инструментов, а плавно и без разрывов фазы, что также концентрирует текущий спектр. Это, в свою очередь, увеличивает вероятность обнаружения такого узкополосного сигнала на фоне космических шумов и помех.

Подводя итог, можно классифицировать радиосигналы для других цивилизаций. Радиосигналы с постоянной частотой, а, следовательно, с нулевой исходной информацией, используют своеобразный “язык природы” для того, чтобы помочь Им получить ряд ценных астрофизических данных о собственном движении и условиях распространения радиоволн в межзвездной среде. Дискретные вариации есть широко используемый нами инструмент “языка логики”, а непрерывные однозначные функции частоты могут быть использованы в качестве своеобразного “языка эмоций” для того, чтобы попытаться поведать Им о наших уникальных внутренних переживаниях.

Литература

  1. О. И. Яковлев. Космическая радиофизика. "Научная книга", М., 1998.
  2. C. Sagan, F. D. Drake, et al. Murmurs of Earth. Ballantine Books, NY, 1979.
  3. А. Л. Зайцев. Радиовещание для внеземных цивилизаций. Информационный бюллетень НКЦ SETI, 1999, № 15, 31-47.
  4. L. Pinto. Arecibo and Evpatoria Messages. http://ebe.allwebco.com/Science.
  5. Л. С. Термен. Рождение, детство и юность "терменвокса". Радиотехника, том 27, № 9, 1972, 109-111.

RADIO SIGNALS TO EXTRATERRESTRIALS

Alexander L. Zaitsev

Institute of Radio Engineering and Electronics RAS

Abstract.

Spectral approach is a universal tool of both astronomical observations and SETI. Besides, it has a clear physical meaning - spectrometer finds the energy distribution of photons, in human sensing it is color and pitch. Under the hypothesis on identity of physical laws in our part of Universe, it may be proposed that spectrometry also are used by those aliens, who know radio and lead theirs own SETI, too. Also, in order They will be able easier to conceive our spectral information, the better if it will represent the single-valued function of time. The second argument for such function is a fact of transmitter's energy concentration inside one band, which will lighten to aliens to solve their own SETI Problems. Further, there are three thinkable types of single-valued function - continuous, discrete and constant. To resume, it may say that radio signal with constant frequency and so, with zero initial information uses the "language of nature" to report Them some useful astrophysical data, discrete variation is a tool of "language of logic", and continuous one may be used as an instrument of "language of emotions" in order to inform extraterrestrials about our unique inward experiences.