Телескопы покупают здесь


A A A A Автор Тема: Чем ловить сигналы чужих цивилизаций...  (Прочитано 8391 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

VATASHI

  • Гость
Re:Чем ловить сигналы чужих цивилизаций...
« Ответ #20 : 29 Авг 2004 [02:40:52] »
Ловить сигналы с помощью радиоволн песполезно и вот почему:

Как известно, существуют два пути посылки сигналов с целью обратить внимание других цивилизаций на свое существование. Первый - это посылка направленных к определенным звездам сигналов, второй - посылка всенаправленного сигнала. Очевидно, что второй путь в принципе дает существенно большую вероятность для обнаружения. Рассмотрим возможность и условия создания такого всенаправленного радиомаяка, который обеспечивал бы максимальную вероятность его обнаружения и максимальную, но простую искусственность. Для этого сигнал должен быть строго монохроматичным, что в естественных условиях не наблюдается, а является лишь созданием разума.
Для передачи и приема должна быть выбрана волна 21 см, как известная всем цивилизациям. К настоящему времени накоплен определенный опыт поиска сигналов внеземных цивилизаций. Однако все цивилизации хорошо понимают, что из-за относительных движений передатчика и приемника частота приема будет смещена от точного значения на величину, пропорциональную относительной скорости. Значение последней в каждом индивидуальном случае неизвестно, однако почти все они заключены в интервале ±200 км/с. Это дает неопределенность частоты в полосе ±1 МГц около частоты 1420 МГц. Поэтому требуется применение приемника с полосой пропускания Df = 2 МГц, что значительно ухудшает чувствительность по сравнению со случаем более точно известной частоты. В связи с этим для улучшения чувствительности мы обязаны применить усреднение, т. е. иметь обычный радиометр, используемый в радиоастрономии. Примем время усреднения 1 с. Шумовая температура приемника, равная Т = 20 К, не является рекордной, но довольно мала и может быть обеспечена неохлаждаемой параметрикой. Эти параметры радиометра дают минимальную обнаружимую мощность сигнала на входе, равную  Вт.
 Мы примем самую простую антенну всенаправленного приема - диполь, широко распространенный в обычных приемниках на Земле. Величина обнаруживаемого потока излучения при приеме на диполь равна
   , где   — площадь приема антенны. Отсюда при   м2,
    Вт/м2.
Этот поток примерно равен потоку радиоизлучения на Земле от Солнца в той же полосе 2 МГц и на порядок больше потока от источника Кассиопея А.
Нетрудно подсчитать, что для создания потока Si на расстоянии l св. лет при всепаправленной передаче необходимо излучить мощность   Вт.
Для обнаружения сигнала в радиусе l = 3´104 св. лет при Si = 10-16 Вт/м2 потребуется мощность Р = 3´1026 Вт, порядка мощности светового излучения Солнца! Получение столь большой мощности СВЧ-колебаний хотя и сомнительно, но в принципе возможно при освоении термоядерной энергии и методов ее экономичного преобразования в СВЧ-энергию, но колоссальность необходимых для этого усилий очевидна.
Очевидно, что для излучения большой мощности антенная система должна быть достаточно большой и в то же время обеспечивать сферическую волну. Большие размеры антенны совершенно необходимы, чтобы рассеять мощность потерь в ней, которая приводит к нагреванию. Это принципиальное положение, из которого следует, что антенная система должна состоять из отдельных антенн, расположенных, например, на сфере. При этом изотропное излучение можно обеспечить двумя способами: располагая точечные всенаправленные излучатели по сфере и обеспечивая когерентное сложение колебаний в пространстве или помещая достаточно большие антенны, каждая из которых облучает определенный сектор пространства соответственно диаграмме направленности. Таким образом, перекрывается все пространство. В первом случае необходимо обеспечить строгую когерентность и синфазность излучения источников, во втором фазирование, вообще говоря, не является необходимым. При осуществлении антенны по первому способу предвидится тот недостаток, что при вращении сферы относительно звезд спектр сигнала, наблюдаемый на этих звездах, будет размыт, так как излучение в заданном направлении будет содержать компоненты от излучателей, движущихся к наблюдателю и от него, давая соответствующие допплеровские смещения частоты. Ширина спектра будет  , где W — угловая скорость вращения, R — радиус передающей сферической антенны. Нетрудно рассчитать и форму спектра. В случае сферы, покрытой остронаправленными антеннами, излучение на приемник будет идти от антенны в узком конусе диаграмм шириной jD и уширение составит  .
Например, при скорости вращения 1 об/сут при R = 5´106 м  Df1 = 1400 Гц, Df2 = 15 Гц при jD =1°.
Таким образом, для сохранения максимальной монохроматичности нужно, чтобы антенна передатчика практически не вращалась по отношению к звездам.
Оценим необходимые размеры сферической антенной системы для мощности излучения в 1026 Вт. В общем случае размеры будут определяться тем, какую мощность, перешедшую в тепло, нужно удалить из антенны. Легко видеть, что такую антенну нельзя устанавливать на Земле из-за поглощения волн в атмосфере Земли. Хотя поглощение на волне 21 см ничтожно мало - не более 0,02 - оно приведет к рассеянию в атмосфере Земли около 1024 Вт, что в миллионы раз превышает полную мощность, поглощаемую Землей от Солнца.
В силу сказанного антенна вместе с генераторами должна быть помещена в космосе па значительном удалении от Земли. Это означает, что ее охлаждение осуществляется только через излучение. Поэтому в тепловом контакте с антеннами должны быть предусмотрены радиаторы - абсолютно черные тела для волн инфракрасного диапазона, поскольку нагрев антенны и радиаторов не должен превышать, скажем, 300 К.
Пусть R - радиус сферы антенны, Tа - установившаяся температура антенной системы, b - доля поверхности сферы, покрытая радиаторами, h - общий КПД передающей системы, слагающийся из КПД антенны и КПД генератора. Тогда на основании сказанного можем записать
   .
Для определения R и Tа используем соотношение, связывающее энергию излучения Солнца с его температурой T¤ и радиусом R¤ : 4p R¤sT4¤  =P¤.  Отсюда находим
   ¤  = R¤  
Несколько неясной здесь является величина потерь (1 - h). Если полагать, что все преобразование энергии от термоядерной до СВЧ происходит без потерь, то (1 - h) будут потерями в антенне. Эти потери даже при очень хорошем качестве антенны будут не менее 1%. Мы положим (1 - h) =10-2, чем заведомо снижаем оценку величины R. Положим, что нагрев должен быть не более 600 К и »b1, тогда для излучения указанной выше мощности, которая обеспечивает сигнал, обнаруживаемый на диполь на расстоянии до 3´104 св. лет, необходима антенна радиусом  R »6R¥ .
Таким образом, радиус сферической системы даже при таких нереально благоприятных условиях в смысле КПД должен быть в 6 раз больше радиуса Солнца, т. е. составлять около 0,1 а. е.
Очевидно, что такое сооружение должно быть помещено достаточно далеко от места обитания цивилизации, во всяком случае, на порядок дальше, чем собственная звезда, иначе ареал обитания получит дополнительное облучение па волне 21 см, сравнимое по мощности с облучением световым потоком от своей звезды. Для Солнечной системы это означало бы необходимость помещения маяка за орбитой Юпитера. Возможность построения такой системы даже для самой развитой внеземной цивилизации очень и очень сомнительна.
Приведенный расчет имеет прямое отношение к пониманию того, насколько правомерно ожидать «космическое чудо», если даже некоторые цивилизации в нашей Галактике достигли самого высокого уровня развития. Действительно, «космическое чудо» предполагает прежде всего большой энергетический уровень соответствующего явления, соизмеримый с энергией звезды. Мы видим, насколько трудно создать такое чудо, во всяком случае самопроизвольно оно не может появиться. Передача и прием монохроматического сигнала были бы «чудом», однако, как мы видим, его энергетический уровень не может быть таким, чтобы быть обнаруженным на простой диполь. Из приведенного расчета очевидна необходимость искать оптимальные условия обнаружения сигналов не отдельно по приемной и передающей стороне, а исходя из системного подхода создания линии передатчик-приемник. Проведенный расчет передатчика маяка показывает, что для современной техники значительно проще, экономичнее, доступнее совершенствовать приемную систему, делать ее более чувствительной, чем компенсировать недостатки приемной системы увеличением мощности передатчика. Действительно, всенаправленный маяк должен строиться вне пределов среды обитания, а это требует очень развитого космического транспорта и больших затрат материальных ресурсов. Между тем построение даже весьма чувствительной приемной системы, вообще говоря, не требует выноса ее за пределы среды обитания, что уже на много порядков снижает расходы и трудность. В силу сказанного следует принять следующую тактику поиска: строить всенаправленную антенну с максимально возможной эффективной площадью приема и многоканальной приемной аппаратурой. Приемная система должна быть достаточно чувствительной, чтобы обнаружить сигнал в полосе неопределенности частоты из-за допплер-эффекта.
Посмотрим теперь, как реально можно уменьшить мощность передачи и, следовательно, избежать гигантских размеров антенной системы передатчика. Для этого на приемной стороне нужно применять антенны с большой площадью улавливания и снижать полосу приема. Рассмотрим это подробнее. Мы полагали, что передача должна осуществляться на монохроматическом колебании. Наиболее чистые узкополосные колебания дает квантовый генератор, например, на водороде. Ширина его линии менее 1 Гц, а стабильность 10-14 дает уходы частоты не более 10-14´1,4´109 = 1,4´10-5 Гц или уходы фазы на 1 рад за 104 с. Следовательно, применяя узкополосный фильтр в приемнике шириной в 1 Гц, получим уменьшение минимальной обнаружимой мощности в  = 1,4´103 раз. Во столько же раз

уменьшится требуемая мощность передатчика для той же дальности и почти в 40 раз - радиус сферической антенны. Но как уже говорилось, из-за допплеровского эффекта частота неопределенна, поэтому нужно сооружение спектроанализатора с общей полосой анализа около 2 МГц. Однако здесь возникают трудности в связи с тем, что допплеровский сдвиг частоты меняется со временем, т. е. имеет место дрейф частоты. Это может быть связано, например, с тем, что передатчик вращается по некоторой орбите вокруг своей звезды. При скорости передатчика на орбите v == 50 км/с для приемника, находящегося вблизи плоскости орбиты, частота приема будет периодически меняться на ±fv/c » ±3´105 Гц. Если один оборот по орбите происходит за t с, то изменение частоты будет в среднем происходить со скоростью df/dt = 4vf/ct. При обращении за год t »107 с. и dt/df = 4´10-2 c-2. Таким образом, за 25 с частота изменится на 1 Гц. Очевидно, что существование неизвестного дрейфа частоты накладывает предел на ширину полосы канала фильтра. Ширина полосы Dfk канала должна быть существенно больше величины дрейфа за время установления, т. е.
   >>  , или  >>  .
Учитывая сказанное, по-видимому, необходимы каналы полосой 1 Гц с числом каналов 2´106, полосой 20 и 100 Гц с числом каналов 2´105 и 2´104. Эта задача может быть решена на современном уровне техники.
Далее, для приема необходимо сооружение всенаправленной приемной антенны с максимальной возможной площадью приема. Ее можно осуществить так же, как и передающую антенну, в виде сферы с расположенными на ней антеннами соответствующих размеров. Например, 60&#180;103 параболических антенн диаметром 21 м, располагаясь на сфере, заполнят лучами все пространство. Нетрудно подсчитать, что диаметр сферы при применении этих антенн не может быть меньше 3 км. Каждая антенна должна быть снабжена своим приемником с указанными выше каналами. При этом очевидно, что такая сфера не должна слишком быстро вращаться по отношению к звездам. Допустимая скорость вращения W определяется временем отклика t приемника на сигнал. Необходимо, чтобы источник сигнала был в луче антенны дольше, чем время отклика приемной системы, т. .е. jD/W>>t. При t = 1с, jD  = 1/100 должно быть W<<10-2 рад/с, т. е. много медленнее 5 об/мин.
Сделаем теперь расчет основных параметров всей вправленного маяка на волну 21 см для ряда вариантов приемных антенн и полос каналов анализатора на различные дальности связи. Мы примем, что нагрев передающей антенны не должен превышать. 300 К, а шумовая температура приемных систем составляет Ti = 20 К, »b1, т. е. почти вся поверхность покрыта радиаторами, а КПД передатчика 99%, т. е. 1- h = 10-2. Мощность светового излучения Солнца равна 3&#180;1026 Вт, а его радиус = 1,5-106 км.
Результаты расчета по данным выше соотношениям приведены в таблице.
Мы видим, что даже при использовании приемных антенн диаметром около 20 м (площадь приема около 200 м2) и радиометра спектроанализатора на 104 каналов (ширина полосы капала 200 Гц) требуется сооружение больших передающих антенн.Так,при дальностях приема-передачи порядка размеров нашей Галактики требуется мощность передатчика порядка 1018 Вт и размер сферы антенной системы, равный размеру Земли. Даже при удалении этого передатчика от Земли на 1 а. е. мощность его излучения, попадаемого на Землю, будет всего в 100 раз меньше мощности, производимой в настоящее время всей нашей цивилизацией. Такой передатчик должен иметь орбиту вокруг Солнца. При дальностях 100 св. лет необходима мощность 1014 Вт и размер антенны маяка около 50 км. Безопасное удаление в этом случае было бы порядка расстояния до Луны. По-видимому, построение такой антенны в техническом и материальном отношении будет реально для нашей цивилизации с созданием термоядерной энергетики и существенно более экономичного космического транспорта.
Допустим теперь, что высокоразвитая цивилизация решилась построить маяк мощностью 1018 Вт на сфере радиусом в 5 тыс. км. Оценим величину необходимой для этого энергии космического транспорта. Поскольку сфера должна быть достаточно жесткой и прочной, примем ее средний объемный вес 100 кг/м3. Полная масса металла сферы будет т = 5&#180;1019 т, т. е. всего в 500 раз меньше массы Земли. Транспорт металла ракетами с миллисветовой скоростью потребует примерно той же массы ядерного горючего. При этом должно быть выделено около mc2&#180;0,007 = 4&#180;1037 Дж. Как уже говорилось выше, мощность выделения энергии в межпланетной среде, где будет идти строительство маяка, должна быть существенно меньше мощности излучения звезды, например 0,1%, т. е. для Солнечной системы 3&#180;1023 Вт. При такой мощности космического транспорта, направленного на строительство антенны, потребуется 4•1037/3•1023 » 1014 с, т, е. около 3 млн. лет. Однако это является самой минимальной оценкой, определяемой физическими законами. Если учесть затраты па добычу и создание топлива (дейтерия, трития), добычу материалов, перевозки строителей в пределах всей планетной системы звезды и ограниченные количественные возможности народонаселения, то этот срок надо по крайней мере удесятерить.
Далее, для генерации мощности в 1018 Вт необходимо будет сжигать не менее 108 т в год ядерного горючего. Потребуется постоянно действующий транспортный мост для перевозки горючего. Очевидно, что мощность этого транспорта должна быть существенно больше мощности передатчика.
Трудно поверить, что какая-либо цивилизация будет создавать подобное сооружение. Положение облегчается, если цивилизация, отказавшись строить заново сферу, расположит антенны на природной сферической поверхности, т. е. на какой-либо планете своей системы, непригодной для жилья или другого необходимого использования. Но это сразу ограничивает мощность передачи размерами планеты. Например, с Марса можно излучить мощность согласно таблице около 1017 Вт, что дает дальность около 1000 св. лет. Однако здесь нужна будет большая дополнительная энергия, чтобы уменьшить скорость вращения планеты до необходимых пределов. По-видимому, может быть создан существенно более скромный Маяк, например на 1014 Вт, о котором говорилось выше в связи с возможностью его строительства для землян в недалеком будущем.
Из приведенных простых расчетов видно, что наша цивилизация, ведя поиск сигналов на средства, требующие от передающей стороны неприемлемо больших антенных сооружений и мощностей, поступает неправильно. Мы, не создавая всенаправленные приемные антенные системы достаточно большой площади улавливания и многоканальных узкополосных спектроанализаторов, переносим все трудности связи на передающую сторону, и эти трудности оказываются непреодолимыми даже для крайне развитой цивилизации. Вот почему мы не наблюдаем космических чудес. Энергетический уровень космического чуда, т. е. сигнала, который может быть реально создан, недостаточен для восприятия применяемыми нами средствами обнаружения. Реальное расстояние, с которого можно еще наблюдать «чудо» в мощнейшие современные радиотелескопы, по-видимому, не более 400—1000 св. лет.

Наверное  некоторые догадались, что всё это писал не я, это выдержка из доклада академика В.С.Троицкого на семинаре по проблеме CETI, который проходил еще аж в 1975 году.А вывод тут может быть собственно один: Даже если и допустить, что внеземные цивилизации существуют, то пытаться вступить с ними в радиосвязь совершенно бессмысленно. Гигантские космические пространства требуют и гигантских по масштабам сооружений, которые не по плечу и самым сверхразвитым цивилизациям. Но есть еще один момент. Допустим мы построили и передатчик величиной с Солнце, и приемник величиной с Юпитер и можем установить связь на расстояние до 30 тысяч световых лет. Далее что. Мы пошлем сигнал, и он будет идти 30 тысяч лет до некоторой такой же придурковатой цивилизации как наша. И они примут наш сигнал и пошлют нам свой, который тоже будет идти 30 тысяч лет. Итого 60 тысяч лет! Кому он у нас понадобится через 60 тысяч лет!!! Смех да и только. А ведь радиус сферы вокруг нас в 30 тысяч лет это ближние окрестности нашей Галактики! Диаметр ее около 200 тысяч световых лет. Так что на М31 - Туманность Андромеды и вообще можно плюнуть.


Оффлайн Parfen

  • *****
  • Сообщений: 4 243
  • Благодарностей: 42
    • Сообщения от Parfen
Re:Чем ловить сигналы чужих цивилизаций...
« Ответ #21 : 29 Авг 2004 [13:08:54] »
Так ведь никто и не утверждает, что мы способны на все! И на том-же симпозиуме звучала мысль, что результат поиска точно будет равен нулю, если ничего не делать! Вот, например, до изобретения ЭВМ, лучшие математики вели поиск цифр в числе ПИ. Нашли несколько сотен, один из них(к сожалению не помню фамилию ГЕРОЯ) потратил на расчеты пол жизни, но в самом начале допустил досадную ошибку и труд пол жизни пропал напрасно? Или нет? А те, кто правильно рассчитал? Ведь стоило подождать 50 лет и с помощью ЭВМ получить миллионы цифр! Наука требует не только жертв, но и преданности любимому делу! Может, кто знает фамилию ГЕРОЯ?

MikolaLviv

  • Гость
Re:Чем ловить сигналы чужих цивилизаций...
« Ответ #22 : 30 Авг 2004 [09:14:21] »
Или потратиться на конкретный телескоп на орбите и с достаточной точностью прозондировать звезды на наличие подходящих планетных систем (ето уже не за горами). А потом бомбить радиоволнами ети звезды. Причем по програме с некоторой цикличностью. Тогда хватит кримского  70 м радиотелескопа с мощностью 250 квт.

Любую информацию, особенно прикидки навскидку учеными надо существенно фильтровать. Для того, чтобы добывать уголь с платсов на глубине около  800 м, совсем не надо снимать всю землю, расположенную над пластом. ;D

VATASHI

  • Гость
Re:Чем ловить сигналы чужих цивилизаций...
« Ответ #23 : 31 Авг 2004 [03:03:21] »
Цитата
Так ведь никто и не утверждает, что мы способны на все! И на том-же симпозиуме звучала мысль, что результат поиска точно будет равен нулю, если ничего не делать!
Согласен, делать что-то надо. Видемо в распределении бютжета развитых стран это далеко не преорететная задача.
 
Цитата
Для того, чтобы добывать уголь с платсов на глубине около  800 м, совсем не надо снимать всю землю, расположенную над пластом.

 Правда? А я думал надо :)
 Просто тут не известно где пласт.

Markvol

  • Гость
Re:Чем ловить сигналы чужих цивилизаций...
« Ответ #24 : 07 Сен 2004 [07:11:07] »


Так я и знал, что кто-нибудь тут же предложит искать лишь известное, т.е. - общаясь дымами от костров, искать таких же дымов в звёздном небе - об чём я раньше уже писал, называя такой подход (некультурный термин удалён модератором)
Нда...

Притча.

На привольных берегах черной Африки жило дерзкое и самоуверенное племя Мумба-Юмба. Решили однажды ученые мумбские мужи, что на столь же привольных берегах красной Америки должно жить племя Юмба-Мумба. А почему бы не так?

И начали мумбы жечь костры, бить в барабаны и дуть в дуду, а самые умные предложили бросать камни в воду в надежде, что круги достигнут противоположного берега, ожидая, что и Юмба-Мумба поступит так же.

А один из продвинутых мумб по имени Абастагора сказал: "Да пусть стоит на краю деревни кАллос на букву фэ и, эректируя, оповещает нас о всех четырех видах сигналов. Ведь, эрективность - это очевидное свойство мумб.

Но, однажды поступило предложение начать строить тоннель имени Даблмумба-Даблюмба. Что-то подсказывало просвященным мумбам, что по универсальным законам этого круглого мира, имей юмбы хоть толику разума, они тоже, поняв тщетность бульков и кАллосов, вот-вот начнут строить встречную половину тоннеля.

П.С. Через 50 лет тоннель был построен. А прибывающие на нашу сторону Юмбы,  тщательно прятали лукавые усмешки, напуская серьезность на красные лица - уж больно наш кАллос был больше ихнего.


alean

  • Гость
Re:Чем ловить сигналы чужих цивилизаций...
« Ответ #25 : 11 Сен 2004 [12:00:24] »
Да не нужны мы другим цивилизациям, мы для них мусор. Если хочется больше узнать себя и других надо просто как можно быстрее освоить диапазон 10 в 30 степени Гц.

Оффлайн Parfen

  • *****
  • Сообщений: 4 243
  • Благодарностей: 42
    • Сообщения от Parfen
Re:Чем ловить сигналы чужих цивилизаций...
« Ответ #26 : 11 Сен 2004 [15:20:42] »
Колебания чего с такой частотой подразумеваются?

alean

  • Гость
Re:Чем ловить сигналы чужих цивилизаций...
« Ответ #27 : 11 Сен 2004 [21:50:10] »
Можно познать устройство разума и подойти к передаче мысли.

ALZ

  • Гость
Re: Чем ловить сигналы чужих цивилизаций...
« Ответ #28 : 09 Дек 2008 [22:06:43] »
Люди изобрели радио
потом, полвека спустя, создали системы дальней космической радиосвязи

-- вот на этой ПРАКТИЧЕСКОЙ основе и появилось в середине прошлого века новое научное направление "Передача и поиски разумных сигналов во Вселенной"

все остальное -- пустые фантазии.

вот когда люди изобретут что-то новое в связи, да вслед появятся РАБОТАЮЩИЕ системы этой новой связи -- вот тогда можно будет предметно говорить о новых видах связи

А пока наблюдается лишь разгул безудержного воображения о новых видах связи в духе отмороженных фантастических форумов, которых тьма в Инете

Но на Астрофоруме безудержному воображению не место!

  >:(
« Последнее редактирование: 10 Дек 2008 [18:33:26] от ALZ »