Глава 19 Методи за контакти

Защо космическото пътешествие е толкова сложно, а радиовръзката толкова проста? Отговорът е в проблема на ускоряването на частици, притежаващи маса на покой, такива като протони, или материални тела, такива като космически кораби до достатъчно големи скорости. Частиците, нямащи маса на покой, т.е. фотоните, от които се състои електромагнитното излъчване, винаги се движат във вакуум със скоростта на светлината, равна на 299 793 км/с. Тази скорост е граничната скорост, която може да достигне всяка частица, т.е. електромагнитните вълни винаги се разпространяват в космическото пространство с максималната възможна скорост.

Освен това, генерирането на големи потоци радиоизлъчване се осъществява евтино и просто. За да се отправи „радиограма” с продължителност 5 мин. от Земята към Луната или обратно, е необходим 1 киловатчас електроенергиа, който струва около 10 цента. Предаватели, антени и приемници, използвани за предаване и приемане на радиосигвали, струват хиляди долари, но все пак много по-евтино от космическите апарати. За сравнение, построяването на ракетата „Сатурн”, способна да достави хора на Луната, струвала няколкостотин милиона долара плюс милиард долари за системата за обезпечаване на тези полети.

За полети към по-далечни обекти от Луната, отношението на разходите на пилотиран космически кораб и просто радиопослание става толкова по-голямо, колкото по-големи са разстоянието и скоростта на космическия кораб. Радиовълните винаги се разпространяват със скоростта на светлината, независимо какво разстояние изминават. Космическият кораб също ще се движи с постоянна скорост, но само след като го ускорим, което изисква огромно количество енергия. Пътешествие към друга звездна система със скорост, с която летяха космическите кораби от серията „Аполо” към Луната, би продължило десетки хиляди години, радиовълните ще изминат това разстояниеза няколко години. Ако се опитаме да намалим продължителността на полета на космическия кораб, увеличавайки неговата скорост, ще трябва да се похарчи много повече енергия и да се построи по-сложен кораб от всички предишни.

Затова да разгледаме обмена на послания с радиовълни. Радиовълните се движат в космическото пространство със скоростта на светлината, но интензивността на техния сноп (енергията, преминаваща през 1 см² от повърхността за 1 сек) намалява с увеличаване на разстоянието. От чисто геометрични съображения следва, че интензивността на излъчването е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието от точков източник. Така, при увеличаване на разстоянието хиляда пъти, източникът трябва да излъчва всяка секунда 1000², т.е. милион пъти повече енергия, за да се осигури сигнал със същата интензивност.

За да се генерира по-мощен поток радиовълни, е необходима повече енергия, така че връзката на все по-големи разстояния изисква все повече загуби на енергия, при това разходите за енергийни загуби нарастват пропорционално на квадрата на разстоянието. Следователно, връзката на междузвездни разстояния, които милиони пъти превишават разстоянието Земя – Луна, ще изисква трилиони пъти по-голяма енергия, ако се използва същата апаратура и се предават послания от същия вид, както при връзката с екипажа на космическия кораб „Аполо”. Тъй като разходите за генериране на радиовълни нарастват до стотици милиарди долари, ясно е, че трябва да се намалява обема на посланията и да се използват значително по-чувствителни антени, за да общуваме с други звездни системи. Но е несъмнено, че ако обикновената радиовръзка ще струва милиарди долари, то разходите за пилотиран междузвезден полет ще се окажат толкова колосални, че такова пътешествие изглежда нереално в обозримото бъдеще.

Радиовълните могат да пренасят информация значително по-ефективно от всеки материален обект. Това го осъзнаваме още в детството, когато слушаме радио и гледаме телевизия, вместо да чакаме специален куриер или градският глашатай да дойдат и обявят новините. Въпреки това обичаите, оставени ни от предните поколения, както и личният ни опит в голяма степен говорят за особената важност на личните срещи. Знаем какво значение имат личните срещи на ръководители на държави, макар да имат специални линии за радио и телевизионна връзка

Тъй като на хората е присъща жаждата за пътуване, която се обяснява с любознателност и общителност, ще обсъдим принципа на работа на междузвезден космически кораб. Този анализ е важен не просто да се убедим в преимуществото на електромагнитните вълни за осъществяване на нашите намерения; изучаването на космическия кораб помага да се разберат физичните принципи, които , както предполагаме, са верни навсякъде във Вселената; следователно, тези принципи трябва да доведат и други цивилизации към подобни изводи.

Да си представим как трябва да изглежда подходящ за междузвездни пътешествия космически кораб. Преди всичко трябва да се отчете, че космическите разстояния са огромни. Достатъчно е да си спомним, че разстоянието от Слънцето до най-близката звезда е 100 млн. пъти по-голямо от разстоянието Земя – Луна. Ако се сравни пътешествие от Земята до Луната (400000 км) с «разходка» от кухненската маса до хладилника, то разстоянието до а Кентавър трябва да се сравни с разстоянието до Луната.

Нерядко се налага да слушаме: « Преди 100 години никой не си е помислял, че ще можем да строим летателни апарати, по-тежки от въздуха, и ще пращаме ракети на Луната, значи след още 100 години ще полетим към звездите с помощта на средства, за които сега и не мечтаем». Такива предположения не издържат сблъсъка с действителността. Механиката на космическия полет е достатъчно добре разработена през последното столетие, но ситуацията е по-сложна: даже ако бъде открит някакъв нов чудесен източник на енергия, това не отменя ограниченията, наложени от биологичните потребности на човека и продължителността на полета. Да разгледаме тези ограничения по-подробно.

В научно-фантастичните филми, например „Звездни войни”, или в телевизионни предавания от рода на „Междузвездни пътешествия” привличат внимение основни особености, върху които си струва да поразмислим. Преди всичко космическите кораби трябва да имат огромни размери. Защо? Защото на хората е необходимо място за живот и работа и на кораба трябва да има запаси от гориво, продукти за хранене и други необходими вещи. Орбиталната станция „Скайлаб”, на която австронавти живяха и работиха 3 месеца, имаше дължино 25 м, маса 80 т и сталтова маса около 3000 т. Космическият кораб „Ентърпрайз” от телевизионното предаване „Междузвездни пътешествия” е поне 20 пъти по-дълъг и хиляди пъти по-масивен от „Скайлаб”. Макар „Ентърпрайз” да изглежда гигант от гледна точко на съвременната техника, този кораб е прекалено малък за междузвездни пътешествия.

Да предположим, че космическият кораб използва за движението си енергия от анихилация на вещество и антивещество. При това цялата маса на покой се превръща в кинетична енергия. Ще смятаме, че КПД на този процес е 100%. Колко вещество и антивещество е необходимо за пътешествие до друга звезда. Това лесно щще се пресметне, ако допуснем, че космическият кораб трябва да се ускори до скорост, съставляваща 99% от скоростта на светлината. При такава скорост ще са необходими няколко години за пътуване до съседните звезди. При по-ниска скорост продължителността на пътуването се увеличава.

За достигане на скорост, равна на 99% от скоростта на светлината, чрез анихилация на вещество и антивещество, е необходима стартова маса, превишаваща 14 пъти масата, която ще остане при достигане на посочената скорост. А за да забавим скоростта в края на пътуването ще се наложи да увеличим стартовата маса още 14 пъти. Така, пътешествие към звезда със скорост 0,99 от скоростта на светлината изисква такава маса вещество и антивещество, която да превишава масата на полезния товар 196 пъти. За да се върне корабът в къщи, т.е. да повтори пътуването в обратна посока, е необходима още маса на горивото на старта, равна на 196 пъти от масата на полезния товар при завръщането. Следователно, ако искаме да извършим пътешествие в автономен космически кораб към друга звезда, да забавим движението там, а после да стартираме в обратна посока и да спрем на връщане, ще ни е неоходима маса на горивото във вид на вещество и антивещество, която 196 х 196, т.е. почти 40 000 пъти превишава масата на полезния товар. При пълна маса на космическия кораб от 10 000 т масата на горивото ще ббъде около 400 млн. тона, половината от която е антивещество. Такова количество гориво ще запълни обем в кубически километър, т.е. много повече от пълния обем на космическия кораб «Ентърпрайз».

По такъв начин, анихилацията на вещество и антивещество – източник на енергия на «Ентърпрайз» - има съществени недостатъци, тъй като е необходимо фантастично количество гориво. Но това е най-добрият източник на енергия, макар засега да не умеем да го използваме. Дойде време да споменем и за друга трудност, която са принудени да игнорират писателите-фантасти: предстои много дълго пътешествие преди да достигнем нещо интересно.

И в това се заключава втората илюзия: в кино- и телекосмическите полети пътешествието заема много малко време. В действителност за междузвездни пътувания са необходими много години, ако не и столетия. В крайна сметка могат да се отделят два вида въображаеми междузвездни кораби: способни да летят към близките звезди със скоростта на най-добрите съвременни ракети и способни да преодоляват междузвездните разстояния със скорост, близка до скоростта на светлината.

Ако човечеството реши, вероятно може да построи междузвезден космически кораб от първия вид. На него ще са му необходими десетки хиляди години, за да достигне до най-близките на Слънцето звезди. Подръжниците на такива полети могат да се срещнат със сериозни трудности в стремежа си да убедят другите в тяхната целесъобразност. Кой от сега живеещите се интересува от перспективата да се получи информация за друга цивилизация след 100 поколения? Но само такива полети са технически осъществими в обозримо бъдеще. Ако трябва да се избира между разходите за търсене на извънземни сигнали сега и изпращането на космически екипаж, който ще се върне след 200 000 години, само огромно пристрастие към такива пътешествия могат да накарат някого да предпочете втория вариант.

Както вече отбелязахме, при съвременното ниво на техническия прогрес не може да се планира създаване на космически кораб, способен да се движи със скорост, близка до скоростта на светлината. Но само движейки се със субсветлинна скорост може да се надяваме да се преодолеят междузвездните разстояния за десетки години. За момент да си представим, че ни се е отдало да построим кораб, движещ се почти със скоростта на светлината. Тогава неговият екипаж ще може да се възползва от преимуществото да се пътешества с такава голяма скорост: за екипажа на кораб, движещ се в космическото пространство със субсветлинна скорост, времето тече по-бавно.

Теорията на относителността предсказва забавянето на времето при движещите се тела и този ефект се наблюдава в ускорителите, където физиците ускоряват елементарни частици до скорости, близки до скоростта на светлината. Но как може да се забави ходът на времето? И как да разберем кой обект се двежи с голяма скорост? Нима всички скорости не са относителни? Отговорите на тези въпроси имат пряко отношение към проблема на космическите пътешествия с високи скорости.

Преди всичко как може да се забави ходът на времето? Ние измерваме времето по различни начини: по периода на люлеене на махалото на часовника, по периода на въртене на Земята около своята ос или около Слънцето, по продължителността на човешкия живот. Всички тези секунди, денонощия, години и т.н. са свързани един с друг с постоянни съотношения; например една невисокосна година се състои от 31 536000 секунди. Каквито и мерни единици да използваме на Земята, предполагаме, че измерваме едно и също време, и че два идентични часовника ще вървят съвършено еднакво дори единият да е в Сан Франциско, а другият – в Рим.

Но Айнщайн предсказал, а експериментите потвърдили, че часовниците ще вървят еднакво само ако са неподвижни относително един спрямо друг. Ако се постави часовник в Рим на борда на реактивен самолет, летящ със скорост 1000 км/ч, то наблюдател в Сан Франциско може по принцип да открие, че движещия се часовник върви едва-едва по-бавно, от неподвижния.

За скорости, много по-малки от скоростта на светлината, например за скорост 1000 км/ч, ефектът не се подава на измерване, тъй като е много слаб. Но за скорости, близки до скоростта на светлината, т.е. към 300 000 км/с, забавянето на времето се оказва забележимо. Часовник, който се пренася покрай наблюдател със скорост 99% от скоростта на светлината, ще върви 7 пъти по-бавно, отколкото неподвижният часовник на наблюдателя. Забавянето на времето има място независимо от вида на часовниците: механични, атомни или „биологични”, така че ходът на времето действително се забавя в движеща се отправна система в сравнение с хода на времето в система, неподвижна спрямо наблюдателя.

Сега стигаме до парадокса: как можем да твърдим кой часовник е „неподвижен” и кой „се движи”? Не са ли относителни всички движения? Отговорът на този въпрос гласи: да, всички движения са относителни, когато става дума за инерциални отправни системи (т.е. движещи се равномерно праволинейно). Но при изменение на скоростта или посоката на движение, системата престава да е инерциална, затова движещия се часовник ще изостава. Детайлният анализ на ефекта на забавяне на времето, а също и експерименталните резултати показват, че за частици, ускорени почти до скоростта на светлината, времето тече по-бавно, отколкото ако те бяха в покой. Може да се заключи, че човек, който пътешества на космически кораб със скорост, близка до скоростта на светлината, и след това се връща на Земята (т.е. описва затворена траектория), ще се състари за времето на пътешествието по-малко от друг, който си е останал в къщи. Това забавяне на времето е толкова по-голямо, колкото по-близо е скоростта до скоростта на светлината. Така, ако астронавт извършва пътуване до алфа Кентавър (на разстояние 4,3 светлинни години от нас) със скорост 95% от скоростта на светлината, и се върне със същата скорост, той ще е остарял с 3 години, а хората на Земята – с 9 години.

Защо? Кинетичната енергия на частиците рязко нараства с увеличение на скоростта. От ежедневния опит знаем, че колкото по-бързо се движи тялото, толкова по-голяма е кинетичната му енергия и толкова по-сериозни ще са последствията при среща с друго тяло. Айнщайн показал, че за частици, движещи се със скорост, близка до скоростта на светлината, кинетичната енергия расте още по-бързо, отколкото при малки скорости.

Да разгледаме следствията от това колосално нарастване на кинетичната енергия. Преди всичко, за да се ускори космически кораб до субсветлинни скорости, трябва да му осигурим огромно количество енергия. Използването на обикновено гориво, което кораба трябва да носи със себе си, е невъзможно поради огромното необходимо количество. Затова възлагаме надежда на междузвездния водород в качеството на ракетно гориво.

Но независимо от вида на двигателя се сблъскваме с още един сериозен проблем при опит да се пътува със субсветлинна скорост. С ускоряването на кораба сблъсъците с междузвездни частици стават все по-опасни. Спрямо космическия кораб тези частици се приближават към него със субсветлинна скорост. Така че всеки атом и молекула, а още повече малка прашинка, притежават извънредно голяма кинетична енергия, както на куршум или снаряд. При среща на корабо с такава частица тя ще го прониже като снаряд и ще го повреди.

Това означава, че предполагаемите максимални скорости на бъдещите космически кораби могат да се окажат практически недостижими или заради липсата на двигатели, или заради опасността да се пътува в междузвездната среда с големи скорости. Възможно е някога хората да могат да сърфират в междузвездните простори със скорост, представляваща 99% от скоростта на светлината, така че в пътешествието, което ще продължи 100 години, екипажът ще остарее само с 14 години и ще се върне в свят, принадлежащ на неговите правнуци. Без да забравяме за тези бъдещи перспективи напомняме, че максималната скорост, достигната досега от космически кораб, построен от хората, съставлява не 99%, а 0,005% от скоростта на светлината. Трудно е да се доверим на прогнози, че след няколко столетия ще пътешестваме 20 000 пъти по-бързо. Освен това, по ирония на съдбата, теорията на относителността, според която пътуване със скорост, близка до скоростта на светлината, е твърде изгодно (заради ефекта на забавяне на времето), едновременно прави междузвездната среда много опасна за пътуване с такава скорост заради вероятността космическият кораб да е засипан с „град от куршуми”.


Автоматични междузвездни сонди
Космическият апарат «Пионер-10»,стартирал от Земята през 1972 г. напуска Слънчевата система. Той ще продължи своя полет с постоянна скорост, примерно 10 км/с (36000 км/ч) спрямо Слънцето до тогава, докато не стигне близо до източник на гравитация, например звезда. Траекторията на «Пионер-10» е насочена към точка близо до границата между съдвездията Телец и Орион. Следователно среща със звезда може да се осъществи не по-рано от 100 000 години. Разчетите показват, че този космически кораб, на който са необходими 100 000 години за преодоляване на средното разстояние между звездите, трябва да прелети 100 трилиона пъти по-голямо разстояние, за да се натъкне на планетна система, подобна на нашата. Но такова пътешествие ще продължи 10 милиарда милиарда години. Този огромен срок на очакване прави изчезваща вероятността корабът да срещне друга планетна система, изображението на пластинката с послание на борда ще бъде заличено от междузвездния прах преди да го намери хипотетична цивилизация. По същия начин и позлатените медни дискове със записи на звук и изображения от Земята на космическите кораби „Вояджър” ще блуждаят по Галактиката без особени шансове да бъдат открити от някакви разумни същества.

Записът на «Пионер-10» представлява първият опит на човечеството да отправи с помощта на ракета междузвездно послание, което да бъде получено от друга цивилизация. Развитието на идеята за контакти изисква да се помисли за по-съвършени методи. Тъй като посланията на «Пионер» и «Вояджър» имат почти нулеви шансове да достигнат целта, очевидно е глупаво да се изпращат безпилотни космически апарати с надежда, че те ще попаднат на друга цивилизация. По-внимателно разглеждане показва, че целеви космически апарат, например космическа сонда, която излъчва радиосигнали, минавайки близо до звезди, би изпълнил задачата по-добре от апаратите, пуснати досега. Брейсуел предполага, че сложни автоматични кораби-разузнавачи от такъв вид биха могли да се използват от развити цивилизации за регулярно изследване на нашата Галактика.

Автоматична космическа сонда с послание на борда, изстреляна от Земята сега, ще може да достигне околността на алфа Кентавър след 100 000 години. Подобни сонди могат да бъдат насочени с относително неголеми разходи и към други близки звезди, подобни на Слънцето. Тези космически сонди в най-сложния вариант трябва да имат на борда радиоприемник и предавател. Приемникът би могъл да регистрира всякакви радио- или телевизионни послания, предавани от цивилизации близо до друга звезда; неголям компютър на борда, способен да анализира всяко радиоизлъчване и да определя дали има случаен характер или има признаци на код. Ако космическата сонда регистрира радио- и телевизионни сигнали от цивилизация, той предава предварително записано послание на същата или близка честота, на която е приет сигналът. Това съвпадение на честотите би увеличило шанса сигналът от космическия кораб да бъде приет от местните приемници и анализиран.

Макар основната цел на автоматичните сонди да е просто обявяване, че съществуваме, даже неголяма сонда би могла да предаде послание, съдържащо няколко милиарда бита информация, което е достатъчно за предаване на информацията примерно, съдържаща се в «Британска енциклопедия». С послание на борда такава космическа сонда би била само носител на първично съобщение, ако говорим за двустранна връзка. Но всяка цивилизация, достигнала нашето ниво на развитие, би могла да изпрати в обратна посока друга автоматична сонда, затова не е изключено контактът да се ограничи с еднократен обмен на послания. Основният недостатък на такава схема си остава дългото време на полета – стотици хиляди години до близките звезди, милиони години до по-отдалечените. Следователно, обменът на информация ще протича отначало извънредно бавно. Посланията, предавани чрез радио, могат да се разпространяват десетки хиляди пъти по-бързо и да се намали продължителността на тяхната „доставка”.

Разбира се, само първото послание ще отиде толкова дълго. По-късно, като се знае точно посоката, бихме могли да предаваме информацията с помощта на електромагнитните вълни, което ще намали времето за разпространение на информацията натам и обратно до десетки или стотици години. Автоматичните сонди с послание на борда са целесъобразни като еднократен експеримент (по отношение на изследваната звезда). В сравнение с радиопосланията сондите са по-скъпи, но притежават преимущества заради своята целенасоченост. Действително, радиовълните се разсейват при своето разпространение, така че е необходимо рязко да се увеличи мощността на излъчването, за да се достигат все по-далечни звезди и планети. Ако пуснем сонда зад границите на Слънчевата система, то на всякакво разстояние от Земята заложената в нея способност за активно действие ще се запазва неизменна. Ако сондата се приближи към друга звезда, слънчевите батерии (по-точно батериите, работещи с енергията на звездното излъчване) ще произведат енергия, необходима за функциониране на нейния приемник, предавател и компютър.

Ако изберем този път, би могло начесто да пускаме по една такава сонда без особени загуби за бюджета. Причината да не го правим, въпреки стремежа да се установи контакт с други цивилизации, е главно в невъобразимата продължителност на полета. Малко от нас поддържат идеята за изпращане на такива сонди, които ще предадат съобщения след милиони години. Междузвездната връзка намира отзвук в нашето съзнание, когато се надяваме сами да получим резултат, а не той да дойде след хиляди поколения.

Но кой тогава да сложи началото? Отговорът на тази главоблъсканица се състои във възможността да регистрираме радиосигнали, непредназначени за междузвездна връзка. Или да можем да открием, че други цивилизации, по-малко плахи, по-добре организирани и по-надеждно защитени от нашата, са провели този анализ, но са стигнали до положителни изводи. И така, да си въобразим, че някоя вечер нашите телевизори ще приемат тайствени сигнали, невключени в програмата, и ние в рамките на половин час ще бъдем зрители на наистина фантастичен спектакъл. Тогава вероятно ще признаем, че автоматичните сонди наистина имат смисъл.
Изводи
Макар много да смятат, че междузвездните пътешествия скоро ще станат реалност, анализът с отчитане на физичните закони показва, че в обозримо бъдеще междузвезден космически полет остава невероятно сложен, да не кажем невъзможен. Космическите кораби, създавани от човека сега, се движат със скорост, съставляваща примерно 1/30000 от скоростта на светлината, затова полет дори до най-близката звезда ще продължи 100 000 години. За да се движи по-бързо, са необходими нови способи за ускоряване на кораба до високи скорости; това на свой ред изисква огромно количество гориво, даже в случай, че се научим да използваме анихилацията на вещество и антивещество с КПД=100%.

Ако се отдаде по някакъв начин да се построи космически кораб, способен да се движи със субсветлинна скорост, благодарение на ефекта на забавяне на времето, космическите пътешественици ще остареят по-бавно, отколкото събратята им, останали на Земята. Теорията на относителността предсказва също, че при скорости, близки до скоростта на светлината, всяка малка частица междузвезден газ или прах се превръща за космическия кораб в снаряд с огромна енергия. Следователно, налага се да се мисли за начин за избягване на ударите с такива снаряди, което допълнително усложнява създаването на източник на енергия за ускоряване на междузвезден кораб до около светлинни скорости.

Фотоните нямат маса на покой и затова винаги се движат със скоростта на светлината, т.е. по-бързо от всяка частица с маса на покой. Генерирането на радиовълни не изисква големи разходи и даже при относително неголеми разстояния на Земята използването на радиовълните се оказва значително по-удобно за предаване на послания от обикновената поща. Ако си спомним за гигантските разстояния между съседни цивилизации, лесно се разбира огромното преимущество на фотоните пред космически кораб. Макар и да е приятно да си мислим за междузвездни пътешествия, законите на физиката с отчитане на големите разстояния говорят в полза на радиовълните като най-доброто средство за междузвездна връзка. Ако този извод е верен, остава да се опитаме да разберем, какви междузвездни послания се носят около нас в дадения момент и как да се присъединим към мрежата за междузвездна връзка, ако си поставим такава задача.