Сколько вещества требуется для создания такой биосферы и где взять это вещество? По мысли Дайсона, для этой цели можно использовать вещество больших (необитаемых) планет. Так, если «распылить» планету массой, равной массе Юпитера и использовать полученное вещество, равномерно распределив его по сферическому слою радиусом 1 а. е., то над каждым квадратным сантиметром поверхности будет находиться приблизительно 720 г вещества. Это сопоставимо с условиями на Земле, где над каждым квадратным сантиметром поверхности находится столб атмосферы массой около 1000 г. Сферический слой вокруг звезды толщиной 2-3 м был бы вполне пригоден для жизни и мог бы содержать оборудование для использования радиации, падающей на него изнутри.
Последующие оценки показали, что массу сферы Дайсона можно значительно сократить. Прежде всего необходимо заметить, что конструкция в виде сплошной сферы вокруг звезды не может существовать — она будет разорвана не скомпенсированными центробежными силами (на это обратил внимание В. Д. Давыдов
59). Поэтому надо говорить не о сплошной поверхности, а о
системе спутников, вращающихся вокруг звезды, которые в совокупности перехватывают всю излучаемую ею энергию. Идея создания таких городов-спутников вокруг Солнца принадлежит К. Э. Циолковскому, он называл их «эфирными городами».
Дайсон описал и возможный принцип конструирования подобных сооружений
60 . Возьмем стальной стержень длиной 1 м и диаметром 1 см. Из 12 таких стержней сделаем октаэдр диаметром 1 м и массой 10 кг. Из 100 таких октаэдров, соединив их гранями, построим новый конструктивный элемент — «стержень» второй ступени. Из таких стержней сделаем новый октаэдр; соединив их, получим «стержень» третьей ступени и т. д. Октаэдр шестого порядка будет иметь размер 10
6 км (почти в 80 раз больше диаметра земного шара), а масса его будет составлять всего 5 х 10
-11 массы Земли. Дальнейшее увеличение размера невозможно, так как при этом конструкция будет разорвана приливными силами. Таким образом, предельный размер спутника, обращающегося вокруг Солнца по орбите радиусом 1 а. е., составляет 10
6 км. Двести тысяч таких предельно больших спутников с общей массой 10
-5 массы Земли полностью перекроют поверхность сферы и будут перехватывать всю энергию, излучаемую центральной звездой (солнцем).Но где взять необходимый материал, как можно «распылить» массу большой планеты? Дайсон предложил такой способ. Вокруг планеты вдоль линий широты прокладываются металлические изолированные провода, через которые пропускается электрический ток. Кроме того, ток пропускается через тело планеты перпендикулярно линиям широты и замыкается через металлические проводники, выведенные на планетоцентрическую орбиту или через плазму в магнитосфере. Планета становится, таким образом, якорем гигантского электромотора. В зависимости от направления токов планета может ускоряться или замедляться. Ускоряя вращение планеты, можно довести ее скорость до величины, при которой экваториальные области планеты будут отрываться и улетать в космическое пространство.Иной проект был предложен советским ученым Г. И. Покровским
61 . Согласно его проекту, Солнце (или звезда) окружается не сферой, а системой колец разного диаметра, вращающихся с различной скоростью, подобранной так, чтобы центробежная сила уравновешивалась силой притяжения звезды. Если посмотреть на эту систему колец извне, она будет похожа на раковину с двумя раструбами, повернутыми в разные стороны, через которые, по мысли Г. И. Покровского, могут входить и выходить межзвездные корабли (
рис. 1.12.1).
Каковы бы ни были инженерные детали подобных конструкций, они, согласно второму закону термодинамики, должны переизлучать падающую на них энергию в космическое пространство в виде отработанного тепла при температуре меньшей, чем температура падающего излучения. Как показывают расчеты, основная часть этого уходящего излучения будет сосредоточена в инфракрасной области спектра с максимумом излучения вблизи 10 мкм. Это излучение нельзя «утаить», независимо от того, хочет ли цивилизация или нет сообщить о своем существовании.
Таким образом, задача поиска астроинженерных конструкций сводится к поиску инфракрасных объектов с максимумом излучения вблизи 10 мкм и планковским распределением энергии в спектре. В случае неполного перекрытия звезды астроинженерными конструкциями, объект будет иметь характеристики обычной звезды с очень сильным инфракрасным избытком. Для обнаружения подобных объектов необходимо провести полный обзор неба в инфракрасном диапазоне. Эта задача была поставлена Н. С. Кардашевым
62 и вошла в советскую программу CETI
63. Поскольку земная атмосфера сильно поглощает излучение в ИК-области спектра, предусматривалось, что обзор должен проводиться с помощью специального ИСЗ, оборудованного аппаратурой для такого исследования.
Рис. 1.12.1. Астроинженерные конструкции вокруг звезды (раковина Г. И. Покровского)В 1983 г. в США был выведен на орбиту спутник ИРАС (сконструированный совместно США, Англией и Голландией), предназначенный для составления инфракрасного атласа неба. Установленный на спутнике телескоп диаметром около 60 см охлаждался до температуры 10 К, чтобы уменьшить его собственное ИК-излучение. Детекторы, расположенные в фокусе телескопа, охлаждались до еще более низкой температуры 3 К (всего на три градуса выше абсолютного нуля!). Телескоп работал в четырех диапазонах: 8-15 мкм, 20-30 мкм, 40-80 мкм и 80-120 мкм. Наблюдения продолжались в течение всего 1983 г. (они были прекращены в результате израсходования ресурса жидкого гелия). За время работы было исследовано 98 % всей небесной сферы и было открыто около 200 000 инфракрасных объектов. Среди них есть звезды с сильным ИК-избытком и объекты, излучающие только в инфракрасном диапазоне, в том числе, имеющие планковский спектр с максимумом излучения в области 10— 100 мкм. Казалось бы, это свидетельствует об обнаружении сфер Дайсона. Однако подобные же характеристики должны иметь звезды, окруженные плотным газопылевыми оболочками. Такие оболочки возникают вокруг звезд на стадии формирования планетной системы (протопланетное облако), а также на поздней стадии, когда звезда типа Солнца переходит в стадию красного гиганта. При этом атмосфера звезды расширяется до нескольких астрономических единиц, и на периферии ее вновь возникает плотная пылевая оболочка.
Возникает вопрос: каким образом отличить сферу Дайсона от окружающей звезду пылевой оболочки? С. А. Каплан и Н. С. Кардашев указали на то, что это можно сделать, изучая распределение энергии в спектре инфракрасных объектов. Для твердотельных конструкций интенсивность излучения в релеевской части спектра падает с длиной волны пропорционально λ
2, в то время как для пылинок (размеры которых меньше длины волны) спектр меняется более круто. Кроме того, можно ожидать специфических особенностей структуры искусственных объектов (резкие края, правильная геометрия и т. д.)
64. Исследование структуры объектов требует применения крупных космических радиоинтерферометров, которые могут обнаружить твердотельные конструкции по их экранирующему действию. В. И. Слыш обратил внимание на то, что газопылевая оболочка вокруг звезды должна быть источником мощного излучения в линиях гидроксила 18 см. Отсутствие подобного излучения может быть индикатором того, что мы имеем дело с искусственной твердотельной конструкцией
65.
До сих пор речь шла только об обнаружении астроинженерных конструкций по их ИК-излучению без попытки принять какую-либо информацию. К. К. Ребане обратил внимание на то, что высокоразвитая цивилизация, создавшая искусственную среду обитания вокруг звезды, может (без дополнительных энергетических затрат), передавать информацию, модулируя циркулирующие в такой системе потоки энергии
66. В этом случае поиск ВЦ должен сопровождаться анализом ИК-излучения с целью обнаружения модулированных сигналов.
В отличие от искусственных сооружений вокруг звезды, Н. С. Кардашев рассмотрел возможность создания астроинженерных конструкций значительно более крупного масштаба, например, создание искусственной биосферы размером несколько парсек вокруг ядер галактик или квазаров
67. Подобные объекты будут иметь светимость 10
6-10
12 светимости Солнца и могут служить моделью цивилизации III типа. Они являются источниками инфракрасного излучения со спектром, близким к планковскому при температуре излучения от 3 до 1000 К. Спектральная область поиска подобных объектов — от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Н. С. Кардашев рассмотрел конкретную модель подобной конструкции в виде вращающегося диска радиуса 12 пк и толщиной 1 км; такую же относительную толщину имел бы диск размером, равным диаметру Земли и толщиною в 1 мкм!). Масса диска 10
12 масс Солнца, плотность 8 г/см
3, период обращения 2600 лет, температура 300 К, светимость 1012 светимости Солнца. Поток излучения от такого объекта на расстоянии 1 Мпк составляет 1 Ян, что вполне обнаружимо при современных средствах.
С целью обнаружения подобных объектов, а также классических сфер Дайсона (вокруг звезд) Н. С. Кардашев, М. Ю. Тимофеев и В. Г. Промыслов из Астрокосмического центра ФИАН проанализировали источники, полученные спутником ИРАС
68. Определив их эффективные температуры, они выделили два узких интервала температур 110-120 К и 280-290 К, в которых концентрировалось большинство источников. Из этих источников были отобраны те, у которых распределение энергии по спектру наилучшим образом совпадает с распределением энергии абсолютно черного тела. В первом интервале температур (110-120 К) таких источников оказалось 38, а во втором (280-290 К) — 60. Таким образом, удалось сильно сузить круг возможных «кандидатов» в СД (напомним, что каталог ИРАС содержит 200 000 источников). В результате тщательного анализа около 30% отобранных источников удалось отождествить с различными астрономическими объектами, в том числе и со звездами. Однако 58 отобранных источников остались не отождествленными. Могут ли среди них быть сферы Дайсона? Пока это уверено установить не удалось.
Упомянем еще об одном виде астроинженерной деятельности ВЦ, не связанной с сооружением крупных астроинженерных конструкций. Так, высокоразвитая цивилизация, желающая сообщить о своем существовании, может ввести в атмосферу звезды, около которой она обитает, некоторое количество вещества, состоящего из какого-нибудь короткоживущего изотопа. Тогда другие цивилизации, наблюдая в спектре этой звезды соответствующие спектральные линии, смогут заключить об их искусственном происхождении. Действительно, короткоживущие изотопы за время существования звезды должны были бы распасться, и их присутствие укажет на то, что «кто-то» намерено подсыпал эти изотопы в атмосферу звезды. Расчеты показывают, что количество вещества, которое необходимо распределить в атмосфере звезды, для того, чтобы его можно было обнаружить, относительно невелико, порядка 10
4 -10
5 тонн
69. Этот метод, независимо предложенный И. С. Шкловским и Ф. Дрейком, получил название «звездных маркеров».
Развивая эти идеи, литовский астрофизик В. Л. Страйжис пришел к выводу, что в природе существует много астрономических объектов и явлений, которые можно было бы интерпретировать, как результат деятельности высокоразвитых цивилизаций. Так, например, в ряде звездных скоплений имеются горячие голубые звезды, которые на диаграмме Герцшпрунга-Рассела находятся на так называемой главной последовательности. Между тем, если исходить из возраста скопления, эти массивные звезды, эволюция которых протекает очень быстро, должны были давно покинуть главную последовательность и превратиться в красные гиганты. Но эти светила почему-то не подчинились теории звездной эволюции и заняли на диаграмме Герцшпрунга-Рассела совершенно неподобающее им место. Для того чтобы как-то объяснить это противоречие, было выдвинуто предположение, что указанные звезды не образовались вместе со всеми звездными скоплениями, а лишь случайно «залетели» в него: это «странники», блуждающие по Галактике, и лишь временно находящиеся в данном скоплении, отсюда и их название «голубые бродяги». В. Л. Страйжис выдвигает иную гипотезу. По его мнению, «голубые бродяги» принадлежат данному скоплению, но они задержались в своем развитии. В чем же причина такой задержки? Она может быть следствием того, что в ядро звезды поступает большое количество водорода из внешних слоев. Такая «подсыпка» ядерного горючего в ядро, по мысли Страйжиса была выполнена высокоразвитой цивилизацией, обитающей в окрестностях данной звезды. «Легко догадаться, — пишет он, — с какой целью это может делаться: искусственное удерживание звезды на главной последовательности позволяет существенно продлить постоянные температурные условия на ее планетах. Нашей цивилизации через 4 млрд лет будет весьма кстати применить этот метод, чтобы избежать быстрого превращения Солнца в красный гигант»
70.
Другой пример, приводимый Страйжисом, — так называемые пекулярные и металлические звезды. В атмосферах пекулярных звезд содержится аномально большое количество некоторых химических элементов (марганец, ртуть, кремний, стронций, европий, хром); концентрация этих элементов в сотни и тысячи раз превышает их обилие в атмосферах нормальных звезд. Мало того, эти элементы не распределены равномерно по всей атмосфере звезды, а концентрируются в отдельных областях, поэтому, когда звезда вращается вокруг своей оси, линии этих элементов в спектре звезды то появляются, то исчезают. В спектре металлических звезд линии металлов усилены в десятки раз по сравнению с обычными звездами. Все эти факты трудно объяснимы с точки зрения современной звездной эволюции. «При определенной фантазии, — полагает Страйжис, — можно представить себе, что это промышленные отходы инженерной деятельности высокоразвитых цивилизаций»
71. Если это так, то масштабы такой деятельности должны быть, поистине, грандиозны, охватывая миллионы звезд.К этим фактам Страйжис добавляет данные об углеродных, бариевых и циркониевых звездах. Все это холодные звезды (с эффективной температурой меньше 3800 К), отличающиеся аномальным обилием соответствующих элементов (углерода, бария и циркония). При этом в углеродных и циркониевых звездах увеличено также содержание тяжелых металлов (стронция, лантана и др.). В некоторых из них наблюдаются линии радиоактивного элемента технеция, период полураспада которого порядка 10
5 лет, в то время как возраст этих звезд превышает 10
9 лет. Наблюдается также аномальное обилие лития, очень редкого быстро сгорающего элемента; в атмосферах некоторых углеродных звезд его содержание увеличено в 100 000 раз. Не являются ли все эти факты указанием на то, что в атмосферах некоторых холодных звезд имеет место искусственное производство химических элементов? Заканчивая этот перечень, Страйжис пишет: «Рассказ о загадочных явлениях в астрофизике можно было бы продолжить. Например, что вызывает появление и свечение объектов Херби-га-Аро? Что происходит со звездой FG Sge, которая быстро передвигается по диаграмме Герцшпрунга-Рассела и в атмосфере которой в течение нескольких лет исчезает железо, но усиливаются линии тяжелых металлов? Не проводится ли над объектом SS 433 гигантский физический эксперимент сверхцивилизации, начатый в 1929 г. и который закончится гигантским взрывом через 50 лет? Не являются ли звездные кольца километровыми столбами спиральных ветвей Галактики?»«Автор не думает, — заключает он, — что все перечисленные объекты и явления — это продукт деятельности сверхцивилизаций. Пройдут годы, и для многих из них будут найдены естественные причины их возникновения. Однако мы не должны закрывать глаза на возможность, что хотя бы некоторые из этих явлений могли быть вызваны искусственно»
72.
Завершая обсуждение данной проблемы, следует обратить внимание на одно важное обстоятельство. Реализация далеко идущих планов переустройства планетной системы (не говоря уже об экспериментировании со звездами) может привести к серьезным экологическим последствиям. В то время, когда были выдвинуты первые астроинженерные проекты, экологическое сознание человечества было неразвитым. Негативный опыт, накопленный нами за эти годы, убедительно показал пагубность пренебрежения экологическими проблемами. Такое пренебрежение, наряду с (отступающей, кажется) угрозой ядерной войны, поставило жизнь на Земле на грань катастрофы. Не следует допускать ту же ошибку применительно к космической среде. Учет экологических факторов приводит к ограничению астроинженерной деятельности ВЦ или к изменению характера и форм этой деятельности. По-видимому, высокоразвитая ВЦ организует свою творческую деятельность таим образом и с таких формах, чтобы не нарушать гармонии Вселенной. Это следует принимать во внимание при разработке стратегии поиска и при анализе проблемы «космического чуда» (см. гл. 6).
Некоторые авторы предполагают, что высокоразвитые внеземные цивилизации могут быть причастны к образованию массивных звезд и черных дыр
73, к регулированию распределения плотности в Метагалактике
74 или даже к расширению видимой Вселенной
75. Но это уже следует отнести не столько к астроинженерной деятельности цивилизаций в Кем-то созданной Вселенной, сколько к участию Космического Разума в самом акте ее творения.
