Перспективы
•
Гипотезы
•
Нерешенные проблемы
Издательство "Знание", 1966
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ
В. И. ГОЛЬДАНСКИЙ, В. А. КИРИЛЛИН, Б. Г. КУЗНЕЦОВ (председатель), В. П. МАСЛИН, В. В. ПАРИН,
|Н. М. СИСАКЯН|, В. И. СИФОРОВ
Ответственный редактор Е. Б. ЭТИНГОФ
В. А. Амбарцумян, академик. Основная проблема космогонии с. 92-100
И. Т. Акулиничев, доктор медицинских наук. На повестке дня — лунные лаборатории с. 101-107
В. И. Сифоров, академик. Предисловие к статьям Б. К. Федюшина и И. Б. Гутчина с. 108
Б. К. Федюшин, кандидат физико-математических наук. Межзвездные перелеты с. 109-118
И. Б. Гутчин, кандидат технических наук. Космическое общение — задача кибернетики с. 119-130
 ВИКТОР АМАЗАСПОВИЧ АМБАРЦУМЯН — астроном и астрофизик, академик, президент АН Армянской ССР. Работает в области теоретической астрофизики и звездной астрономии. |
Космогония — это наука о происхождении и развитии небесных тел. Она ставит задачу объяснить возникновение Земли, планет, Солнца, звезд, туманностей и галактик.
Еще несколько десятилетий назад ученые создавали различные более или менее всеобъемлющие «космогонические гипотезы», то есть умозрительные схемы, в которых пытались на основе известных нам законов физики вывести наблюдаемое ныне состояние небесных тел из какого-то первоначального примитивного состояния.
Поскольку, однако, у нас было очень мало данных о том, каково это первоначальное состояние, то задача построения космогонической гипотезы, правильно описывавшей происходящие в природе процессы формирования небесных тел, оказывалась трудной и весьма неопределенной.
Между тем наблюдательная астрофизика терпеливо собирала данные о процессах, происходящих в небесных телах, об изменениях, которым они подвергаются, о том месте, которое занимает в природе каждая категория небесных тел. Теоретическая астрофизика позволила построить модели многих явлений, понять, какие изменения они вызывают в устройстве небесных тел и их систем.
Благодаря новым, более мощным и более разнообразным средствам исследования астрофизики получили возможность наблюдать более тонкие изменения. Стало уделяться большое внимание неустойчивым явлениям во Вселенной. Новые телескопы дали возможность проникнуть далеко в мир галактик, где явления неустойчивости выражены гораздо более резко, чем в мире звезд.
Благодаря всему этому астрофизика за последние двадцать лет превратилась в науку, насквозь проникнутую эволюционным духом. Возникла тенденция устанавливать эволюционные закономерности на основе обобщения фактических данных, полученных из прямых наблюдений. Эта тенденция с течением времени все усиливалась. И в настоящее время вряд ли кто-нибудь может придавать серьезное значение умозрительным космогоническим гипотезам старого типа. На смену им пришел более плодотворный метод изучения и постепенного обобщения фактических данных, полученных из наблюдений.
Однако и в современной эволюционной астрофизике исследователи весьма часто вынуждены все же прибегать к различным предположениям, которые кладут в основу объяснения эволюционных процессов. Правда, это уже не прежние длинные цепи умозрительных рассуждений: такие предположения астрофизики стремятся проверять на фактах и затем, в зависимости от результата, отвергают их или принимают для дальнейшей работы. Тем не менее, при изучении эволюционных процессов приходится вносить некоторые основные допущения, которые пока не удается окончательно проверить. Мы хотим здесь остановиться подробнее на характере некоторых таких допущений.
Известно, что большая часть наблюдаемого нами в природе вещества сосредоточена в звездах. В свою очередь, звезды объединены в галактики — гигантские системы огромных размеров и светимостей. Часть галактик содержит также диффузную материю — туманности и межзвездное вещество. Однако, как правило, в таких галактиках общая масса диффузного вещества мала по сравнению с общей массой звезд. Другая же часть галактик практически не содержит диффузной материи, поэтому, по крайней мере в нашу эпоху развития Вселенной, звезды представляют собой основную форму существования материи. Естественно, что вопрос о том, из какого вещества возникли звезды, — один из важнейших не только для астрофизики, но и для всего естествознания. Решение этого вопроса становится практически необходимым для дальнейшего прогресса астрофизики,
Согласно старым космогоническим гипотезам, звезды возникают из диффузной, рассеянной материи. «От диффузного к плотному» — это был традиционный постулат, считалось, что он не требует доказательства. И вот, несмотря на то, что современная эволюционная астрофизика все больше основывается на наблюдениях, этот постулат продолжает приниматься многими авторами как нечто само собой разумеющееся.
Между тем наблюдения приносят все новые факты, говорящие о противоположном направлении процесса развития, то есть о переходе от плотного состояния к разреженному. В связи с этим постепенно сформировалась противоположная концепция, согласно которой звезды образовались из более плотных тел, а в галактиках основным фактором развития являются их плотные ядра. Трудности в изучении начального периода развития небесных тел сейчас еще не позволяют нам окончательно разрешить эту дилемму. Тем не менее представляет большой интерес рассмотреть нынешнее состояние этого спорного вопроса.
Автор настоящих строк принадлежит к числу лиц, указавших на возможность возникновения звезд и галактик из более плотных образований. Это решение всегда казалось ему более правдоподобным. Поэтому, переходя к изложению аргументов в пользу каждой из упомянутых противоположных точек зрения, нужно предупредить, что дальнейшее изложение может оказаться не вполне беспристрастным.
Прежде всего, рассмотрим вопрос об образовании звезд. Мы не имеем никаких прямых доказательств возникновения их из диффузного вещества, так же как и прямо противоречащих этому фактов. Поэтому остается привести только косвенные аргументы.
В пользу образования звезд из межзвездного диффузного вещества говорят следующие доводы. В нашей Галактике мы не наблюдаем непосредственно никаких других, сколько-нибудь значительных по массе объектов, кроме звезд и диффузной материи. А так как формирование звезд продолжается — это общепризнанный факт, — то они могли возникнуть только из диффузного вещества. Для обоснования противоположной гипотезы необходимо предположить, что существуют какие-нибудь неизвестные нам плотные «протозвезды».
Если сравнить распределение звезд и диффузного вещества, то легко можно убедиться, что молодые звезды расположены главным образом в непосредственной близости от плоскости Галактики. То же самое характерно для диффузного вещества. Более того, в тех областях пространства, где расположены группы молодых, недавно возникших звезд, то есть в звездных ассоциациях, мы наблюдаем диффузные газовые туманности, которые следует в таком случае рассматривать как материал для продолжения процесса звездообразования или как остатки этого процесса.
Известно, что Галактика состоит из спиральных ветвей, вдоль которых и располагаются молодые звезды и звездные ассоциации. Это, по-видимому, гораздо легче объяснить, если допустить, что форма ветвей отражает распределение газа, из которого звезды возникли.
Наблюдаемые газовые облака, по-видимому, располагаются вдоль тех же спиральных ветвей.
Наконец, только диффузное тело большого первоначального объема может иметь большой момент вращения, каким обладают, например, широкие звездные пары, то есть такие, составные части которых расположены далеко друг от друга.
Вот вкратце те аргументы, которые приводят в защиту гипотезы о возникновении звезд из диффузного вещества.
Сторонники противоположной точки зрения утверждают, что диффузное вещество и звезды возникают совместно из каких-то массивных образований неизвестного нам типа. Этим можно объяснить, что молодые звезды и диффузное вещество встречаются в Галактике большей частью совместно.
Весьма часто мы непосредственно наблюдаем в Галактике явления расширения и рассеяния диффузного вещества. При этом иногда это диффузное вещество на наших глазах выбрасывается из звезд. Так, во время вспышек новых и сверхновых звезд выброшенное из звезды вещество образует туманности, которые расширяются и затем рассеиваются.
Между тем нигде и никогда мы не наблюдали не только сгущения диффузной материи в звезды, но и вообще какого бы то ни было сжатия разреженных газовых масс.
Мы знаем, что некоторые газовые туманности расширяются. Примером может служить туманность Розетка в созвездии Единорога. В центральной части этой расширяющейся туманности находится разреженная область, где, однако, мы видим группу молодых звезд. Естественно допустить, что в результате взрыва какого-то плотного массивного тела образовалась эта группа молодых звезд и одновременно были выброшены большие газовые массы, которые продолжают до сих пор расширяться.
В центральной части туманности Ориона находится кратная звездная система, называемая Трапецией. Звезды этой группы удаляются друг от друга со столь значительными скоростями, что должны выйти из-под влияния взаимного притяжения. Если в обычном газе скорости внутреннего движения настолько уменьшились, что он под воздействием собственных сил тяготения собрался в эти звезды, то непонятно, откуда у них столь большие скорости. Между тем взрывом массивного плотного тела можно объяснить и образование расширяющейся Трапеции, и возникновение окружающей ее туманности.
Наконец, остается неясным, как сгущающаяся в звезду газовая масса освобождается от имеющегося у нее обычно избыточного момента вращения.
Заметим, что представители обеих точек зрения, конечно, пытаются найти обходные пути для решения встречающихся затруднений. Не будем излагать приводимые при этом доводы. Мы постарались лишь перечислить типичные аргументы, которые хотя и являются косвенными, но довольно естественно считаются подтверждающими ту или другую точку зрения. Существуют также различные гипотезы о происхождении галактик. Известно, что существуют галактики эллиптические, спиральные и неправильные. Более сорока лет назад известный английский физик и астроном Дж. Джинс выдвинул гипотезу, что эллиптические туманности, постепенно сжимаясь, сплющиваясь и ускоряя свое вращение, превращаются в спиральные. При этом Джинс, как и многие астрономы того времени, исходил из предположения, что эллиптические галактики состоят из диффузной материи. Он считал, что одновременно с превращением эллиптической галактики в спиральную ее диффузная материя начинает превращаться в звезды.
Однако теперь мы знаем, что как раз эллиптические галактики почти совершенно лишены диффузного вещества: значительные массы разреженного газа содержат только спиральные и неправильные галактики. Поэтому теперь сторонники гипотезы возникновения галактик из первоначального диффузного вещества считают эллиптические галактики более поздней фазой развития звездных систем. Присутствие в спиральных и неправильных галактиках наряду с диффузным веществом молодых звезд они рассматривают как продолжение процесса превращения гигантского газового облака в звездную систему.
Наконец, в пользу возникновения галактик из диффузного вещества приводится довольно сильный аргумент «от противного». Если бы галактики возникали из тел небольшого объема, то трудно было бы объяснить их иногда огромные вращательные моменты. В случае же, если галактики конденсируются из диффузных масс больших объемов, то не только могут, но и должны встречаться галактики, обладающие относительно быстрым вращением.
Вот, пожалуй, и все аргументы в пользу этой точки зрения. Гораздо большее количество фактов приводит к противоположному выводу — о возникновении галактик из тел небольшого объема, но высокой плотности.
Обращает на себя внимание то, что мы наблюдаем непрерывное истечение диффузного вещества из ядер целого ряда галактик. Это истечение ничем не компенсируется, и, таким образом, внешняя часть галактики постоянно растет за счет ядра. Темпы истечения настолько велики, что масса газа, вытекшего за время жизни галактики, должна быть порядка всей массы диффузного вещества, в ней находящегося.
Недавно было показано также, что в ядрах галактик могут происходить взрывы гигантской силы. Например, полтора миллиона лет назад такой взрыв произошел в галактике M82, находящейся на сравнительно близком расстоянии от нашей Галактики. При этом была выброшена масса газа, примерно в 10 миллионов раз превышающая массу Солнца. Выброшенный газ образовал систему волокон, удаляющихся от центра галактики.
Мы знаем и другие случаи выбрасывания вещества из ядер галактик. Если прибавить к этому то, что нам известно о расширяющихся оболочках вокруг отдельных звезд и групп молодых гигантов, то получается картина, диаметрально противоположная той, которую рисуют сторонники гипотезы конденсации.
Весьма значительная часть галактик обладает спиральными рукавами, вдоль которых и располагаются молодые звезды. Устройство спиральных рукавов в самых центральных частях этих галактик заставляет нас считать, что материал рукавов постоянно возобновляется за счет притока нового вещества из ядра. Другими словами, спиральные рукава как бы вытекают из ядра.
Так возникает картина, согласно которой ядро оказывается активным центром, поставляющим материал для различных частей галактики. В полном соответствии с этой картиной находятся те обнаруженные наблюдениями случаи, когда из ядра вытекает прямолинейная струя, которая внутри себя содержит сгущения, по всей видимости, также выброшенные из ядра. Судя по размерам и яркости этих сгущений, они представляют собой, по существу, небольшие галактики. Таким образом, приходится считать, что ядро большой галактики должно играть главную роль не только в формировании своей собственной галактики, но и в возникновении окружающих слабых галактик-спутников.
Эти аргументы, основанные на выделении вещества из ядер галактик — их эруптивной деятельности, — еще недавно казались не очень вескими: многие астрономы полагали, что можно будет найти иную интерпретацию наблюдательных данных. Так, например, еще пять лет назад большинство астрономов считало, что радиогалактики вовсе не являются результатом взрыва в ядре галактики, а образуются при столкновении двух прежде независимых галактик. Однако за последние годы гипотеза столкновения была совершенно оставлена ее сторонниками, а эруптивная гипотеза — гипотеза о выбросе из ядра огромных радиоизлучающих облаков — стала господствующей. Более того, были найдены многочисленные новые свидетельства эруптивной деятельности ядер галактик.
Наконец, обнаружены компактные галактики, которые должны с излагаемой точки зрения рассматриваться как ядра, которые еще не успели образовать вокруг себя полную галактику.
Мы предоставляем самому читателю судить на основании изложенного, какая из гипотез (конденсации или расширения) сегодня может считаться более правдоподобной для звезд и для галактик. Автору кажется, что в случае звезд трудно сделать выбор: позиции обеих гипотез одинаково сильны или, точнее, одинаково слабы. Однако в применении к галактикам гипотеза конденсации имеет слишком мало шансов на успех.
Мы изложили здесь один из основных вопросов современной космогонии и астрофизики. При том быстром накоплении наблюдательных данных, которое происходит сейчас, можно ожидать, что сформулированная нами дилемма будет решена в ближайшие годы. Поэтому астрофизики с огромной надеждой смотрят в ближайшее десятилетие. Кропотливая, терпеливая работа по анализу бесчисленных наблюдений, надо надеяться, позволит добиться решения.
Не надо, однако, упускать из виду и другую возможность. В науке часто бывает, что из двух казавшихся единственно возможными взглядов ни один не оказывается верным. Неожиданно появляется новое решение, о котором раньше никто не мог догадаться. Наконец, иногда происходит синтез двух взглядов, двух воззрений, которые до этого казались исключающими друг друга. Будущее покажет, как будет решена изложенная проблема.
 ИВАН ТИМОФЕЕВИЧ АКУЛИНИЧЕВ — доктор медицинских наук, специалист в области космической медицины. |
Задачи дальнейшего освоения космоса все чаще и чаще связываются с Луной. Научное завоевание Луны рассматривается в мировой печати как первая наиболее реальная цель, которой может достигнуть человечество на пути стремительного проникновения в космическое пространство. Однако на этом пути не только раскрылись заманчивые перспективы познания неизведанного, но и определились колоссальные трудности. Именно они отчасти и влекут к себе неутомимых исследователей природы.
Луна все-таки находится далеко от Земли и пока хранит от человека много тайн. Освоение Луны затрудняется тем, что у нее нет атмосферы, нет свободной воды и пока достоверно не изучена ее поверхность. Неизвестно также многое, многое другое, что крайне необходимо узнать, прежде чем будет предпринят столь смелый и ответственный шаг — полет человека к Луне.
Если первый этап освоения космоса — полет в околоземное космическое пространство — человек совершил в порядке эксперимента, хотя и сложного по своей организации, то второй этап — полет к Луне потребует подготовки целой экспедиции. Для этого необходимы совершенные научно-технические средства и прежде всего более мощные ракетные ускорители. Вместе с людьми нужно будет послать на Луну большие запасы всего земного: воздуха, пищи, воды, земных средств защиты от холода и жары, от интенсивного света и космической радиации. Приходится думать и о том, как помочь космонавтам перенести длительный полет, и в особенности длительное воздействие такого малоизученного фактора, как невесомость. Поэтому роль биологии и медицины в подготовке экспедиции будет весьма значительной.
В ходе подготовки лунной экспедиции понадобится более тщательное обследование космических трасс, ведущих к Луне, при помощи не только автоматических исследовательских систем, но и живых существ — биоиндикаторов. Да и на самой Луне первыми посланцами Земли, по-видимому, будут животные.
Поскольку на завершающем этапе подготовки экспедиции ответственная роль в управлении самим полетом и многочисленными системами корабля будет доверена человеку, медицина должна будет решить вопросы обеспечения безопасности полета и оптимизации всей многообразной деятельности космонавтов.
Эти и многие другие трудности вполне очевидны. Однако наука, опирающаяся на высокоразвитое промышленное производство, имеет большой опыт организации различных земных экспедиций, проходивших в самых сложных и неблагоприятных для человека условиях, например в Антарктиде. Это убеждает в реальности осуществления дальних экспедиций в космосе. И не случайно на повестке дня XV конгресса Международной астронавтической федерации стоял вопрос о лунных лабораториях, привлекающий к себе самое пристальное внимание ученых различных специальностей.
Мы не хотим создать у читателя ложное впечатление, будто полет на Луну уже подготовлен. Вопрос о лунных лабораториях обсуждается в порядке перспективы — мы еще только осмысливаем встающие перед нами проблемы и оцениваем наши возможности. Для того чтобы эту перспективу приблизить, необходимо прежде всего осуществить полеты человека в район Луны. Далее должен быть положительно решен вопрос о самой возможности прилунения космического корабля, а также безопасного пребывания человека на Луне и, конечно, надежного возвращения его на Землю.
Полет человека к Луне и на Луну — это лишь первый этап осуществления межпланетных полетов, которые по своим навигационно-техническим характеристикам и по условиям жизнедеятельности самого человека будут сильно отличаться от полетов орбитальных. Полет на Луну позволит не только решить частный вопрос освоения Луны, но и отработать принципы межпланетных сообщений, которые вполне осуществимы на современном уровне развития космонавтики.
Создание лунных лабораторий позволит до некоторой степени удовлетворить огромный интерес науки к недрам Луны и к многим общим проблемам мироздания. Ученые смогут производить раскопки и бурение поверхности Луны, а также изучать небесные тела и особенно нашу планету — Землю с помощью оптических и радиотехнических средств.
Было выдвинуто много различных проектов достижения Луны. Сейчас еще трудно говорить о тех поправках и изменениях, которые могут быть в них внесены на пути «последовательных приближений» к их реализации. Но тем не менее в этих проектах содержатся и такие положения, которые не вызывают серьезных возражений. Так, полеты к Луне будут осуществляться в два этапа: орбитальный и траекторный. Сам корабль будет в ходе полета подвергаться значительным структурным изменениям (сборка, стыковка, разделение). При этом будет происходить изменение скоростей — первой и второй космической по отношению к Земле и Луне. На траекторных участках полета будет корректироваться трасса космического корабля, а на орбитальных будет производиться маневрирование. Все это немыслимо без активной роли экипажа, в состав которого будет входить несколько специалистов.
Особое внимание врачи и биологи уделяют не только невесомости, метеорной и радиационной опасности, но и факторам времени и расстояний. Чтобы преодолеть значительное пространство, отделяющее Луну от Земли, нужно будет затратить многие дни, а возможно, и недели. Огромные расстояния, во-первых, затруднят передачу информации и команд управления и, во-вторых, сделают практически невозможным быстрое возвращение корабля на Землю в случае каких-нибудь неожиданностей, например болезни членов экипажа, изменения радиационной обстановки, а также неисправности корабля. В таком сложном полете целой группы людей могут возникнуть и другие ситуации, которые сейчас трудно предвидеть.
Для экипажа корабля, летящего к Луне, нужно будет создать определенный минимум комфорта: обеспечить достаточное питание, условия для отдыха, возможности обмена информацией и соответствующий эмоциональный фон. Для этого на корабле будут предусмотрены специальные места для работы и отдыха, гигиенические удобства, надежная защита от воздействия факторов полета и, в особенности, космической радиации.
Важным условием обеспечения здоровья и безопасности людей, находящихся в сложной и малоизученной обстановке межпланетного полета, явится надежный и оперативный врачебный контроль, а также физиологические и гигиенические исследования, дающие возможность предсказать состояние космонавтов.
При разработке системы врачебного контроля нужно будет предусмотреть индивидуальные средства защиты и жизнеобеспечения, которые позволят космонавту совершать переход от земных условий, искусственно созданных в космическом корабле, к космическому вакууму и работать вне корабля.
Вопрос о лунных лабораториях можно уже сейчас ставить не в фантастическом, а в научном, практическом плане, если только считать одним из видов таких лабораторий космический корабль, способный облететь Луну на близком расстоянии или находиться около нее в качестве спутника. Такие корабли, в состав экипажа которых будут входить ученые, могут выполнять некоторые задачи лунных лабораторий.
С большим основанием лунной лабораторией можно назвать космический корабль, который прилунится, проведет на Луне некоторое время и возвратится на Землю. И, наконец, лунная лаборатория в полном смысле слова будет доставлена на Луну в собранном или разобранном виде и останется там на длительное время. Состав ученых в такой лаборатории будет периодически сменяться, а ее средства жизнеобеспечения — пополняться и обновляться.
Для создания таких лабораторий предстоит решить вопрос о самой возможности кратковременного, а затем и длительного существования на Луне человека. Ученым придется изыскать способы использования лунных условий и материалов для обеспечения жизнедеятельности человека; найти на Луне источники энергии, строительные материалы, воду, кислород, создать условия для выращивания там растений. Наконец, лунные лаборатории должны изучить все особенности ориентации на Луне и передвижения по ее поверхности.
Большой объем предполагаемой работы лунных лабораторий потребует включить в их штат специалистов многих областей науки и техники: в частности, астрофизиков, геологов, селенологов, биологов, врачей, радиологов, физиков, химиков, математиков, специалистов по средствам связи. Сами лунные лаборатории, видимо, будут иметь помещения для работы и отдыха ученых, бытовые и санитарные узлы, научно-исследовательское оснащение, биокомплекс — системы жизнеобеспечения и защиты от воздействия специфических факторов Луны, а также медицинский пункт.
Наиболее ответственными техническими сооружениями лунных лабораторий будут автоматические сиетемы поддержания заданных условий среды. Создать эти условия нелегко, так как лунные лаборатории будут находиться под воздействием не только космического вакуума, но и значительных контрастов температуры. Ведь поверхность Луны охлаждается до температуры примерно —150°C и нагревается до +135° С.
Другое устройство потребуется для сообщения с космосом. Через это устройство ученые в специальных защитных костюмах и с автономными средствами жизнеобеспечения и связи будут выходить из помещений для работы непосредственно на поверхности Луны.
Таким образом, персонал лунных лабораторий периодически будет пребывать в особо опасных условиях. Как бы ни был подготовлен человек, он не может не реагировать на опасные ситуации, и потому можно ожидать, что основное его внимание будет приковано к системам жизнеобеспечения. Дело может дойти до того, что на долю исследовательской деятельности останется меньше времени, и возможности, которыми располагает человек в земных условиях, заметно снизятся.
Для того чтобы сохранить работоспособность людей в лунных лабораториях, системы жизнеобеспечения и защиты должны будут иметь весьма высокую степень надежности. Только гарантия надежности может создать у людей совершенно необходимое чувство доверия к технике. Поэтому нельзя ставить задачу полной автоматизации всех систем лунной лаборатории. Человек должен остаться функциональным звеном в тех или иных контурах управления и регулирования. Ручное управление, хотя бы и застрахованное от ошибок, необходимо для того, чтобы человек в критические моменты мог совершать активные действия. Определенные специалисты лунных лабораторий смогут выполнять ремонт и замену техники, а также осуществлять безусловный контроль ее работы.
Деятельность персонала лунных лабораторий потребует методической и технической разработки с точки зрения инженерной психологии. Работу в лунных скафандрах, в необычных гигиенических и физических условиях нельзя представить без специальных орудий труда и средств передвижения. Лунное тяготение в шесть раз меньше земного, и это не может не влиять на кинематику трудовых процессов и самих перемещений человека в пространстве.
При подготовке будущих членов лунных экспедиций придется пересмотреть тренировки космонавтов, уделив особое внимание отработке автоматизма в выполнении трудовых процессов на Луне. Такая подготовка потребует постройки специальных стендов и различных лунариев, способных имитировать условия Луны с максимальным приближением к действительности.
В заключение необходимо сказать, что жизнь и работа в лунных лабораториях будут оказывать сильное и своеобразное влияние на человека-исследователя не только в связи с постоянно подстерегающей его опасностью, но и из-за необычных условий протекания жизненных процессов, непривычного вида окружающих предметов и самого небосвода. Вся жизнь в лунных лабораториях будет сложной и строго регламентированной. И все же каждый шаг человека по Луне, каждый час пребывания его в окололунном космосе будут оценены грядущими поколениями как величайший подвиг. Значение самоотверженного труда нашего поколения, приближающего освоение космоса, будет по-настоящему раскрыто и понято в веках.
В последние годы проблема поисков во Вселенной разумной жизни — проблема, которая издавна служила лишь предметом отвлеченных рассуждений и темой для фантастических романов, — встала на повестку дня большой науки. Решающую роль в этом, на мой взгляд, сыграли два фактора.
Во-первых, успех первых космических полетов, пусть еще не очень далеких, побудил многих ученых и инженеров всерьез задуматься о возможности создания космического корабля, способного преодолеть невообразимо гигантские расстояния, отделяющие нас от звезд. К сожалению, как убедительно показывает в своей статье кандидат физико-математических наук Б. К. ФЕДЮШИН, современное состояние техники не позволяет даже представить себе такой корабль. Дело будущей науки — разработать новые принципы, которые могли бы лечь в основу конструкции звездолета.
Во-вторых, бурное развитие радиоастрономии и появление кибернетических методов обработки радиоастрономических данных открывают заманчивые перспективы установления прямой связи с внеземными цивилизациями, если такие цивилизации существуют в ближайшей к нам части Вселенной. Возможностям общения с ними посвящена публикуемая здесь статья кандидата технических наук И. Б. ГУТЧИНА.
В обеих статьях говорится о далеком будущем. Где-то здесь уже проходит та грань, которая отделяет собственно научное предвидение от научной фантастики. И очень хорошо, что авторы статей не переходят эту грань, по-деловому обсуждая существующие тенденции и реальные перспективы науки и техники.
Конечно, всем нам хотелось бы надеяться, что когда-нибудь человек сможет установить связь, а потом и встретиться со своими братьями по разуму. Будущее покажет, оправдаются ли эти надежды.
 БОРИС КОНСТАНТИНОВИЧ ФЕДЮШИН — физик, кандидат физико-математических наук. Работает в области теоретической ядерной физики и ядерной энергетики. |
Развитие науки за последние годы привело к тому, что старое предположение о существовании во Вселенной других населенных разумными существами миров приобрело характер подлинно научной гипотезы. Попытаться проверить эту гипотезу можно различными способами.
Во-первых, можно идти путем астрономических исследований и настойчиво искать в нашей Галактике признаки деятельности инопланетных разумных существ. Так, можно пытаться обнаружить электромагнитные сигналы, посылаемые какой-нибудь высокоразвитой галактической цивилизацией с целью объявить о своем существовании другим высокоразвитым галактическим цивилизациям.
В будущем, несомненно, станет возможной межзвездная связь с помощью световых сигналов, посылаемых сверхмощными квантовыми генераторами. Не исключено, что когда-нибудь для целей межзвездной связи будут использованы и гравиосигналы. Существование гравиоволн, или волн тяготения, было уже давно предсказано общей теорией относительности, хотя пока еще не подтверждено опытами. Поскольку общая теория относительности блестяще объяснила некоторые явления (вековое вращение планетных орбит, отклонение светового луча у поверхности Солнца, «красное смещение» спектральных линий звезд), то есть основания считать, что обнаружение гравиоволн на опыте будет осуществлено в недалеком будущем.
Во-вторых, можно идти путем геологических, археологических, а также историко-филологических исследований и пытаться обнаружить следы пребывания «космических пришельцев» на Земле в геологические и даже исторические времена. Так как современная наука почти с достоверностью утверждает, что разумная жизнь на планетах нашей Галактики представляет собой очень редкое явление, то вероятность посещения солнечной системы и Земли инопланетными разумными существами из другой звездной системы в геологическую и особенно в историческую эпоху ничтожно мала, но все-таки не равна нулю.
Правда, в настоящее время нет ни одной геологической находки, которая свидетельствовала бы о пребывании «космических пришельцев» на Земле. Ни один из известных древних памятников материальной культуры не может быть приписан инопланетной цивилизации и не говорит однозначно о пребывании ее представителей на Земле. Среди огромного количества мифов, легенд и сказаний древних народов, изученных к настоящему времени, также не обнаружено никаких бесспорных свидетельств о «космических пришельцах». Некоторые памятники материальной культуры древности, а также некоторые древние сказания, на первый взгляд, могут служить доказательством посещения Земли инопланетными разумными существами в историческую эпоху, но критический научный анализ и в этих случаях позволяет с большой достоверностью объяснить их происхождение чисто земными причинами.
Разумеется, нет необходимости организовывать научные институты или экспедиции, которые будут специально заниматься поисками следов пребывания «космических пришельцев» на Земле, но следует также помнить, что даже очень маловероятные события не являются невозможными. Например, вероятность того, что кистеперые рыбы, существовавшие уже в начале девонского периода — около 350 миллионов лет назад, могут дожить до нашего времени, совершенно ничтожна, но тем не менее в 1938 году была поймана кистеперая рыба латимерия. Поэтому геологи, археологи, историки и филологи должны все-таки иметь в виду, что в своей работе они могут неожиданно натолкнуться на какие-то факты, свидетельствующие о пребывании «космических пришельцев» на Земле, хотя это и чрезвычайно маловероятно.
Так же маловероятно, что следы «космических пришельцев» из других планетных систем будут обнаружены на Луне, Венере и Марсе. Научные экспедиции на Венеру и Марс позволят решить интереснейший вопрос о том, существовали ли там в прошлом высокоразвитые цивилизации, если да, то почему они исчезли, наконец, прилетали ли жители этих планет на Землю. Хотя современная наука с достаточным основанием считает, что на Венере и Марсе в настоящее время нет разумной жизни, нельзя сделать категорического заключения о том, что ее там никогда не было в прошлом. Заметим, что вопрос о развитии и причинах возможной гибели цивилизации на какой-нибудь планете является одним из интереснейших и волнующих вопросов естественных и общественных наук.
Наконец, в-третьих, можно идти путем физических исследований и искать способы осуществления межзвездных перелетов. Этот путь чрезвычайно труден, но и наиболее интересен. Если когда-нибудь будет построен звездолет, то на нем можно будет совершить научную экспедицию в другую солнечную систему и вступить с «братьями по разуму» в прямой контакт, а если их там не окажется, что весьма вероятно, то можно будет исследовать планеты этой солнечной системы и выяснить возможность их освоения людьми.
К такому звездолету предъявляется одно-единственное категорическое требование: его скорость должна быть близка к скорости света в вакууме, которая составляет 300000 км/сек и является, по-видимому, наибольшей возможной скоростью в природе. Такое требование обусловлено тем, что межзвездные расстояния в ближайшей к солнечной системе части нашей Галактики исчисляются по меньшей мере несколькими световыми годами. Отсюда следует, что звездолет должен иметь двигатели колоссальной, невообразимой мощности, и если он не использует какую-то внешнюю среду в качестве топлива, то должен нести колоссальные внутренние запасы топлива и в связи с этим иметь огромные размеры.
Современная наука может указать на некоторые возможные физические принципы межзвездных перелетов, но не может еще однозначно ответить на вопрос, окажутся ли пригодными эти физические принципы для технического осуществления межзвездных перелетов. Многие ученые вообще сомневаются в их возможности. Если в солнечной системе будут когда-либо обнаружены следы пребывания «космических пришельцев» из другой солнечной системы, то это будет величайшим открытием также и потому, что сразу же станет ясно: межзвездные перелеты возможны.
Рассмотрим существующие физические принципы межзвездных перелетов и трудности их технического осуществления.
В настоящее время известны два таких принципа: аннигиляция вещества и антивещества, составляющая основу фотонного реактивного двигателя, и использование межзвездного водорода в прямоточном реактивном двигателе. Первый из них был наиболее обстоятельно теоретически разработан Е. Зенгером в 1956 году, а второй — Р. Бюссаром в 1960 году.
Межзвездный космический корабль с фотонным реактивным двигателем называют обычно фотонным звездолетом или просто фотонной ракетой. Схема фотонного реактивного двигателя, работающего на аннигиляции вещества и антивещества, такова. В камеру сгорания из двух резервуаров впрыскиваются одинаковые порции вещества и антивещества, например водорода и антиводорода. Под действием каких-то внешних факторов возникающее при аннигиляции вещества и антивещества жесткое гамма-излучение приобретает направленный характер и создает тягу, позволяющую фотонному звездолету достичь субсветовых скоростей, то есть скоростей, близких к скорости света в вакууме.
Можно представить себе многоступенчатый фотонный звездолет и даже рассчитать его стартовую массу методами релятивистской механики. Первая ступень разгоняет звездолет до некоторой максимальной субсветовой скорости v. Вторая ступень тормозит его практически до нулевой скорости вблизи нужной солнечной системы. Третья ступень опять разгоняет звездолет на обратном пути до скорости v, а четвертая тормозит его вблизи нашей солнечной системы.
Если c — скорость света в вакууме, то несложные расчеты показывают, что при v/c= 0,99 отношение стартовой массы пятой ступени, то есть жилой части звездолета, к минимальной стартовой массе всего звездолета составляет 1/40000. Таким образом, если стартовая масса жилой части фотонного звездолета составляет 1000 тонн, то минимальная стартовая масса всего звездолета будет равна 40 миллионам тонн. При этих расчетах предполагается, что четыре ступени звездолета состоят только из аннигиляционного топлива, то есть поровну из вещества и антивещества, и масса покоя жилой части звездолета не изменяется во время перелета.
Если сократить стартовую массу жилой части звездолета до 100 тонн (это очень мало и допустимо только в случае погружения космонавтов на время перелета в анабиоз), то минимальная стартовая масса всего звездолета уменьшится до 4 миллионов тонн, а это все равно колоссальная величина. Если же v/c= 0,9, то минимальные стартовые массы фотонного звездолета будут соответственно 360 тысяч тонн и 36 тысяч тонн. Однако приведенные цифры дают лишь минимальные значения стартовых масс фотонных звездолетов, так как не учитываются массы конструкций (оболочек, двигателей и т. д.) для всех четырех ступеней. Несколько более сложные расчеты показывают, что с учетом массы конструкций стартовая масса фотонного звездолета сильно возрастает по сравнению со своим минимальным значением. Так, например, при v/c=0,9, стартовой массе жилой части звездолета в 100 тонн и при условии, что масса конструкции каждой ступени составляет 0,2 ее полной стартовой массы, стартовая масса всего звездолета составит около 50 миллионов тонн, то есть возрастет более чем в 1000 раз по сравнению с идеальным случаем. Таким образом, количества антивещества, необходимые для снаряжения фотонного звездолета, исчисляются миллионами тонн.
Схема фотонного реактивного двигателя является чисто гипотетической и страдает принципиальными недостатками. Во-первых, получить антивещество в настоящее время можно лишь в ничтожнейших количествах, исчисляемых в лучшем случае десятками и сотнями антипротонов и антинейтронов, в результате энергетически невыгодных и маловероятных ядерных реакций. Так, для получения тонны антиводорода, то есть простейшего антивещества, сейчас нужно затратить по меньшей мере 5·1013 киловатт-часов, что в 100 с лишним раз превышает все количество электроэнергии, выработанное в СССР за 1963 год. Для фотонного же звездолета нужны миллионы тонн антивещества. Поэтому очевидно, что производство антивещества существующими способами для снаряжения фотонного звездолета сопряжено с такими колоссальными энергетическими затратами, которые, по нашему мнению, не под силу даже энергетике далекого будущего.
Кроме того, накопление антивещества при нынешних способах его получения будет происходить чрезвычайно медленно. Неизбежные потери энергии при его производстве, а также неизбежная аннигиляция некоторой части полученного антивещества приведут при его выработке в огромных количествах к колоссальному выделению тепла, которое может вызвать изменения климата Земли в глобальном масштабе. Поэтому сначала необходимо изобрести энергетически выгодный и достаточно быстрый способ получения антивещества в огромных количествах. О возможности осуществления такого способа пока ничего неизвестно.
Во-вторых, проблема хранения антивещества в больших количествах и в течение длительного времени требует создания почти абсолютного вакуума и мощных электрических и магнитных полей. Вероятно, будут разработаны и сконструированы специальные камеры, в которых будет поддерживаться почти абсолютный вакуум, где и будут накапливаться частицы антивещества, предохраняемые электрическими и магнитными полями от контакта с веществом. Однако и эта проблема очень далека от разрешения.
Хранение антивещества в больших количествах очень опасно, так как при малейшем соприкосновении антивещества с веществом немедленно произойдет аннигиляция, которая вызовет взрыв космической силы. Поэтому в идеальном варианте фотонного звездолета с реактивным двигателем, работающим на аннигиляции, антивещество будет вырабатываться во время перелета. Внутри такого звездолета должен находиться реактор, где все время в небольших количествах будет вырабатываться антивещество, которое затем будет подаваться в камеру сгорания. Возможно, что в будущем удастся разработать даже управляемую цепную реакцию получения антивещества и построить соответствующие реакторы. Однако в настоящее время мы можем только мечтать о подобных реакторах, так что придется пока считать, что фотонный звездолет должен содержать огромные запасы антивещества, полученные энергетически невыгодными способами и накопленные на Земле за много лет.
В-третьих, совершенно не ясно, как осуществить направленное истечение аннигиляционного гамма-излучения из камеры сгорания для создания тяги. Проскользнувшие в печати сообщения о влиянии внешнего могнитного поля на направление аннигиляционного гамма-излучения требуют проверки, а зеркальных отражателей гамма-излучения в настоящее время нет, да и весьма сомнительна возможность их создания в будущем.
Таким образом, три основные, по нашему мнению, проблемы фотонного звездолета — получение активещества, его хранение и создание тяги — остаются на сегодняшний день неразрешенными.
Межзвездный космический корабль с прямоточным реактивным двигателем на межзвездном водороде, или аппарат Бюссара, называют обычно межзвездным самолетом. Этот космический корабль основан на использовании межзвездного водорода, подобно тому, как обычный самолет с прямоточным реактивным двигателем использует воздух. Схема прямоточного реактивного двигателя на межзвездном водороде такова. При полете космического корабля установленный на нем огромный экран собирает межзвездный водород и направляет его в камеру сгорания, где происходят термоядерные реакции и, в частности, превращение водорода в гелий. Раскаленная плазма выбрасывается через сопла, и возникает тяга, позволяющая межзвездному самолету достичь субсветовых скоростей. Таким образом, сердце двигателя межзвездного самолета — термоядерный реактор, питаемый межзвездным водородом. Сейчас принципиальные основы конструирования термоядерных реакторов уже начинают разрабатываться, так что межзвездный самолет кажется, на первый взгляд, гораздо более реальным, чем фотонный звездолет. Отсутствие антивещества делает межзвездный самолет особенно привлекательным.
К сожалению, схема прямоточного реактивного двигателя на межзвездном водороде тоже является чисто гипотетической и страдает принципиальными недостатками. Во-первых, экран для собирания межзвездного водорода должен иметь колоссальные размеры. Поскольку средняя плотность межзвездного водорода составляет приблизительно один атом в кубическом сантиметре, то несложные расчеты показывают, что круглый экран должен иметь радиус не менее 1800 километров, если стартовая масса межзвездного самолета 1000 тонн, а собственное ускорение равно ускорению силы тяжести на Земле. Какой должна быть конструкция такого экрана, пока неясно. Кроме того, еще не разработан принцип собирания межзвездного водорода и его подачи в термоядерный реактор.
Во-вторых, межзвездный самолет сначала надо разогнать до скорости, обеспечивающей достаточный для работы двигателя забор межзвездного водорода. Значит, для разгона и остановки межзвездного самолета необходимы дополнительные реактивные двигатели, скорее всего фотонные. Необходимость комбинировать прямоточный реактивный двигатель на межзвездном водороде с дополнительными фотонными реактивными двигателями приводит к тому, что межзвездный самолет будет, вероятно, гораздо более громоздким, чем фотонный звездолет.
Чудовищные размеры экрана исключают, по нашему мнению, возможность его конструирования даже в отдаленном будущем. Вероятно, единственный выход — заменить вещественный экран полевым, то есть создать вокруг межзвездного самолета сверхмощные электромагнитные поля, которые будут собирать межзвездный водород и направлять его в камеру сгорания. Однако еще нет даже теоретической модели такого экрана, так что две основные, по нашему мнению, проблемы межзвездного самолета — проблема экрана и проблема дополнительных двигателей — остаются сегодня неразрешенными.
У фотонного звездолета и межзвездного самолета есть еще одно слабое место (впрочем, оно есть у любых звездолетов). Поскольку звездолет имеет субсветовую скорость, то встречные частицы и, в частности, атомы межзвездного водорода будут вызывать эрозию корпуса звездолета. Необходимы какие-то поля, отклоняющие эти частицы. Именно поэтому экран межзвездного самолета должен быть полевым, а не вещественным.
Таким образом, можно считать, что сооружение даже в отдаленном будущем фотонных звездолетов и межзвездных самолетов очень маловероятно. Конечно, надо продолжать разработку теории фотонных звездолетов и межзвездных самолетов, но надо искать и новые пути осуществления межзвездных перелетов.
Кроме фотонного реактивного двигателя, работающего на аннигиляции, и прямоточного реактивного двигателя на межзвездном водороде, существует еще несколько принципов межзвездных перелетов, которые пока носят научно-фантастический характер. Однако то, что сегодня является научной фантазией, может завтра стать наукой. Поэтому рассмотрим кратко хотя бы один из этих принципов межзвездных перелетов.
В космосе существуют межзвездные электромагнитные и гравитационные поля. Поскольку звездолет может иметь искусственно созданный электрический заряд, то возможно использование таких межзвездных гравитационных и электрических полей для ускорения звездолетов. Расчеты показывают, что даже слабые поля могут существенно ускорять звездолеты.
Однако использование этого принципа может превратиться в «плавание по воле волн», если нет точных сведений о расположении межзвездных полей и достаточного запаса топлива на звездолете.
По нашему мнению, отыскание новых принципов межзвездных перелетов будет связано с дальнейшим изучением пространства и времени.
Будущее покажет, возможны ли межзвездные перелеты. Во всяком случае, принципиально невозможными их в настоящее время считать нельзя.
 ИЗРАИЛЬ БОРИСОВИЧ ГУТЧИН — инженер, кандидат технических наук. Работает в области технической кибернетики. |
На современном уровне познания природы можно считать, что идеи Джордано Бруно о множественности обитаемых миров находят научное обоснование.
Однако окончательно они будут подтверждены лишь фактом общения с представителями инопланетной цивилизации. Так как в пределах солнечной системы, по мнению подавляющего числа специалистов, не может существовать разумная жизнь, то приходится признать три возможности установления контактов с разумными существами, обитающими вне Земли: межзвездные перелеты пилотируемых космических кораблей; межзвездные перелеты кибернетических зондов, которые передадут информацию о результатах исследований; посылка и прием сигналов электромагнитного излучения.
Для того чтобы выбрать какую-либо из этих возможностей, необходимо хотя бы приблизительно определить количество обитаемых миров с высокоразвитыми формами разумной жизни, определить расстояния, отделяющие нас от них, оценить возможности преодоления этих пространств средствами современной ракетной техники и выбрать язык для космического общения.
Много ли обитаемых миров? И на многих ли из них «обитатели» обладают тем, что мы называем разумом! Наиболее распространен статистический, вероятностный подход к предварительным решениям этих вопросов. Рассмотрим одну из наиболее осторожных оценок, которую дают, исходя из знания условий существования жизни на Земле и предъявляя аналогичные требования для любых форм жизни в космосе (хотя это резко ограничивает то разнообразие конкретных физических носителей жизни, о котором говорит кибернетика). Такой подход дает нижнюю оценку количества обитаемых миров в нашей Галактике.
Для того чтобы жизнь на небесном теле могла возникнуть, необходимы определенные, изменяющиеся в довольно узких рамках условия, которые могут существовать далеко не на всех планетах Галактики. Жизнь не может существовать на такой планете, где временами царит холод, близкий к абсолютному нулю, а временами стоит палящая жара во много сотен градусов. Поэтому планета не должна приближаться близко к центральному светилу и слишком удаляться от него. Таким образом, ее орбита должна быть почти круговой. А это возможно только в том случае, когда звезда, вокруг которой планета обращается, не будет ни двойной, ни вообще кратной. Но известно, что по крайней мере 80% наблюдаемых в кашей Галактике звезд являются кратными. Вероятность обнаружения планеты с удовлетворяющей требованиям жизни орбитой оценивается в 0,1.
Очевидно, что звезда, к системе которой принадлежит данная планета, не должна быть «новой», иначе свойственная последней вспышка, сопровождаемая выбросом такой энергии, какую излучает Солнце за десятки и сотни лет, уничтожила бы всякую жизнь на планете. Звезда должна давать постоянное излучение. Если исключить из рассмотрения все переменные, «новые» и неустойчивые звезды, то окажется, что только 0,1 всех звезд может удовлетворять этому требованию.
Уже изучение солнечной системы показывает, что для возникновения жизни радиус планетной орбиты должен быть заключен в довольно узких границах, обеспечивающих приемлемую температуру на поверхности планеты. Не более 0,1 звезд нашей Галактики удовлетворяет этому требованию.
В астрономии известно, что планеты с малой массой не удерживают своих атмосфер. С другой стороны, слишком массивные планеты имеют высокую температуру, мало отличающую их от звезды. Значит, масса доступных для обитания планет также должна быть заключена в узких границах, так что только одна из 100 звезд может иметь планеты, находящиеся в указанных пределах.
Наконец, чтобы могла образоваться органическая жизнь, возраст планеты должен быть достаточно велик. Из 4 миллиардов лет существования Земли значительную часть времени она не имела на своей поверхности жизни. Значит, на планетах, окружающих «молодые» звезды, жизнь вряд ли можно встретить. Это обстоятельство позволяет считать каждую десятую звезду удовлетворяющей требованиям срока существования.
Будем считать (что вполне естественно), что все перечисленные факторы, влияющие на возможность возникновения жизни, не зависят друг от друга. Тогда результирующая вероятность наличия жизни на данной планете будет найдена перемножением вероятностей каждого из рассмотренных факторов. Приходим к выводу, что только на одной из миллиона рассмотренных наугад планетных систем можно ожидать систему с жизнью и еще реже — с разумной жизнью. Так как большинство специалистов оценивает «население» нашей Галактики в 150 миллиардов звезд, то, умножив это число на одну миллионную, получаем 150 тысяч звезд, имеющих планеты, на которых жизнь может находиться на той или иной стадии развития.
Эти 150 тысяч планет рассеяны случайным образом в огромном пространстве нашей Галактики. «Плотность» жизни, как видим, оказывается ничтожной.
Нужно признать, что различные специалисты по-разному оценивают число планет, на которых имеется жизнь, и расстояния между такими мирами.
Известный советский астрофизик профессор И. С. Шкловский, например, исходит из того, что не обязательно на всякой планете, где создаются условия для возникновения жизни, она действительно возникает, и не на всякой планете, где жизнь появилась, эволюция протекает так, что неизбежно завершается появлением разумных существ. Кроме того, профессор Шкловский высказал гипотезу (и приводит много доводов в ее подтверждение) о том, что цивилизации имеют конечные сроки существования. Таким образом, несмотря на вечность и бесконечность Вселенной, на каждом данном отрезке времени может существовать весьма ограниченное количество цивилизаций, разделенных к тому же огромными расстояниями. На одних планетах период развитой цивилизации еще не наступил, а на других давно уже прошел.
Профессор Шкловский считает, что наиболее вероятное среднее расстояние до ближайшей инопланетной цивилизации составляет внушительную величину в 100—300 парсек (1 парсек — 3,084·1013 километров).
Если учесть, что в обозримом будущем ракеты будут передвигаться со скоростями, составляющими лишь незначительную долю скорости света, приходится признать, что указанные расстояния делают неосуществимыми контакты с инопланетными цивилизациями как путем межзвездных перелетов пилотируемых космических кораблей, так и путем посылки «космических зондов». Остается третий путь — радиосвязь. Есть все основания ожидать, что радиосвязь, объединившая самые отдаленные уголки нашей планеты, обеспечившая прием информации от автоматических станций, находящихся в районе Марса и Венеры, разовьется из глобальной и межпланетной в межзвездную.
Крупнейшие из современных радиотелескопов (например, английский радиотелескоп в Джодрелл Бэнк, имеющий диаметр 79 метров) позволяют регистрировать радиосигналы, приходящие с расстояния в 100 световых лет. В пределах сферы такого радиуса насчитывается несколько сотен тысяч звезд. В ближайшее время можно ожидать появления радиотелескопов диаметром до 150 метров, которые смогут принимать радиосигналы с расстояний в многие сотни световых лет.
Не меньшие возможности имеются и в передаче сигналов (особенно в связи с созданием квантовомеханических усилителей излучения — лазеров и мазеров) с Земли в космос.
Поэтому становится актуальным новый вопрос: как нам установить контакт с представителями чужих цивилизаций, как понять чужой разум и объяснить «чужим» свой! Каким образом вступить в общение с разумными существами иных планет, если люди, живущие на одном и том же земном шаре, сплошь и рядом не могут понять друг друга)
Это — задача, связанная прежде всего с кодировкой и дешифровкой сигналов, с обеспечением оптимального характера межзвездной связи, иначе говоря — типичнейшая задача кибернетики.
Прежде всего, зададимся вопросом: что мы хотим получить от космического общения, что нам нужно от чужих цивилизаций! Из всех возможных ответов на этот вопрос самым верным представляется один: нас привлекает возможность познания окружающего мира, прошлых и современных космических цивилизаций, которые, возможно, далеко обогнали нас в своем развитии.
Расшифровка радиосигналов, пришедших к нам из глубин космоса, от какой-либо сверхцивилизации, может дать огромный импульс для дальнейшего развития человеческой культуры.
Именно поэтому серьезное внимание уделяется этой, еще совсем недавно казавшейся фантастической проблеме. В 1964 году в Бюраканской обсерватории (Армения) была проведена первая в СССР (и вторая в мире) конференция по проблеме установления контактов с внеземными цивилизациями, в которой принимали участие видные советские ученые, в том числе академики В. А. Амбарцумян, Я. Б. Зельдович, В. А. Котельников, член-корреспондент АН СССР А. А. Пистолькорс, профессор И. С. Шкловский и другие. Конференция подвела итог ряда предварительных исследований и рассмотрела вытекающие из них перспективы.
Еще в 1960 году два сотрудника Калифорнийского технологического института (США) обнаружили в созвездиях Овна и Пегаса два необычных источника радиоизлучения, получивших название СТА-21 и СТА-102. Необычность этих источников заключается в том, что их излучение достигает максимума на частоте около 900 мегагерц, а не в низкочастотном конце спектра, что обычно характерно для космических радиоизлучений. Это позволило советскому исследователю Н. С. Кардашеву высказать предположение, что СТА-21 и СТА-102 представляют собой радиомаяки, созданные разумными существами других цивилизаций и выдвинутые вперед, чтобы привлечь внимание достаточно высоких цивилизаций, имеющихся в этой части Вселенной. Предположение об искусственном происхождении радиоисточника СТА-102 получило еще одно подтверждение, когда радиоастрономы английской обсерватории Джодрелл Бэнк установили, что этот источник имеет чрезвычайно малые угловые размеры, значительно меньшие, чем любой другой из известных источников космического радиоизлучения.
Наконец, самые последние эксперименты, проведенные Государственным астрономическим институтом имени Штернберга, показали, что поток радиоволн, идущих от источника СТА-102, периодически, через каждые 100 дней, «мигает» — то ослабевает, то возрастает. Такие «мигающие» излучения никогда прежде не наблюдались. Это обстоятельство тоже можно считать серьезным доводом в пользу гипотезы искусственного происхождения источника СТА-102. Дальнейшие исследования покажут, насколько обоснованна эта смелая гипотеза.
Так или иначе, кибернетика должна использовать весь доступный ей аппарат теории информации и матемагической логики, чтобы попытаться извлечь информацию из космических радиосигналов.
Для установления контактов с «братьями по разуму» необходимо систематически проверять методами кибернетики все данные, получаемые во время обычных радионаблюдений космоса. Такие наблюдения с обработкой полученных данных уже ведутся. По предложению американских ученых Коккони и Моррисона, космос «прослушивается» на частоте радиоизлучения водорода —1420 мегагерц, что соответствует длине волны 21 сантиметр. Так как эта линия излучается самым распространенным элементом Вселенной — холодными межзвездными облаками водорода, она служит эффективным средством изучения Галактики. Предполагается, что поэтому любые цивилизации без предварительного уговора примут волну 21 сантиметр в качестве эталонной. Правда, некоторые ученые считают, что использовать эту длину волны невыгодно, так как уровень помех на ней будет чрезмерно велик как раз из-за интенсивного излучения межзвездного водорода.
В результате предварительных исследований было высказано предположение о том, что в районе звезд Тау Кита, Эпсилон Эридана и Эпсилон Индейца (все они удалены не далее чем на 16 световых лет от солнечной системы) имеются планеты с физическими условиями, пригодными для появления жизни. С 11 апреля 1960 года в район этих звезд ежедневно на 6 часов направлялось огромное «электронное ухо» — радиотелескоп обсерватории Грин Бэнк в Западной Виргинии (США) диаметром в 25,5 метра. Эти наблюдения, проводившиеся на длине волны 21 сантиметр, получили название «программы Озма» — в честь героини одной из английских сказок, королевы страны Оз, мифического места, «куда трудно добраться, потому что лежит оно за тридевять земель и населено диковинными существами».
«Программа Озма» не принесла успеха. Но это не обескуражило ученых. Большинство специалистов рекомендует упорно продолжать попытки — как мы продолжаем звонить по телефону, пока нам не ответят. Но если аналогию с телефонным звонком продолжить, то приходится признать, что в этом разговоре монолог будет преобладать над диалогом: ведь в разговоре на расстоянии 16 световых лет ответ на свой вопрос нужно ожидать 32 года. Кроме того, собеседники будут говорить на заведомо разных языках.
И все же, несмотря на все эти, казалось бы, непреодолимые трудности, кибернетика указывает научный путь установления взаимопонимания в таком космическом монологе (или диалоге). Специалисты по кибернетике исходят из того, что чужая цивилизация и наше человеческое общество должны иметь нечто общее. Это — законы материального мира, единые для всей нашей Галактики.
Предполагается, например, что основные математические соотношения, справедливые на Земле, будут так же истинны и для любой чужой цивилизации, и поэтому общим языком может явиться язык математики. Специалисты по химии предлагают в качестве почвы для выработки общего языка язык химии. Устойчивые атомы должны быть одинаковыми во всей Вселенной. Так как ядра всех атомов состоят из определенного сочетания протонов и нейтронов, то можно, например, послать сообщение, состоящее из чисел, означающих строение атомов в порядке возрастания их сложности.
Однако похоже на то, что период отдельных предложений и отрывочных идей, связанных с установлением языка для космического общения, закончился. Дело в том, что в 1960 году голландский математик Ганс Фрейденталь издал в Амстердаме книгу, которая хотя и написана строго научным математическим языком, но носит, тем не менее, на первый взгляд, фантастическое название: «Линкос. Построение языка для космического общения».
В основе языка линкос (от латинских слов lingua cosmica — «космический язык») лежит предположение о том, что всякое разумное существо, познавшее законы природы по крайней мере в не меньшем объеме, чем наше человечество, может постичь изложение этих законов на другом, незнакомом языке, если последний достаточно рационально построен. Предполагается также, что общение на языке линкос должно происходить не в форме диалога (на это, как уже отмечалось, понадобилось бы слишком длительное время), а в виде монолога. Значит, от имени человечества должен быть произнесен длинный монолог, в ходе которого космические слушатели неизбежно должны понять знаковую систему обозначений и, следовательно, содержание последующей передачи.
Еще раз напомним, что слушатель монолога должен быть не менее разумным и образованным, нежели человек, то есть знать объективные законы природы, не зависящие от физических и психических особенностей участников космического разговора.
Осуществление такого разговора Фрейденталь представляет себе следующим образом. Вначале он предлагает передать буквы космического языка в виде коротких или более длительных вспышек света (может быть, при помощи лазерной техники) или радиосигналов, подобных тем, какие даются для проверки времени.
Обозначения, используемые для понятий линкоса, относятся к передаваемым сигналам так же, как буквы относятся к фонемам человеческих языков. Но фонемный состав линкоса автором не предрешается. Едва ли не единственным его графическим символом является точка, которая должна передаваться как простейший сигнал (типа «бип»). Так как универсальная основа линкоса — математика, то и начать предлагается с передачи математических понятий.
Вначале вводятся знаки «больше», «меньше», «равно». Для введения знака «больше» [>], например, многократно передается несколько точек, затем знак, который слушатель должен понять, как означающий «больше», и затем — меньшее число точек; аналогичным образом вводятся знаки «меньше» [<], «равно» и др.:
Новые знаки и понятия вводятся в «Линкосе» индуктивным методом: слушатель после получения большого числа частных примеров сам должен делать обобщения.
Затем вводится двоичная система счисления, для чего демонстрируются серии равенств типа:
После этого дается серия упражнений, которая должна привести слушателя к пониманию натуральной переменной и затем логических понятий следования [®], конъюнкции [логического умножения, обозначаемого символом Щ] и дизъюнкции [логического сложения, обозначаемого символом Ъ].
Понятие вопроса вводится при помощи текста:
x+10=111®x=101,
x<aЩx+a=b®x=b-a и т. д.
Далее вводится понятие отрицательного числа, рационального и комплексного чисел, дроби.
При помощи той же методики излагаются основные понятия теории множеств, теории групп, элементы математического анализа. Во второй главе «Линкоса» вводится понятие о единице времени и даются понятия «раньше — позже» и «от — до».
Наибольший интерес читателей обычно вызывает третья глава книги — «Поведение». В ней изложены некоторые довольно тонкие понятия человеческого поведения. Они формулируются в ходе беседы на математические темы между введенными в начале игры действующими лицами-актерами.
Вот как, например, вводятся понятия «хорошо — плохо» и их отличие от «правильно — неправильно». Актер А спрашивает актера Б: «Каков x, если 8x= 18?» .
Вначале Б отвечает: „х = 18/8". Тогда А сообщает Б: «Плохо». Но затем Б отвечает: „x=9/4", за что получает от А оценку «хорошо». Таким образом, слушатель должен понять, что не сократить дробь при делении плохо, хотя и верно.
Более тонкое понятие вежливости преподается при помощи разговора, в котором участвуют три актера: А, Б, В.
Актер А спрашивает у Б: «Каков x, если 8x=18?».
Третий актер В сообщает: x=9/4. Актер А заявляет актеру В: «Плохо». Но затем отвечает актер Б:„x=9/4". Ему актер А говорит: «Хорошо». Таким образом преподается элементарное правило вежливости: плохо давать даже правильный ответ, если тебя не спрашивают.
В главе «Пространство, движение, масса» вводятся основные понятия физики, а также ряд простейших сведений из биологии. Вот как, например, резюмируется один из разделов:
«Существование человеческого тела начинается несколько раньше, чем существование человека. То же верно для некоторых животных. Вводятся понятия «мать», «отец». Перед индивидуальным существованием человека его тело есть часть тела матери. Оно происходит из части тела матери и части тела отца. Вводятся понятия «мужчина», «женщина». Число мужчин и женщин. Женщины могут быть матерями, мужчины могут быть отцами» (перевод Р. Добрушина).
В конце первой части книги Фрейденталя вводятся понятия из области астрономии и теории относительности, объясняется знаменитая формула Эйнштейна, устанавливающая взаимосвязь массы и энергии: E=mc2. Вторая часть еще не опубликована, в ней должны быть главы «Материя», «Земля», «Жизнь». Монолог человечества на языке линкос или на каком-нибудь другом «космическом» языке еще не начался. Но, несомненно, недалеко то время, когда он будет произнесен, принят и понят. А в более отдаленном будущем на этом же языке будет получена ценнейшая информация о достижениях чужих цивилизаций.
Просторы Вселенной грандиозны даже для скорости, с которой передается электромагнитная волна — 300 тысяч километров в секунду. Поэтому диалог, возможно, затянется на многие сотни лет. Но сам факт его ведения окажет огромное влияние на философию, науку, на наше отношение к окружающему миру. Кроме того, можно будет вести сложный разговор, состоящий из высказываний, ответ на которые будет дан в будущем, и из ответов на вопросы, заданные в прошлом.
Так мыслятся перспективы применения космического языка. Что касается расшифровки радиоизлучений Галактики, то их исследование методами кибернетики продолжается во все расширяющихся масштабах. Не исключено, что методами, аналогичными тем, какими кибернетики из Сибирского отделения Академии наук СССР расшифровали давно исчезнувший язык майя, удастся расшифровать и язык неведомых чужих цивилизаций. Мыслящие существа всегда смогут найти общий язык, если этот язык будет языком разума.
Быть может, принятые сообщения придут и от какой-либо уже погибшей цивилизации, как доходит до нас свет давно погасших звезд. Ведь мы черпаем информацию из книг давно умерших авторов; впереди — возможность получать новые знания о природе от неведомых цивилизаций, в том числе, быть может, и умерших. Такую грандиозную перспективу открывает перед человечеством кибернетика.
Эти знания помогут лучше понять, что такое жизнь, каково ее место во Вселенной.
Будущее науки
Ежегодник
Составитель А. Г. Чернов. Редакторы А. Д. Иорданский, И. Г. Вирко. Художник А. Гангалюка, Художественный редактор Л. С. Морозова. Техн. редактор М. Т. Перегудова. Корректор Р. С. Колокольчикова.
Сдано в набор 8/IX 1965 г. Подписано к печати 29/III 1966 г. Изд. № 234. Формат бум. 70X1081/32. бум. л. 4,5. Печ. л. 9,0. Условн. печ. л. 12,6. Уч.-изд. л. 13,87. А12317 Цена 50 коп. Тираж 30000 экз. Заказ 1953
Опубликовано тем. план 1965 г. № 15 Издательство «Знание». Москва, Центр, Новая пл., д. 3/4. Ленинградская типография № 1 «Печатный Двор» имени А. М. Горького Главполиграфпрома Комитета по печати при Совете Министров СССР, Гатчинская, 26.