Поиск внеземного разума (SETI) может получить неожиданную подсказку из мира насекомых. Исследователи обратили внимание на светлячков, которые используют характерные последовательности вспышек для общения друг с другом. По мнению учёных, аналогичный принцип поможет обнаруживать искусственные сигналы из космоса — даже если мы не сможем понять их содержание.
На протяжении десятилетий астрономы пытались найти признаки существования внеземных цивилизаций, ориентируясь преимущественно на собственное представление о разумной жизни. Предполагалось, что развитые инопланетяне могут использовать радиопередатчики, лазеры или другие технологии, знакомые человечеству.
Однако такой подход имеет очевидное ограничение: почему мы должны считать, что внеземной разум общается так же, как люди? Новое исследование предлагает изменить сам принцип поиска. Вместо попыток расшифровать предполагаемые послания учёные предлагают обращать внимание на сигналы, которые заметно отличаются от естественного космического фона.
Чему светлячки могут научить астрономов?
В природе существует немало примеров общения, совершенно непохожего на человеческую речь. Дельфины используют сложные звуковые сигналы, вороны обмениваются разнообразными звуками, а светлячки передают информацию с помощью световых вспышек.
Последние представляют особый интерес. В брачный период эти насекомые привлекают потенциальных партнёров характерными последовательностями световых импульсов. Они различаются продолжительностью, частотой повторения, интервалами между вспышками и другими параметрами. Благодаря этому светлячки могут выделять собственные сигналы на фоне множества других насекомых, одновременно подающих световые сигналы поблизости.
При этом световая коммуникация обходится им недёшево: производство вспышек требует энергии, а яркое свечение может привлечь внимание хищников. Поэтому эволюция способствует формированию сигналов, которые одновременно достаточно заметны и не требуют чрезмерных затрат ресурсов.
Исследователи решили применить эту идею к поиску внеземного разума. Они разработали упрощённую математическую модель, позволяющую оценить, каким образом гипотетическая цивилизация могла бы сделать свои радиопередачи различимыми на фоне естественного космического излучения.
Главная идея заключается в том, что искусственный сигнал вовсе не обязан быть сложным. Достаточно, чтобы его структура заметно отличалась от окружающих природных сигналов.
Как отличить инопланетный сигнал от космического шума?
Для проверки своей гипотезы исследователи обратились к пульсарам — быстро вращающимся нейтронным звёздам с чрезвычайно сильными магнитными полями.
Пульсары испускают направленные потоки электромагнитного излучения. По мере вращения звезды эти потоки периодически пересекают направление на Землю, поэтому астрономы регистрируют регулярные радиоимпульсы. Благодаря высокой повторяемости их сигналов пульсары представляют интересную модель естественного космического фона, на котором потенциально могут выделяться искусственные передачи.
В рамках исследования учёные использовали данные о 3724 пульсарах из базы Австралийского национального телескопического комплекса (Australia Telescope National Facility).
Полученные профили радиоизлучения преобразовали в простые двоичные последовательности. Если яркость радиосигнала превышала установленный порог, соответствующему участку присваивалось значение 1. Если оказывалась ниже — 0.
Для основного эксперимента отобрали 158 пульсаров, расположенных на расстоянии до пяти килопарсек от Земли, то есть примерно 16 тысяч световых лет. Именно их излучение сформировало условный естественный фон, на котором предстояло выделить гипотетические сигналы внеземного происхождения.
Особое внимание уделили частоте 1400 МГц. Она находится сравнительно близко к знаменитой линии водорода на частоте 1420 МГц, соответствующей длине волны около 21 сантиметра.
Почему это важно? Излучение на такой длине волны способно проникать через облака межзвёздной пыли, что делает его удобным для астрономических наблюдений. По этой же причине область частот вблизи водородной линии давно рассматривается как один из возможных диапазонов для межзвёздной связи.
Два параметра, которые помогут распознать искусственное излучение
Математическая модель позволила создать повторяющиеся последовательности радиоимпульсов, которые максимально отличались бы от сигналов окружающих пульсаров. При этом алгоритм учитывал не только заметность передачи, но и энергетические затраты на её создание.
Для этого исследователи сосредоточились на двух характеристиках.
Первая — период повторения импульсов, то есть промежуток времени между последовательными циклами передачи.
Вторая — абсолютный коэффициент заполнения (absolute duty cycle). Он показывает, какую долю каждого цикла сигнал остаётся включённым, то есть излучает энергию.
Кроме того, учёные учитывали фазовые различия между поступающими сигналами пульсаров. Иными словами, принималось во внимание, в какой именно момент начинается очередной импульс относительно других периодических сигналов.
В результате оптимизации были получены две модели искусственного излучения.
Первая ориентировалась исключительно на максимальное отличие от естественного радиоизлучения, не учитывая энергетическую стоимость передачи.
Вторая искала компромисс между заметностью сигнала и расходом энергии. В ней продолжительность активного излучения непосредственно влияла на оценку необходимых энергетических затрат.
Результаты показали, что искусственная передача потенциально может выделяться на фоне природных сигналов благодаря одним лишь особенностям своей временной структуры. Для этого ей необязательно содержать сложное сообщение или использовать замысловатое кодирование.
Можно ли обнаружить внеземной разум, не расшифровывая его послания?
Главное следствие исследования заключается в изменении самой философии поиска внеземной жизни.
Традиционные методы SETI предполагают, что учёным необходимо обнаружить нечто похожее на осмысленное человеческое сообщение: последовательность импульсов, необычную радиопередачу или лазерный сигнал с признаками искусственного происхождения.
Новая концепция предлагает разделить две задачи: сначала обнаружить потенциально искусственный сигнал, а уже потом пытаться понять его назначение и содержание.
Ведь гипотетическая цивилизация может использовать совершенно незнакомые нам способы коммуникации. Возможно, её представители вообще не передают сообщения в привычном понимании этого слова. Но если их деятельность создаёт характерные сигналы, заметно отличающиеся от естественных процессов, у астрономов появляется шанс обнаружить такие признаки.
Впрочем, пока речь идёт только о теоретической модели, а не о работающей системе обнаружения инопланетных цивилизаций. Более того, преобразование непрерывных профилей излучения пульсаров в последовательности из нулей и единиц неизбежно приводит к потере части информации, которая может оказаться полезной для анализа реальных наблюдений.
Есть и другая проблема: необычный сигнал далеко не всегда означает искусственное происхождение. В природе могут встречаться процессы, создающие весьма сложные и нестандартные последовательности излучения. Поэтому будущим алгоритмам предстоит научиться надёжно отличать технологические сигналы от неизвестных пока природных явлений.
Сами авторы подчёркивают, что предложенная концепция не должна заменять существующие методы SETI. Она скорее дополняет их, расширяя представления учёных о том, как может выглядеть потенциальный сигнал внеземного разума.
Исследование опубликовано в научном журнале Scientific Reports.
Возможно, для того чтобы однажды обнаружить внеземную цивилизацию, нам не потребуется расшифровывать послание, адресованное человечеству. Достаточно будет заметить, что где-то в глубинах космоса один из сигналов ведёт себя слишком необычно, чтобы быть случайностью.
