Astronet > Kosmologiya i problemy SETI

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Kosmologiya i problemy SETI

N.S. Kardashev

(Materialy konferencii "SETI-XXI")

Nekotorye dannye sovremennoi kosmologii mogut predstavit' interes dlya resheniya problem SETI.

Otkrytie i issledovanie drugih planetnyh sistem

Issledovaniya, imeyushie neposredstvennoe otnoshenie k Seti, idut shirokim frontom i, prezhde vsego, eto svyazano s nedavnim otkrytiem planet u desyatka zvezd. Vse obnaruzhennye planety okazalis' ochen' bol'shimi i massivnymi. Eti planetnye sistemy sovsem ne pohozhi ili malo pohozhi na nashu Solnechnuyu sistemu, potomu chto bol'shie planety v nih nahodyatsya ochen' blizko ot svoih zvezd. Odnako eto ne udivitel'no, t.k. ispol'zovalsya metod vysokotochnogo izmereniya peremennosti skorostei zvezd, kotoraya svyazana s obrasheniem zvezdy i planety okolo obshego centra tyazhesti. Etim metodom, v pervuyu ochered', i dolzhny byt' naideny bol'shie i blizkie k zvezde planety.

Planiruetsya sozdat' special'nye kosmicheskie apparaty dlya togo, chtoby obnaruzhit' planety, pohozhie na Zemlyu. Oni budut ispol'zovat' drugie metody issledovaniya. Odin iz proektov - "Kepler", kotoryi predpolagaetsya zapustit' v 2006 g. Ego osnastyat teleskopom s diametrom zerkala 0,95 m i chuvstvitel'nym fotometrom. Odnovremenno v pole zreniya apparata popadet ogromnoe chislo zvezd do 14^m. Osoboe vnimanie budet udeleno issledovaniyu teh zvezd, u kotoryh ploskost' planetnyh orbit sovpadaet s napravleniem lucha zreniya. V etih sluchayah, vozmozhno, udastsya ulovit' zatemneniya diska zvezdy vo vremya prohozhdeniya po nemu planety. Veroyatnost' proekcii orbity dlya obitaemoi zony (okolo odnoi astronomicheskoi edinicy) - 0,5%. Predpolagaetsya obnaruzhit' v techenie goda okolo 50 planet s radiusom poryadka radiusa Zemli, 185 planet s radiusom 1,3 zemnogo, 640 planet s radiusom, sostavlyayushim 2 radiusa Zemli i ogromnoe kolichestvo planet eshe bol'shego radiusa.

Primer: Bolee dalekie proekty programmy poiska zhizni vo Vselennoi planiruyut eksperimenty po pryamomu obnaruzheniyu izlucheniya samih planet. Budut sdelany popytki obnaruzhit' zhizn' na nih po spektram atmosfer, soderzhashim linii kisloroda.

Vozrast drugih planetnyh sistem

Nedavno byli provedeny nablyudeniya pul'sacii zvezdnyh atmosfer, obuslovlennyh rasprostraneniem v nih akusticheskih voln. Eto sovershenno novoe napravlenie issledovanii zvezdnoi seismologii. Period pul'sacii pozvolyaet opredelit' vozrast zvezdy. Okazalos', chto u zvezdy $\large\delta$ Gidry, pohozhei na Solnce, period pul'sacii sushestvenno bol'she. On sostavlyaet 17 min, a u Solnca, kak izvestno, 5 min. Podobnye nablyudeniya priveli k vyvodu o tom, chto sushestvuyut zvezdnye sistemy, pohozhie na nashu Solnechnuyu, no starshe ee na milliardy let. Kakoi zhe budet v takom sluchae tam civilizaciya?

Ya eshe raz hochu obratit' vnimanie na bystrye tempy razvitiya novyh metodov v astronomii. Uzhe v 2004 g. predpolagaetsya zapustit' special'nyi sputnik "MONS" (izmeritel' kolebanii blizhaishih zvezd) s teleskopom i spektrografom dlya provedeniya issledovanii zvezdnyh pul'sacii. Eksperimentatory nadeyutsya polnost'yu isklyuchit' vliyanie zemnoi atmosfery. V rezul'tate takim metodom budet opredelen vozrast mnogih zvezd.

Neobhodimo upomyanut' eshe ob odnom vazhnom otkrytii, sdelannom amerikanskimi uchenymi v konce proshlogo goda. Rech' idet ob issledovanii predel'no dalekih ob'ektov Vselennoi. Mnogocvetnye fotometricheskie nablyudeniya pokazali, chto po nim mozhno opredelit' skorost' zvezdoobrazovaniya v galaktikah. Vyyasnilos', chto naibol'shee kolichestvo zvezd obrazovalos' na 4-5 mlrd. let ran'she, chem predpolagali teoretiki. Eto oznachaet, chto vremya nachala obrazovaniya solncepodobnyh zvezd, vozmozhno, uvelichivaetsya na milliardy let. Sledovatel'no, vo Vselennoi mogut byt' ochen' razvitye civilizacii, namnogo starshe nashei.

Sfery Daisona

Imeet smysl iskat' ne tol'ko drugie planetnye sistemy, no i krupnye kosmicheskie konstrukcii, sozdannye ih civilizaciyami. Takovy, naprimer, infrakrasnye ob'ekty tipa "sfer Daisona".

Napomnyu, chto mnozhestvo istochnikov infrakrasnogo izlucheniya udalos' nablyudat' s pomosh'yu sputnika "IRAS" (Zemlya i Vselennaya, 1994, N1).

Kak sredi nih naiti istochniki iskusstvennogo proishozhdeniya? Esli spektr prinadlezhit, naprimer, estestvennym pyleobraznym oblakam, to intensivnost' izlucheniya dolzhna byt' obratno proporcional'na primerno kubu dliny volny, a pri izluchenii tverdyh tel, sostavlyayushih inzhenernye sooruzheniya, - kvadratu dliny volny. Neobhodimye izmereniya mogut byt' vypolneny v samoe blizhaishee vremya.

Novye dannye predpolagaetsya poluchit' v rezul'tate zapuska letom etogo goda krupneishei infrakrasnoi kosmicheskoi observatorii "SIRTE". Teleskop NASA (diametr zerkala 85 sm) budet rabotat' v diapazone dlin voln ot 3 do 180 mkm. Napomnyu, chto maksimum izlucheniya sfery Daisona s temperaturoi 300K (27^oS) sootvetstvuet dline volny 17-20 mkm. Novaya observatoriya v 100 raz chuvstvitel'nee, chem "IRAS", letavshii 15 let nazad. Ochen' vazhno, chto novyi sputnik, trebuyushii glubokogo ohlazhdeniya teleskopa i detektorov, dolzhen nahodit'sya daleko ot Zemli, chtoby isklyuchit' nagrev ee izlucheniem. Krome togo, apparaturu sputnika zashityat special'nye ekrany solnechnogo izlucheniya. S zapuskom etogo sputnika otkryvayutsya bol'shie vozmozhnosti dlya obnaruzheniya ob'ektov, pohozhih na sferu Daisona.

Novoe v kosmologii

Dalee mne hotelos' skazat' neskol'ko slov o problemah kosmologii i o sovershenno neobychnyh otkrytiyah samyh poslednih let.

Vspomnim osnovnye sostavlyayushie nashei Vselennoi. Zemlya i my sami sostoim iz "tyazhelyh" elementov - eto ochen' malaya chast' srednei plotnosti nashei Vselennoi. V proshlom godu bylo, nakonec, nadezhno ustanovleno, chto neitrino imeet ne nulevuyu massu (m~ 3 eV), no obshii vklad neitrino v srednyuyu plotnost' Vselennoi lish' 0.2%. Vklad zvezd i galaktik v srednyuyu plotnost' vsego 0.5%. Svobodnyi vodorod, kotoryi nahoditsya v mezhzvezdnoi i mezhgalakticheskoi srede sostavlyaet ne bolee 4%. Osnovnaya chast' srednei plotnosti Vselennoi prihoditsya na dve sovsem drugie sostavlyayushie.

Eto, vo-pervyh, nekaya temnaya materiya (25-30%), neodnorodno raspredelennaya v prostranstve. Ona, bezuslovno, gravitiruet i svyazana s galaktikami i ih skopleniyami. Priroda etoi temnoi materii zagadochna. Predlozheno mnogo gipotez.

Vo-vtoryh, imeetsya vakuumnaya materiya, ravnomerno raspredelennaya po vsemu prostranstvu. Vot ona, skoree vsego, i est' glavnaya sostavlyayushaya nashei Vselennoi (okolo 70%), chto sleduet iz mnogih nezavisimyh dannyh.

Poetomu, govorya o civilizaciyah, podobnyh nashei, i znachitel'no bolee sovershennyh, nel'zya zabyvat', chto my eshe slishkom malo znaem o Vselennoi. Po suti dela, my znaem lish' o 5% ee veshestva, t.e. imeem o nem sovershenno nichtozhnuyu informaciyu Uchenyh eto, konechno, raduet: ih zhdut samye neobychnye rezul'taty issledovanii.

V nastoyashee vremya sozdan ryad programm po kartografirovaniyu skrytoi massy, neodnorodno raspredelennoi vo Vselennoi. Eti issledovaniya baziruyutsya, glavnym obrazom, na tom, chto esli est' nekoe nevidimoe veshestvo, to ego gravitaciya vozdeistvuet na rasprostranenie sveta i drugih elektromagnitnyh voln).

Naprimer, pod vozdeistviem gravitacii skrytyh mass materii mogut nablyudat'sya iskrivleniya luchei sveta ot dalekih galaktik i kvazarov. Mnozhestvo takih gravitacionnyh linz uzhe obnaruzheno. V nastoyashee vremya sozdany special'nye matematicheskie programmy, kotorye obrabatyvayut izobrazheniya istochnikov, iskazhennyh gravitacionnym linzirovaniem, i pozvolyayut opredelit' kolichestvo skrytogo veshestva v raznyh napravleniyah nebesnoi sfery. Razrabotan proekt sozdaniya special'nogo teleskopa "DMT" (teleskop temnoi materii), s ego pomosh'yu nadeyutsya kartografirovat' vse nebo i sozdat' kartu raspredeleniya skrytogo veshestva. Diametr zerkala etogo teleskopa - 8.4 m, pole zreniya - 3^o. On budet rabotat' v diapazone ot 0,3 do 1 mkm i registrirovat' galaktiki do 27^m-28^m. Matematicheskaya obrabotka vypolnennyh nablyudenii kak raz i pozvolit sozdat' kartu raspredeleniya skrytogo veshestva po vsemu nebu.

Nasha i Bol'shaya Vselennaya

Soglasno sovremennym modelyam nashei oblasti Vselennoi, ee vozrast sostavlyaet 14 $\pm$ 1 mlrd. let, schitaetsya, chto Nasha Vselennaya voznikla iz sverhplotnogo veshestva. Fiziki-teoretiki opisyvayut ego v vide skalyarnogo polya, kotorym zapolnena Bol'shaya Vselennaya. Iz-za neustoichivosti etogo skalyarnogo polya voznikayut v raznye momenty vremeni otdel'nye "puzyr'ki", i kazhdyi "puzyrek" daet nachalo mini-vselennoi. V chastnosti, odin iz nih i dal nachalo nashei nablyudaemoi chasti. Po sovremennym predstavleniyam Bol'shaya Vselennaya, beskonechnaya v prostranstve i vo vremeni, sostoit iz mnozhestva takih "puzyr'kov" raznogo razmera i vozrasta, iz kotoryh startovali "mini-vselennye".

Bolee slozhnye predpolozheniya, voznikshie eshe v nachale HH v. i seichas aktivno razrabatyvaemye, svyazany s osobennostyami topologii prostranstva.

Predpolagaetsya, chto "puzyr'ki" mogut byt' iznachal'no svyazany mezhdu soboi. Rech' idet o krotovyh norah, drugoe nazvanie - mosty Einshteina-Rozena.

Krotovye nory i "mashina vremeni"

Pervaya publikaciya o slozhnoi topologii prostranstva na osnove obshei teorii otnositel'nosti poyavilas' v 1916 g. (Glemm). Sam Einshtein vmeste s Rozenom vernulis' k etomu voprosu v 1935 g., v svyazi s bumom po povodu rasshireniya Vselennoi. Imi byli postroeny pervye modeli "krotovyh nor", soedinyayushih otdel'nye uchastki odnorodnogo prostranstva.

Rassmatrivayutsya dve topologicheskie vozmozhnosti. Prezhde vsego, predstavim sebe tonnel' v vide "ruchki", soedinyayushei odnu chast' prostranstva s drugoi v nashei Vselennoi. V etu "ruchku" mozhno nyrnut' i vynyrnut', prakticheski mgnovenno okazavshis' v sovershenno drugoi chasti prostranstva. Krome togo, takaya ruchka soedinyaet raznye momenty vremeni, t.e. cherez nee mozhet peredavat'sya i veshestvo, i informaciya iz odnoi chasti prostranstva v druguyu; i iz odnogo momenta vremeni v drugoi. Kak mozhet rabotat' takaya "mashina vremeni"? (Zemlya i Vselennaya, 2001, N1). Chtoby ne narushat' princip prichinnosti, legche vsego predstavit' sebe puteshestvie v budushee.

A teper' rassmotrim inuyu vozmozhnost'. Esli est' dva prostranstva, dva "puzyr'ka", rodivshiesya v raznoe vremya vo vsei beskonechnoi Vselennoi, to "krotovye nory" mogut soedinyat' eti dva "puzyr'ka", t.e. dve otdel'nye, rodivshiesya v raznoe vremya, mini-vselennye.

V nastoyashee vremya vyyasneno, chto v principe, "krotovye nory" mogut sushestvovat'. Eto ne zapresheno fizicheskimi zakonami, no trebuyutsya sovershenno neobychnye formy materii dlya podderzhaniya stabil'noi, ustoichivoi vo vremeni "krotovoi nory". Sostoyanie veshestva, iz kotorogo sdelana gorlovina i sam tonnel', ochen' pohozhe na sostoyanie materii, nazyvaemomu fizicheskim vakuumom, kotoryi obuslovlivaet rasshirenie. Nashei Vselennoi s vozrastayushei skorost'yu.

Uravnenie sostoyaniya vakuuma takovo, chto v nem imeetsya otricatel'noe davlenie, kotoroe obespechilo nachal'noe rasshirenie "puzyr'ka" i obespechivaet na sovremennom etape uskorennyi razlet Nashei Vselennoi, podavlyaya ee gravitaciyu, kotoraya dominirovala na bolee rannih etapah razvitiya.

A kak naiti vhody i vyhody "krotovyh nor"? Chto dolzhny predstavlyat' soboi eti vhody i vyhody? Otkryt ryad zakonomernostei, soglasno kotorym vhod i vyhod "krotovoi nory" dolzhny byt' ochen' pohozhi na "chernye dyry". Udalennyi ot nih nablyudatel' uvidit dostatochno massivnoe telo lyuboi massy. No ono mozhet proyavlyat' sebya sovershenno neobychnym obrazom. Glavnoe otlichie ot chernoi dyry - eto otsutstvie gorizonta sobytii. Rassmotrim takoi myslennyi primer: nablyudatel' s peredatchikom napravilsya k chernoi dyre i padaet na nee. Togda signaly ot puteshestvennika dlya vneshnego nablyudatelya budet oslabevat', dlina volny peredatchika uvelichivat'sya, a pri rasstoyaniyah, blizkih k gravitacionnomu radiusu, signaly ischeznut sovsem. Eto i est' gorizont sobytii chernoi dyry. Na konechnom rasstoyanii ot centra chernoi dyry signal polnost'yu ischeznet, i dlya vneshnego nablyudatelya puteshestvennik srazu propadet.

Pri vhode v krotovuyu noru i vyhode iz nee takogo processa ne budet. Raschety pokazyvayut: puteshestvennik s peredatchikom okazhetsya vidimym "vse vremya". Elektromagnitnye signaly zdes' rasprostranyayutsya bez vsyakih ogranichenii.

Esli veshestvo, iz kotorogo sdelany vhod i vyhod "krotovoi nory" pohozhe na vakuum, to povedenie razlichnyh tel i izluchenii okolo nih mozhet byt' pohozhe na povedenie ob'ektov pod vliyaniem tela s otricatel'noi gravitaciei. Esli mezhdu nablyudatelem i dalekoi zvezdoi proidet gorlovina "krotovoi nory", to v etom sluchae otklonenie sveta etoi zvezdy ozhidaetsya v protivopolozhnuyu storonu.

Takim obrazom, predskazyvaetsya vozmozhnost' nablyudat' vhody i vyhody "krotovyh nor", v vide sovershenno neobychnyh ob'ektov, sredi kotoryh mogut okazat'sya i te, chto uzhe issleduyutsya.

Naprimer, esli my ishem "krotovuyu noru", soedinyayushuyu dve chasti Nashei Vselennoi, sil'no razdelennye vo vremeni, to smozhem u ee vyhoda nablyudat' izluchenie, kotoroe prihodit iz rannih stadii ee evolyucii. Iz teh epoh, kogda Nasha Vselennaya byla sverhgoryachei, i kogda v nei nachali obrazovyvat'sya himicheskie elementy, i dazhe eshe bolee rannih, kogda v nei poyavilis' elementarnye chasticy, iz kotoryh sostoit ves' nablyudaemyi nami mir. Eto izluchenie, proshedshee cherez tonnel', vosprinimaetsya nami kak neobychaino yarkii svetyashiisya ob'ekt, napominayushii ob'ekty v yadrah galaktik. Nekotorye ob'ekty, svyazannye s yadrami galaktik, mogut okazat'sya takimi sovershenno neobychnymi obrazovaniyami. Nechto podobnoe mozhet nablyudat'sya i v sluchayah, svyazannyh s raznymi "puzyr'kami" Vselennoi.

Takim obrazom my prihodim k novomu i ochen' slozhnomu predstavleniyu o stroenii Vselennoi, otkryvayushemu principial'no novuyu vozmozhnost' obsheniya s "brat'yami po razumu".

Risunki k stat'e N.S. Kardasheva

Portret N.S. Kardasheva.

Ris. 1. Statistika obnaruzhennyh planet drugih zvezd. Po gorizontal'noi osi - massy planet v massah Yupitera; po vertikal'noi - kolichestvo obnaruzhennyh planet. Risunok iz raboty Marsi, Batfera, Fishera, Fogta.


Ris. 2. Amerikanskii kosmicheskii apparat "Kepler". Risunok NASA.

Zvukovye kolebaniya zvezd

Ris. 3. Spektroskopicheskie issledovaniya pul'sacii zvezdnoi atmosfery (metod zvezdnoi seismologii). Grafiki iz raboty F.Karrier i dr. (Astron. Astrophys. 378, 142, 2001). Verhnii: spektr moshnosti radial'nyh pul'sacii zvezdy $\beta$ Hyi dlya treh luchshih posledovatel'nyh nochei nablyudenii (razreshenie 4.75&nbap; $\mu$ Gc. Nizhnii: apparatnaya funkciya s razresheniem 0.95&nbap; $\mu$ Gc.

Ris. 4. Zvezdoobrazovanie v nashei Vselennoi. Po gorizontali - vozrast ot nachala Bol'shogo vzryva; po vertikali - temp zvezdoobrazovaniya. (K.Lanzetta, astro-ph/0111129.)

Ris. 5. Nepreryvnye spektry infrakrasnyh ob'ektov, poluchennye so sputnika "IRAS", pohozhie na sfery Daisona. Risunok iz rabty M.Timofeeva i dr. (Acta Astronautica, 46, 655, 2000).

Ris. 6. Infrakrasnaya kosmicheskaya observatoriya �SIRTF� (SShA).

Ris. 7. Osnovnye sostavlyayushie nashei Vselennoi. Risunok NASA.

Ris. 8. Vozdeistvie gravitacii skrytyh mass na rasprostranenie sveta. Risunok iz rabot D.Vittman i dr. (Nature 405, 143, 2000; astro-ph/0003014) i Dzh.Taisona i dr. "Dark Matter Telescope" (astro-ph/0005381).

Ris. 9. Bol'shaya Vselennaya: "puzyr'ki" i soedinyayushie ih tunneli. Risunok sdelan v IKI RAN.

Publikacii s klyuchevymi slovami: SETI - Kosmologiya - ekzoplaneta - infrakrasnoe izluchenie - sfera Daisona - pervichnyi nukleosintez - Skrytaya massa - Bol'shaya Vselennaya Publikacii so slovami: SETI - Kosmologiya - ekzoplaneta - infrakrasnoe izluchenie - sfera Daisona - pervichnyi nukleosintez - Skrytaya massa - Bol'shaya Vselennaya
Sm. takzhe: Temperatura na ekzoplanete WASP-43b ε Tel'ca: zvezda s planetoi PDS 70: disk, planety i sputniki Na dalekoi ekzoplanete obnaruzhen metan Galaktika Sombrero v infrakrasnom svete Zvezda s'edaet planetu Sed'moi mir u zvezdy Trappist-1 Vse publikacii na tu zhe temu >>

Obsudit' etu publikaciyu

Versiya dlya pechati

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce