Звезды, горы и мы

Общежитие института связи. В одном из «пеналов» с двумя койками и кучей книг на полу шла ожесточенная борьба. То теоремы К. Шеннона и В. Котельникова увлекали и побеждали тоску по горам и летнюю московскую жару. То наплывали на сознание сверкающие вершины и манящие прелести ледников, и тогда теория информации отступала. В эти периоды мысли путались, к. п. д. падал ниже нуля, но два аспиранта упорствовали. Несмотря на то, что еще весной была дана клятва — лето принести в жертву науке, поединок добра и зла к концу июля порядком измотал нас. Решила дело телепатия. В один и тот же миг, не проронив ни слова, мы оба бросились к рюкзакам, набили их чем попало и ринулись на юг…

Тянь-Шань. Цирк ледника Туюк-Су медленно погружался в ночь. В небо причудливой пилой врезались острые скальные башни. Забив не один десяток крючьев, мы только что спустились с одной из них прямо на ледник к своему биваку. Здесь нас ждали чудеса комфорта — палатка, спальные мешки, вода и консервы.

Хотелось наконец поспать, не сидя или болтаясь на скальных крючьях, а вытянувшись и расслабив каждую мышцу. Пальцы, стертые на наждачных скалах, ныли. Хотелось успокоить их в тепле спального мешка. Хотелось…

Но как порыв горного ветра гасит спичку, так очарование южного неба погасило все эти «хотелось». Не было сил оторваться от этого бесконечно загадочного звездного полотна. Кристально чистый горный воздух стал какой-то огромной линзой. Звезды казались совсем рядом. Небо впервые открыло нам всю свою красоту.

Нас обуревали тысячи вопросов о звездах, об иных мирах, о далеких туманностях, о возможных собратьях по разуму, по любви к горам…

На счастье, в нашей группе был молодой астроном Коля. Мы начали терзать его вопросами. Сначала он сонно отвечал на них. Потом что-то в нем встрепенулось. То ли он разглядел в нас настоящих, алчущих знаний слушателей, то ли его охватила гордость за свою древнейшую и увлекательнейшую профессию, но сонливость с него как рукой сняло. Бросив прощальный взгляд на спальный мешок, он начал вдохновенный рассказ. Наглядным пособием было само небо, указкой — ледоруб, ориентирами — врезавшиеся в небо снежные купола и шапки, скальные иглы и пики, ледовые стенки и гребни.

Это была одна из самых увлекательных лекций, которую мне когда-либо приходилось слушать. У лектора не было ни плана, ни конспекта. Но видимо, вдохновение и знания с лихвой заменяют все это.

Коля, переходя от одного созвездия к другому, от одной раскрытой загадки неба к другой, еще не разгаданной, увлекал нас все сильней и сильней.

Элементарные астрономические истины, зазубренные в школе, но так и не осмысленные, превращались в этом горном планетарии в волнующие откровения.

Так, доведенный до нашего сознания неоспоримый факт «разбегания галактик» — стремительный, нарастающий с расстоянием бег друг от друга звездных систем — привел нас в полное замешательство. Ведь за этим циклом, как следует из уравнений, может, должен последовать цикл «сбегания галактик»!

Уже золотились макушки вершин, когда Коля кончал свою лекцию:

— Вам, вероятно, знакомы имена братьев-близнецов, смертного Кастора и бессмертного Поллукса. Когда погиб Кастор, Поллукс отдал ему половину своего бессмертия. Неразлучные братья стали проводить один день на сверкающем Олимпе, а другой — в царстве мрачного Аида. Их соединяла истинная дружба. Они могли бы составить прекрасную альпинистскую связку.

На небе есть вечный памятник братьям — созвездие Близнецов, названное так в их честь. Кастор и Поллукс — две самые яркие звезды этого созвездия. Древние астрономы считали звезду Кастор одиночной. Сегодня мы знаем, что Кастор состоит из трех пар двойных звезд, совершающих сложное движение вокруг общего центра тяжести. Две пары образованы горячими голубыми гигантскими звездами. Третья состоит из холодных карликовых звездочек красноватого цвета. Если есть планеты у этих звезд, то их небо украшено шестью солнцами разных размеров и разных свечений! А обитателей этих планет, если они, естественно, есть, обогревают и ласкают шесть Солнц! Сколько новых тем для стихов и песен!

Лекции продолжались еще несколько вечеров, конспектов мы не вели, но материал я прекрасно помню и сегодня. Эти лекции и пробудили во мне интерес к астрономии, космической радиосвязи, к проблеме установления контакта с обитателями иных миров. Коля еще несколько лет был моим спутником в горах Тянь-Шаня. Один сезон мы вместе искали две вершины в створе, чтобы из-за одной из них точно всходило Солнце: это было необходимо ему для проверки некой новой гипотезы. В следующем — он увлекался измерением количества космической пыли, выпадающей на вершинах. Нас, восходителей, он снабжал банками для сбора вершинного снега, а — мы, попадая в тяжелые ситуации, иногда забывали на вершинах о банках, но, боясь обидеть Колю, набирали снег где-нибудь внизу. Грехи наши искупает то, что кривые удельного содержания пыли в функции высоты в опубликованных им работах идут все же везде монотонно.

Таковы истоки этой книги. Правда, тогда возможность установления контакта с другими цивилизациями выглядела очень далекой, почти фантастической. Ведь все это было до того, как русское слово «спутник» вторглось во все языки мира, до того, как впервые были дерзко порваны цепи земного тяготения.

Десять лет космической эры принесли удивительные плоды. Умный робот, созданный в нашей стране, уже достиг Венеры! И не только достиг. Он был первым корреспондентом, который взял интервью у этой загадочной очаровательной незнакомки!

Советские и американские космонавты стали частыми гостями в околоземном пространстве. Их корабли все дальше удаляются от нашей планеты.

На рыхлой пористой поверхности Луны, этой покровительницы всех влюбленных, уже появились отпечатки ног двух смельчаков — Н. Армстронга и Э. Олдрина. Покидая ее, они оставили скромную записку: «Здесь человек с планеты Земля впервые ступил на Луну. Июль 1969 г. Мы явились с миром и от имени всего человечества». Это значит, что мечты и идеи К. Э. Циолковского о завоевании человеком солнечной системы начинают воплощаться в жизнь.

Мысль о том, что мы не одиноки во вселенной, стара как мир. Она высказывается уже более 25 веков. Но только сейчас появились возможности экспериментально проверить эту волнующую всех гипотезу. База для этого уже сформировалась. Это космические полеты землян, успехи радиоастрономии, развитие теории информации и кибернетики, достижения радиоэлектроники.

Мы стоим на пороге радиоконтакта с иными цивилизациями. Установление его будет гигантской вехой в истории человечества.

Когда он будет? Неизвестно. Это может быть сегодня, может быть завтра, может быть через десятки лет.

Но известно другое.

Чем шире и глубже будет идти научный поиск, чем больше умов, особенно юных и горячих, в него вклинится, тем быстрее контакт будет.

Вот почему я пишу эту книжку.

С чего мы начнем? Конечно, с аналогии. Вообразим, что мы вдруг очутились в неведомой точке неведомой нам страны. Мы хотим познать эту страну. Хотим раскрыть некоторые ее тайны. Первое, что надо сделать, следуя известным правилам, — обратиться к карте этой страны. С ее помощью охватить страну в целом, узнать составные элементы и, главное, каким-то образом определить свою «точку стояния» или свой адрес на карте.

Так мы и поступим.

Где мы?

Если вы ночью увидите человека, считающего звезды, не смейтесь над ним. Он совсем не стремится объять необъятное, он просто добывает знания. Даже в ясную безлунную ночь он насчитает их не более 2–3 тысяч. Счет заметно усложнится при вооружении глаз биноклем. Число различимых светил возрастет до десятка тысяч.

Пойдем дальше. Заменим бинокль мощным современным телескопом, а глаз — высокочувствительной фотопластинкой. Число различимых светящихся точек на небе фантастически возрастет. Оно станет равным 3 000 000 000. Три миллиарда звезд!

Такие числа мы будем записывать принятым компактным способом, который сводится к счету числа нулей и записи их в виде степени числа 10. Вместо 100 будет 102, вместо 50 000 будет 5 · 104. Следовательно, наше число различимых звезд примет совсем скромный (лишь по записи!) вид — 3 · 109.

Но это еще не все. Подавляющее число звезд из-за своей удаленности не различается телескопами. Они нам кажутся лишь в виде светящихся звездных скоплений, туманностей и т. д. Поэтому общее число звезд можно приблизительно оценить только с помощью статистических методов. Эти методы дают общее число звезд, равное 1021! (Речь идет, конечно, только о видимой части вселенной.)

Дадим каждой из этих звезд нежное имя или скучный номер и попытаемся занести их в единую книгу. Сколько страниц содержал бы этот звездный справочник? Их оказалось бы больше, чем страниц во всех книгах, напечатанных на нашей планете за всю историю человечества. Знаменитый однотомный словарь Вебстера, содержащий 600 тысяч слов на 3500 страницах, рядом с этим космическим справочником выглядел бы песчинкой по сравнению с самой высокой вершиной Земли — Джомолунгмой.

Несмотря на такое количество звезд, непосильное нашему воображению, главное качество вселенной все же пустота. На каждый кубический сантиметр вещества приходится 1030 кубических сантиметров почти пустого пространства.

Это есть следствие гигантских просторов вселенной. Так, наиболее удаленные от Земли звезды и их скопления расположены настолько далеко, что их лучи достигают наших телескопов спустя миллиарды лет.

В связи с огромными расстояниями, разделяющими звезды, встает естественный вопрос: связаны ли как-то звезды между собой или это просто хаотически разбросанные в пространстве изолированные сгустки материи?

Оказывается, звезды группируются в огромные системы, именуемые галактиками (пишутся с малой буквы). Но одна такая система гордо пишется с большой буквы. Этой счастливицей является Галактика, в которой обитаем мы с вами, читатель.

Выделение нашей системы отнюдь не связано с ее исключительностью в семье галактик. Просто своя рубашка оказалась ближе к телу и в земной астрономии.

Наша звездная система — это известный нам с детства Млечный Путь (название происходит от буквального значения греческого слова «галактика» — млечный, молочный). Состоит этот Путь из «млечных» братьев нашего Солнца, которых в этом семействе набралось ни мало ни много, как 1011.

Чем же можно измерить межзвездные расстояния? Ведь земные меры длины здесь безнадежно малы. Человек нашел блестящий выход. Измерителем расстояний стал световой луч. Почему именно он? Потому что луч света, как и радиоволна, движется с предельно возможной в природе скоростью — около 300 000 километров в секунду.

Единицей расстояний стал путь, который пробегает световой луч не за секунду, и не за час, и не за сутки, а за… год! Имя этой единице — световой год. Лента с «космической рулетки» в один световой год будет сматываться целый год, если ее начало ухитриться зацепить за световой луч или квант. Но если зацепим начало нашей ленты за современный космический корабль, летящий со второй космической скоростью (11,19 километра в секунду), то ему придется разматывать ленту длиной в один световой год ни много ни мало — 27 000 лет!

На фоне грандиозной длины в один световой год размеры нашей солнечной системы выглядят более чем скромно. Так, вспышку на Солнце мы видим с запаздыванием всего лишь на 8,3 минуты, время, которое требуется световым лучам для преодоления расстояния Солнце — Земля. Луч этой вспышки достигнет самой удаленной планеты — Плутония — меньше чем за 6 часов.

Выразим световой год в привычных для людей, путешествующих по земному шару, километрах. Умножая расстояние, пробегаемое световым лучом в секунду, на число секунд в году, находим, что световой год равен 9,5 · 1012 километров, то есть почти десять тысяч миллиардов километров.

Возьмем в руки «мерительную рейку» длиной в одни световой год (9,5 · 1012 километров) и попробуем измерить диаметр нашей Галактики. Оказывается, нам пришлось бы отложить эту рейку 85 тысяч раз. Следовательно, он составляет 85 тысяч световых лет.

Галактика по современным наблюдениям имеет форму гигантской спирали, толщина которой в 12 раз меньше диаметра. Точное определение ее структуры затруднено тем, что Солнце — одна из звезд этой же системы. Поэтому земляне могут наблюдать Галактику только изнутри и практически только из одной точки пространства (наблюдения с космических кораблей и с разных точек земной орбиты не меняют дела, поскольку при этом наше положение в Галактике меняется ничтожно).

Где-то на задворках Галактики, в одном из крайних витков этой спирали, затеряна наша солнечная система, которую когда-то земляне наивно считали центром мироздания.

Наша Галактика окружена другими галактиками. Наблюдения и расчеты для видимой части вселенной показывают, что их число также огромно — 1010.

Очертания наблюдаемых галактик, часто называемых внегалактическими туманностями, весьма разнообразны.

Ближайшая к нам галактика — туманность Андромеды — удалена от нашей «всего лишь» на величину, превышающую миллион световых лет. По красоте и величине она достойна прекрасной дочери Кассиопеи, чье имя она носит. Как все красавицы, Андромеда, естественно, не могла обойтись без внешних украшений. Их роль успешно выполняет свита из четырех существенно меньших звездных систем — спутников. По структуре туманность Андромеды — исполинская звездная спираль, сходная с нашей, но превосходит ее по размерам.

Если обратиться снова к нашей аналогии, то галактики можно уподобить огромным городам, разбросанным на колоссальные расстояния друг от друга. В области этих «городов» средняя плотность вещества существенно возрастает. Тяготеющие друг к другу «города» образуют более крупные соединения. Так, наша Галактика вместе с туманностью Андромеды, Магеллановыми Облаками и рядом других объединяются в так называемую Местную систему галактик.

Все наблюдаемые галактики образуют колоссальную звездную систему — Метагалактику.

По мере совершенствования приборов и методов наблюдения человек в конце концов охватит всю Метагалактику. Тогда может создаться видимость исчерпания существующих миров.

Но, проникая еще дальше в бесконечные просторы, человек откроет другие метагалактики, другие скопления материи, и так без конца…

Как упражнение к этому разделу давайте вместе, читатель, составим адрес жителя нашей планеты. Письмо пусть следует к нам из области вселенной, лежащей за пределами Метагалактики. Получателем письма пусть будет первая в солнечной системе женщина летчик-космонавт, имя которой вместе с именем Юрия Гагарина перешагнет, наверное, пределы солнечной системы.

Вот этот многоэтажный адрес.

Это и есть наша «точка стояния» в таинственной стране, имя которой — вселенная. Дальнейшее развитие науки будет ее уточнять и повышать многоэтажность нашего адреса.

Очерченный контур окружающего мира можно назвать «статическим». На самом деле это не так. Все галактики находятся в стремительном движении.

Куда несемся?

Говоря о галактиках, нельзя утаить одно из фундаментальных явлений вселенной — закон всеобщего разбегания галактик. Эта удивительная закономерность была открыта на основании эффекта Допплера. Вспомните традиционный рисунок из учебника физики. На платформе стоит одинокий пассажир. Мимо него мчится паровоз с огромной коптящей трубой. Из гудка вырывается облако пара. Пассажир слышит резкое понижение тона гудка при прохождении паровоза мимо него. Этот же эффект изменения частоты колебаний при движении источника справедлив и для световых волн.

Напомним опыт И. Ньютона. Обыкновенный белый свет, проходя через стеклянную призму, разлагается на отдельные цвета, составляющие спектр. Сильней всего преломляются красные лучи, слабее всего — фиолетовые. Между ними расположатся оранжевый, желтый, зеленый, голубой и синий цвета. При изучении спектра различных галактик был обнаружен потрясающий факт. Спектры оказались сдвинуты по отношению к земному в сторону красного цвета. Величина этого сдвига Δ не одинакова у различных галактик. Сдвиг не наблюдался только у нескольких самых близких к нам галактик.

После ожесточенных дискуссий и тщательных измерений было найдено объяснение: это проявление эффекта Допплера. Галактики удаляются от нас, и это понижает частоту излучаемых ими световых колебаний. Поэтому спектр сдвигается в красную сторону. Если бы они приближались к нам (об этой «страшной» перспективе мы поговорим позже), то спектры сдвигались бы в фиолетовую сторону.

Измерение величины Δ привело ко второму изумительному открытию. Чем больше расстояние r до галактики, тем больше смещен ее спектр в красную сторону.

Установлена прямая пропорциональность между расстоянием до галактики r и скоростью ее удаления v. Если одна из галактик находится от нас в 1000 раз дальше, чем другая, то и скорость ее удаления от нас в 1000 раз больше!

Следовательно, подсчет скорости удаления любой галактики элементарно прост. Надо лишь умножить расстояние между галактиками на некий постоянный для всех галактик коэффициент, и мы получим скорость их разбегания. Этот коэффициент, определение которого явилось очень сложной задачей и потребовало ряда существенных коррекций, обозначают через H — первая буква фамилии американского астронома Эдвина Хаббла (Hubble). Согласитесь, что это не слишком щедрая дань ученому, открывшему в 1929 году закон разбегания галактик. Поэтому лучше, когда H называют постоянной Хаббла.

Из закона разбегания галактик следует, что когда-то (когда именно, это зависит от значения постоянной Хаббла H) было начало этого разбегания.

По одной из самых ходовых гипотез, плазменное облако, породившее все наблюдаемые галактики с невероятно высокой температурой, плотностью и излучением, было некогда сосредоточено в относительно малом объеме (мы еще вернемся и к облаку и к этому «некогда»). Взрыв взрывов этого облака и дал наблюдаемое сегодня разбегание галактик.

Так эффект понижения тона гудка удаляющегося паровоза привел нас к одной из гипотез образования вселенной!

Попробуем определить момент этого исторического взрыва.

Не останавливаясь на очень любопытных методах определения постоянной Хаббла и истории ее измерения, приведем ее современное уточненное значение:

H  = 75  км/сек мпс .

Здесь мпс сокращенное обозначение мегапарсека. Один парсек (пс) составляет почти 3,26 светового года, а один мегапарсек (мпс) равен 106 пс.

Это значит, что если взять, например, расстояния между галактиками r = 1 мпс, то скорость их удаления друг от друга составит:

V  =  Н  ·  r  = 75  км / сек .

Есть основания считать, что с момента взрывного образования галактик скорость V не претерпевала заметных изменений. Это дает ответ на вопрос: «Когда произошел взрыв?»

Он непосредственно следует из приведенного примера.

Две галактики разбежались друг от друга с момента взрыва на расстояние в один мегапарсек. Скорость их разбегания постоянна и равна 75 километрам в секунду. Разделив пройденный путь на скорость разбегания, мы получим время, в течение которого галактики разбегаются, — 15 миллиардов лет (15 · 109). Значит, взрыв произошел 15 · 109 лет тому назад.

До взрыва степень сжатия материи и ее температура достигали колоссальных значений. Это состояние материи получило название «горячей вселенной».

Вычисленное нами время существования Метагалактики — 15 · 109 лет — находит удивительное подтверждение на нашей планете. Процесс распада радиоактивного урана и превращения его в свинец является теми природными часами, которые могут отсчитывать такие колоссальные отрезки времени. Оценка содержания урана и свинца в минералах позволила оценить возраст Земли. Полученное число меньше, но того же порядка, что и возраст Метагалактики.

Бег галактик от земного наблюдателя отнюдь не значит, что мы занимаем какое-то центральное положение во вселенной, в Метагалактике. Это можно наглядно пояснить, надувая резиновый шар. Наблюдатель в любой точке на этом шаре будет видеть, что с повышением давления все остальные точки шара от него удаляются, и чем дальше они от него отстоят, тем быстрее удаляются.

Кроме рассмотренного общего движения галактик, каждая из них имеет еще свое индивидуальное: от нас, к нам и в любом другом направлении. Из-за этого некоторые близкие галактики приближаются к нам, а не удаляются. У них индивидуальная скорость, направленная к нам, больше скорости разбегания (которая на малых расстояниях мала). Так, туманность Андромеды приближается к нашей Галактике со скоростью 143 километра в секунду.

Почему явление взаимного удаления галактик так взбудораживает при первом знакомстве? Тут два фактора. Первый — мы знаем от наших далеких предков, что видимая нами картина неба практически та же, что и при постройке египетских пирамид или при битвах Спартака. Второй — скорость разбегания по земным масштабам велика, она в десятки раз больше скорости ракет, преодолевающих могучую силу земного тяготения. Это и создает замешательство — галактики быстро разбегаются, и тем не менее картина неба остается такой, какой была давным-давно! Ларчик открывается просто. Наше земное мышление не всегда управляется с потрясающими расстояниями в Метагалактике. На этой сверхгигантской арене разбегание галактик столь мизерно меняет расстояние между ними на малом интервале существования нашей цивилизации, что прошедший ряд поколений не имел возможности заметить эти изменения.

Активный читатель этой книжки (верю, что вероятность такого события заметно больше нуля) легко может убедиться в этом, преодолев элементарные расчеты.

Согласно взрывной теории все галактики приблизительно сохраняют ту скорость, которую они получили в момент взрыва или в начале своего разбегания (фактически она замедляется силами взаимного притяжения). Галактики, получившие максимальную скорость в момент вселенского катаклизма, наиболее удалены от нас. Так как в среднем галактики равномерно распределены в окружающем нас пространстве, то они образуют непрерывно расширяющуюся сферу.

Самое удивительное, читатель, что мы с вами легко можем определить радиус этого невообразимо гигантского шара. В самом деле, скорость самой «быстроногой» (может — «быстрокрылой») из галактик принципиально не могла превысить скорость света. Следовательно, для предельной оценки мы и возьмем эту скорость. Тогда, умножая ее на время, прошедшее с момента катаклизма, мы получим искомую величину. Ее называют волнующе кратко — радиус мира, который в этом случае будет равен 13 миллиардам световых лет, или 12,3 · 1022 километров.

Вот с каких предельно удаленных расстояний можно ожидать поступления световых и радиоизлучений в Метагалактике!

Теория происхождения вселенной от некогда произошедшего разового взрыва является далеко не единственной. С ней конкурирует теория «пульсирующей» вселенной, оперирующая понятием кривизны пространства и базирующаяся на общей теории относительности. В ней предполагается равномерное распределение масс в пространстве. Анализ сил тяготения в такой системе приводит к выводу, что вселенная не может находиться в «статическом» состоянии. Она должна либо расширяться, либо сжиматься. Получаемая модель допускает чередование этих фаз. В настоящее время вселенная переживает фазу расширения.

Но как ни манят эти теории, увлекающие часто сильнее, чем приключения Шерлока Холмса и майора Пронина, вместе взятые, мы вынуждены поставить на этом точку.

Будем считать, что закончили беглое знакомство с общей картиной мира и можем перейти к интересующим нас частностям в этой все расширяющейся сфере. Наш путь лежит к тем звездам, у которых могут быть планеты с разумными существами.

Но как их выделить из общей массы звезд? Чтобы подступиться к этой задаче, необходимо вникнуть в «личную жизнь» звезд. Это мы и сделаем.

О, будь хорошей девочкой…

Что же такое звезды?

Это самосветящиеся небесные тела шарообразной формы, состоящие из раскаленных до очень высокой температуры газов. Они братья и сестры нашей близкой звезды — Солнца.

Ласковыми светящимися голубыми огоньками они выглядят потому, что удалены от нас дальше, чем Солнце, в сотни тысяч, миллионы и миллиарды раз.

Процессы, происходящие в звездах, сложны и разнообразны. Но оказалось, что два простых параметра звезды определяют ее основные свойства. Это температура поверхности звезды T и ее диаметр D. Первый параметр определяет количество энергии, излучаемой единицей поверхности (она пропорциональна четвертой степени температуры). Второй — полную поверхность звезды.

По этим двум параметрам легко найти полную энергию, отдаваемую звездой L. Ее еще называют светимостью звезды.

Величина T для различных звезд меняется значительно и лежит в интервале 1000–50 000 градусов шкалы Кельвина. (По этой шкале за нулевую принята температура минус 273 градуса обычной шкалы Цельсия. Но при столь высоких температурах, как у звезд, переход от одной шкалы к другой незначительно меняет дело.)

Подавляющее число звезд имеет температуру порядка 3500 градусов по Кельвину (дальше мы не будем уточнять шкалу). Наша любимая и воспетая, кажется, всеми без исключения поэтами Земли звезда имеет такие параметры:

Температура 6000 градусов, диаметр 700 000 километров.

Мощность этого источника света настолько велика, что его лучи легко пронизывают 150 миллионов километров, отделяющих нашу планету от светила, не теряя своей чудодейственной силы. Восход Солнца или появление его из-за туч всегда наполняет энергией и радостью обитателей Земли.

«Мы — дети солнца! Это оно горит в нашей крови, это оно рождает гордые, огненные мысли, освещая мрак наших недоумений, оно — океан энергии, красоты и опьяняющей душу радости!» Этот горьковский гимн Солнцу, вероятно, лучший из возможных.

Но нас ведь интересуют дети — планеты — других светил. Обратимся к ночному небу. Вся небесная сфера для удобства ориентировки разбита на 88 участков-созвездий. Они очерчены отрезками прямых линий и напоминают сложные выкройки. Каждое созвездие имеет характерные яркие звезды и свое имя. Каких названий тут только нет! Из одних животных можно было бы создать зоопарк: Дельфин, Дракон, Единорог, Жираф, Летучая Рыба, Пегас, Райская Птица и даже Феникс.

Яркие звезды каждого созвездия обозначаются буквами греческого алфавита, а самые яркие из них имеют свои названия. Так, Полярная звезда есть альфа Малой Медведицы. В созвездии Кита есть получившая сенсационную известность одна из ближайших к нам звезд — тау Кита и т. д. Звезды немного потусклее обозначаются буквами латинского алфавита или цифрами.

Наблюдая за звездами, мы увидели бы, что они светятся разным цветом. Так, Сириус, или самая яркая на нашем небе звезда (альфа в созвездии Б. Пса — пишется: альфа Б. Пса), имеет голубовато-белое свечение. Звезда Альдебаран в созвездии Тельца (альфа Тельца) излучает красноватый свет. Желтое свечение наблюдается у ближайшей к нам звезды — альфы Центавра. Солнце тоже дает желтое свечение. Почему же звезды светятся по-разному?

Исследования показали, что ни различия в химическом составе, ни в структуре внешней газовой оболочки не оказывают значительного влияния на видимый цвет. Решающим фактором здесь является температура звезды.

Именно температура определяет, какой участок спектра является доминирующим у той или иной звезды. Так, нагревая кусок железа, мы будем наблюдать сначала красное свечение, затем желтое и наконец доведем его до «белого каления».

По характеру излучаемого спектра звезды разбиты на семь спектральных классов. Запомнить последовательность классов легко, если воспользоваться плодами студенческой смекалки. Их дают первые буквы слов в фразах: «Один битый англичанин финики жевал, как морковь» — для русского алфавита, «Oh be a fine girl, kiss me!» («О, будь хорошей девочкой, поцелуй меня») — для английского алфавита. Эти классы даны в таблице.

Наше Солнце принадлежит к классу G.

Одним из величайших достижений астрономии XX века, которое сравнивают с открытием периодического закона Менделеева, является установление определенных закономерностей между светимостью звезд L и их спектральным классом. Эта зависимость известна под названием диаграммы Герцшпрунга — Рессела.

Оказалось, что 90 процентов всех звезд расположено на этой диаграмме в диагонально идущей полосе. Поэтому ее назвали «главной последовательностью». Основная особенность звезд главной последовательности — приблизительная прямая пропорциональность между температурой и массой звезды и обратная пропорциональность между температурой (или массой) и временем жизни звезды на этой последовательности.

#i_014.png

Кроме главной, мы видим на диаграмме ряд других последовательностей (сверхгиганты, красные гиганты, белые карлики). Как следует из диаграммы, наше Солнце находится в центральной части главной последовательности (класс G).

В процессе эволюции звезды совершают сложный путь по диаграмме «спектр — светимость», связанный с коренным изменением их структуры. Но при этом основное время звезда пребывает на главной последовательности, почему ее иногда называют домом, или обителью, звезд. Что творится в этом доме, мы разберем в следующем разделе. А пока, уставший читатель, давай отдохнем. Если сейчас вечер, то погасим в комнате свет. Откроем окно. Полюбуемся звездами. Оценим установленный гигантским трудом факт: весь этот чарующий хаос далеких и близких, слабых и сильных светил собирается на нашей диаграмме в единую могучую реку — главную последовательность. Мы находимся где-то в ее средней части.

Судьбы звезд

Единой точки зрения на процесс образования звезд пока нет. Согласно наиболее распространенной гипотезе они образуются путем конденсации облаков из газо-пылевидной межзвездной среды. Наблюдения показывают, что этот процесс идет во вселенной и сейчас.

Под действием сил тяготения из возникшего облака вскоре образуется сравнительно плотный непрозрачный газовый шар. Он еще не светится, но под действием тех же сил продолжает сжиматься, его температура повышается и образуется так называемая протозвезда — слабо светящееся тело. Температура протозвезды еще невелика, но уже появляется свечение. Протозвезда находится пока на нашей диаграмме правее главной последовательности. Местоположение определяется ее массой (см. на стр. 22).

Дальнейшее увеличение сжатия приводит к уменьшению диаметра и к еще большему повышению температуры. Звезда передвигается влево к главной последовательности. Когда температура в центре звезды достигает нескольких миллионов градусов, там возникают термоядерные реакции. При некоторой температуре дальнейшее сжатие прекращается, звезда становится стационарной (устойчивой) и оказывается на главной последовательности. На этом заканчивается первый этап эволюции звезды. Время сжатия протозвезды, как обычно пишут астрономы, «сравнительно невелико — порядка нескольких десятков миллионов лет».

Наступает самый любопытный с позиции нашей темы второй этап эволюции. Звезда, пребывая на главной последовательности, сохраняет приблизительно постоянную температуру и светимость, что создает благоприятные условия для возникновения и развития жизни на ее планетах.

По мере выгорания водорода в центре звезды, то есть превращения водорода в гелий, происходит некоторое смещение ее вправо на главной последовательности. Чем больше масса звезды, тем быстрее происходит это выгорание. Второй этап эволюции заканчивается, когда водорода в центральной части остается не более одного процента. Ядро звезды становится гелиевым.

Третий этап. Для звезд с массой, близкой к солнечной, он протекает примерно так. По мере увеличения гелиевого ядра звезды ее радиус и светимость растут. Радиус звезды может увеличиться до десяти раз. Звезда становится красным гигантом, или сверхгигантом. При температуре порядка 30 миллионов градусов весь водород во внутренних частях звезды выгорает. Дальнейшее повышение температуры до 100–140 миллионов градусов приводит к выгоранию гелия, или гелиевой термоядерной реакции (превращение гелия в углерод). Гелиевая стадия выгорания значительно короче водородной во времени. Расширение оболочки приводит к тому, что наружные слои уже не удерживаются силой собственного тяготения звезды и отделяются от нее. Такое явление наблюдается в двух видах: медленное истечение (оболочка «плывет») или быстрое (вспышки новых и сверхновых звезд). При этом ядро не претерпевает заметных изменений и образуется типичный белый карлик (почти не содержащий водорода). Плотность вещества в центре его достигает сотен и тысяч килограммов на кубический сантиметр. Температура снаружи звезды — порядка тысячи градусов, а в центре — порядка миллионов. Наконец, после остывания белый карлик перестает светиться и превращается в черного карлика.

Этот контурный рисунок жизненного пути звезды, конечно, весьма схематичен и варьируется в зависимости от массы и типа звезды. Но он поможет нам при оценке возможной длительности существования цивилизаций.

Знакомство с этой картиной эволюции звезд потрясает. Потрясает дерзкое проникновение человеческого гения в жизнь невообразимо далеких светил. Потрясают методы, позволившие заглянуть на миллиарды лет назад и вперед в судьбы звезд. Потрясают установленные гигантские масштабы времени и пространства наблюдаемого «звездного театра». И мгновенно рождает каскад вопросов:

— На каком этапе эволюции находится наша дорогая звезда?

— Как скоро начнется заметное остывание Солнца?

— Когда начнется переход Солнца в красный гигант и уничтожит ли это все живое на Земле?

Дабы успокоить взволнованных читателей, скажем, что в ближайшие миллиарды лет земной цивилизации с этой стороны ничто не угрожает (других врагов цивилизации мы коснемся ниже). А для убедительности подтвердим это некоторыми цифрами.

Установлено путем исследования земной коры, что возраст Земли составляет 4,5 · 109 лет (почти пять миллиардов лет!). Солнце, по-видимому, никак не может быть «моложе» Земли.

Основная волнующая нас величина — это длительность пребывания Солнца на главной последовательности, или длительность интервала времени, в течение которого Солнце находится в устойчивом температурном режиме.

На основе теоретического построения модели звезды типа нашего Солнца и расчета времени протекания рассмотренных выше процессов сделана следующая оценка времени жизни звезд на главной последовательности.

Осмыслив эту таблицу, даже самый сдержанный читатель должен, во-первых, бурно возрадоваться тому факту, что наше Солнце имеет массу  , а, например, не 20  . Последнее привело бы к излучению столь огромных мощностей, что запасы водородного горючего были бы израсходованы буквально за десяток миллионов лет. И если на планетах такой звезды могла зародиться жизнь, то за краткое время пребывания на главной последовательности этой звезды она так и не успела бы покинуть свою колыбель — «питательный бульон» (к этому историческому блюду мы еще вернемся).

Во-вторых, если даже вычесть срок, уже прожитый Солнцем на главной последовательности, — он составляет величину порядка 5 миллиардов лет, — то остается гигантская величина порядка 8 миллиардов лет. Выходит, что Солнце израсходовало немного больше трети времени, отведенного ему для бытия на главной последовательности. Еще предстоит прожить остальные две трети. И только после этого начнется величайший катаклизм в солнечной системе — превращение нашего светила в красный гигант и уход навсегда с главной последовательности. При этом диаметр Солнца, вероятно, увеличится в десятки раз, а его светимость — в сотни. Необходимые естественные условия существования живой материи на Земле в известных нам сегодня формах, по-видимому, нарушатся. Но сверхфантастическая техника того периода, как говаривали в старину — «будя она будет», сумеет создать необходимые для жизни искусственные условия или эвакуировать обитателей Земли на планеты более молодых звезд главной последовательности. Тем более что этот переходный период нашей звезды займет несколько сот миллионов лет.

Вероятно, схема трагического финала нашего светила уже бросила тень грусти на читателя. Это вполне понятно. Ведь мы любим наше Солнце. Мы его дети. Многие поколения землян поклонялись Солнцу, приносили ему жертвы, пели ему гимны, давали разные имена этому божеству — Ра, Митра, Гелиос…

Но все это будет так невообразимо не скоро, что нет оснований грустить сейчас об этом. Нет оснований еще и еще раз мысленно пробегать трехсерийную ленту «Конец Солнца» («Красный гигант», «Белый карлик», «Черный карлик»). Давайте лучше вместе, читатель, пожелаем нашей звезде дальнейшего процветания на главной последовательности в оставшиеся миллиарды лет.

Теперь мы вплотную подошли к вопросу о планетных системах звезд, об их темнокожих (несветящихся) спутниках.

Темнокожие спутники

Высокая температура звезд, естественно, зачеркивает всякую возможность органической жизни на них. Исключение, может быть, составляет самый последний этап эволюции звезды — превращение ее в черного карлика. Но это особый вопрос, и мы его коснемся ниже. Следовательно, в пределах главной последовательности, где длительный устойчивый температурный режим создает благоприятные условия, жизнь может развиваться только на темных планетах или темнокожих спутниках звезд. И конечно, далеко не на всех.

Отсюда коренной вопрос нашей проблемы: «У многих ли из наблюдаемых звезд имеются планеты?»

Слабая светимость и малые размеры планет почти полностью исключают при современном уровне техники прямое их наблюдение. Речь идет, конечно, не о планетах солнечной системы. Однако имеется несколько косвенных путей обнаружения планет. Один из них связан с так называемыми двойными звездами.

Двойная звезда — это две связанные в единую систему звезды, вращающиеся вокруг общего центра масс. Если бы Земля оказалась планетой такой системы, у нас было бы два Солнца! И возможно, человек не знал бы, что такое сон и что значит видеть золотые сны…

Очень образно обрисовал двойные звезды наш известный астроном Б. А. Воронцов-Вельяминов, школьным учебником которого я так плохо (да и многие из читателей, наверное, тоже) воспользовался в свое время: «Среди них мы встречаем такие пары, которые напоминают двух близнецов, настолько составляющие их звезды похожи во всем друг на друга. Встречаются пары звезд, похожие и на карикатуру, где неразлучны между собой слон и моська. Обычно в таких случаях слон — огромная, яркая, но холодная и красная звезда, а моська — его спутник — маленькая, слабенькая, но горячая и голубоватая.

Представьте себе, что мы — жители планеты, которая обращается вокруг одной из таких звезд. Какие изумительные картины разворачиваются там на небе! Из-за горизонта встает, например, красный громадный круг солнца, в сотни раз больший видимого поперечника нашего. За ним встает маленькое голубоватое солнце и постепенно исчезает за массивной спиной своего патрона, чтобы потом снова из-за нее вынырнуть. Или же там настает день, залитый красным светом, как у нас на закате солнца, а вместо ночи затем наступает голубой день. Может быть, иногда голубое солнце проходит перед красным и сияет, как голубой бенгальский огонь на красном фоне».

Двойные звезды являются нередким явлением и составляют более половины видимых звезд.

Двигаясь по сложным орбитам, они то сближаются, то удаляются. Это позволяет, наблюдая их, измерять со сравнительно высокой точностью аномалии в их движении, которые могут быть вызваны невидимыми нам планетами этих звезд. Так была открыта, например, планета в двойной звезде 61 Лебедя с массой М = 0,01. Позднее были обнаружены планеты еще у 11 двойных звезд. Изучение двойных звезд и планет утвердило точку зрения, что нет, по-видимому, принципиального различия в происхождении двойных звезд и планетных систем. Отсюда следует, что если двойные звезды весьма распространены в природе, то и планетные системы не должны составлять редких исключений.

Далее, изучение момента количества движения для звезд главной последовательности приводит к любопытному заключению. Момент количества движения есть произведение трех параметров звезды: массы, экваториальной скорости и радиуса.

При переходе от спектрального класса А к спектральному классу F (см. на стр. 22) наблюдается странно резкое уменьшение момента количества движения звезд. Согласно земным законам физики, а их справедливость для вселенной в основном доказана, изолированная система не может сама изменить свой момент количества движения. Отсюда возникает логическое предположение — по мере изменения температуры звезд и перехода их в спектральный класс F у них имеет место процесс образования планет. Породившая планеты звезда отдает заметную часть своего момента количества движения планетам. На примере солнечной системы мы видим, что, хотя суммарная масса всех планет составляет только 1/700 солнечной, 98 процентов всего момента солнечной системы связаны с движением планет и только 2 процента с вращением Солнца. Малая скорость вращения Солнца на экваторе (2 метра в секунду, то есть в 15 раз меньше, чем скорость Земли на орбите) есть следствие сравнительно большого удаления планет от Солнца и больших скоростей их движения.

Несмотря на то, что процесс образования планет, связанный с изменением моментов звезд, пока не ясен, наблюдаемый факт резкого изменения моментов звезд является весомым аргументом в пользу распространенности планетных систем во вселенной.

Таким образом, наше Солнце — рядовая звезда Галактики со своим блестящим эскортом из 9 планет — не является в этом смысле чем-то уникальным: планетные системы у звезд распространенное явление во вселенной.

Но далеко не все орбиты планет лежат в «зоне жизни» своей звезды, где есть температурные условия для зарождения и развития жизни.

Зона жизни

Живой организм — сложная и нежная система. Он гибнет и при очень высокой и при очень низкой температуре. Жизнь может существовать только в ограниченном интервале температур. Вокруг каждой звезды можно очертить зону, где это условие выполняется. Чем больше масса звезды, тем выше ее температура (для звезд главной последовательности) и тем больше эта зона, которую называют «зоной жизни». Зона эта отстоит тем дальше от своего светила, чем больше его масса. Как у костра: чем он сильнее пылает, тем дальше мы отходим от него, но тем больше зона, где приятно греться.

Глубокие исследования зон жизни провел Су Шу Хуанг, американский ученый. По его вычислениям, звезды большой массы живут так мало на главной последовательности (хотя это миллиарды лет!), что на их планетах эволюция неживой материи в живую и ее дальнейшее развитие не успевает произойти. С другой стороны, звезды нижней ветви главной последовательности имеют столь малую массу, а следовательно, низкую температуру и узкую зону жизни, что вряд ли орбиты планет находятся в этой узкой зоне.

Если провести эту зону для солнечной системы, то в нее попадают Венера, Земля и Марс. При этом орбита Венеры лежит около внутренней границы, а орбита Марса вблизи внешней границы зоны жизни.

В итоге Хуанг выделяет из звезд главной последовательности, отбросив звезды с очень большой и очень малой массой, группу с наибольшими шансами на зарождение и развитие живой материи. Это звезды средних размеров трех спектральных классов на диаграмме «спектр — светимость» (см. на стр. 22), а именно: звезды класса F, звезды класса G и звезды класса K. По счастливому совпадению все эти звезды вращаются медленно. Они, по-видимому, отдали свой момент вращения планетам при их образовании. А так как звезды этого класса имеют значительные зоны жизни, то, вероятно, часть их планет должна лежать на орбитах внутри этой зоны. Первый любопытный факт — наше Солнце, звезда спектрального класса G, лежит точно в центре этой группы. Второй любопытный факт — орбита планеты Земля лежит в средней части зоны жизни Солнца.

Определенный интервал температур является необходимым условием жизни, но далеко не единственным. Известные нам сегодня формы живой материи не могут существовать без воздуха и воды.

Вода плюс воздух

Наиболее вероятное место зарождения жизни — это океан (тут и «питательный бульон», и защита от жесткого излучения — см. ниже). Наличие гидросферы на планете является одним из условий зарождения жизни. Но чтобы удерживать воду на своей поверхности, планета должна быть достаточно велика.

Те же соображения относятся и к атмосфере. При очень маленькой массе планеты воздушная оболочка из кислорода не может существовать — она улетучится.

С другой стороны, очень большая масса планеты также может воспрепятствовать возникновению эволюции жизни из-за огромной величины силы тяжести. Следовательно, планеты с очень малой или очень большой массой должны быть исключены из рассмотрения. Расчеты Хуанга показывают, что с точки зрения удержания атмосферы с кислородом радиус планет должен лежать в интервале 1000–20 000 километров. Это отнюдь не значит, что все планеты с таким радиусом обитаемы. Но он указывает на возможность жизни. Кроме того, имеет значение и ряд других факторов. Один из них — химический состав планеты. Например, маловероятно возникновение жизни на планете, не содержащей таких элементов, как углерод.

Читатель, наверное, и не подозревал, что необходимо так много условий для зарождения жизни. По счастливой случайности все они с надежным запасом имеются на Земле. Мы к ним настолько привыкли, что не замечаем их удивительного сочетания.

Теперь, вооруженные полученными знаниями, мы можем сделать следующий шаг: оценить число таких счастливых сочетаний в окружающих Землю просторах. Начнем с «ближней зоны». Во-первых, очертим сферу ну, скажем, радиусом в 16 световых лет вокруг нашей солнечной системы (число это взято произвольно). Во-вторых, попытаемся оценить вероятность выполнения в ней условий, необходимых для развития жизни.

Плачь, скрипка моя, плачь…

Чем меньше расстояние от нас до ближайшего очага цивилизации, тем, естественно, быстрее и легче установить контакт с ее создателями.

Фантасты давно заселили все ближайшие небесные тела — Луну, Марс, Венеру, Сатурн и т. д. разумными обитателями, облик которых чаще всего списан с землян с теми или иными вариациями. Здесь же нам, как это ни грустно, придется развеять миф о столь близком соседстве с обитателями иных миров. Грусть эта вполне понятна. Так же как человек — «животное общественное» — тяготеет к коллективу, так, по-видимому, и любая цивилизация, достигнув определенного уровня развития, тяготеет к иным цивилизациям, к контакту с ними.

Если отрешиться от фантастики и стать на научную почву, то сегодня никто всерьез не ожидает найти разумную жизнь еще где-нибудь в пределах солнечной системы. Сказанное не исключает возможность обнаружения следов угасших цивилизаций, например, на Марсе. Но это уже иной разговор, это уже сфера науки будущего — «космической археологии».

Исследования планеты Венера блестяще подтвердили эту мысль (температура у поверхности 350–400 градусов Цельсия выше нуля, а атмосфера состоит почти из одного углекислого газа). Поэтому свой взор мы должны обратить к ближайшим звездам, к соседям Солнца.

Анализируя «небольшую» зону, окружающую солнечную систему, радиусом в 16 световых лет, Су Шу Хуанг пришел к следующему. С точки зрения достаточного количества тепла и света ближайшая к нам звезда альфа Центавра, находящаяся от нас на расстоянии 4,3 светового года, вряд ли имеет «орбиты жизни». Она является тройной, и невозможно представить орбиту планеты, освещаемую тремя солнцами, с необходимыми устойчивыми температурными условиями.

Всего в очерченной нами сфере к настоящему времени обнаружено 47 звезд. Среди них четыре — Сириус, Альтаир, Процион и альфа Центавра — хорошо видны невооруженным глазом, еще шесть звезд можно с трудом различить без астрономических труб, остальные же 37 звезд можно обнаружить только в телескоп.

Сириус и Процион оказались двойными звездами и должны быть исключены из рассмотрения по тем же соображениям, что и альфа Центавра.

Если исключить звезды-карлики спектрального класса M, которые дают слишком мало тепла (Хуанг допускает, что у этих звезд может случайно появиться планета с орбитой малого радиуса внутри зоны жизни, но считает это событие маловероятным), то остаются только две звезды «на подозрении»: эпсилон Эридана и тау Кита. Созвездия, к которым принадлежат эти звезды, показаны на приведенном рисунке. Обе эти звезды находятся на расстоянии 11 световых лет. Их яркость приблизительно в три раза меньше солнечной.

Заметим, что ряд астрономов и до работ Хуанга отмечали звезду тау Кита как звезду, подобную Солнцу и, возможно, имеющую обитаемые планеты.

Как мы увидим дальше, именно с этой звезды начались первые эксперименты на Земле по поиску сигналов от обитателей других миров.

Таким образом, вероятность наличия жизни в этом радиусе весьма мала, но отнюдь не исключена. Существенное увеличение вероятности может дать поиск в радиусе порядка сотен световых лет, где число звезд резко возрастает.

Но… есть еще одна смелая мысль, которая, быть может, заметно изменит сделанные оценки. Кроме «детей солнца» или «детей своей звезды», возможно, существуют и «дети тьмы» или «дети, не имеющие своей звезды».

Дети тьмы

В 1962 году английский астроном X. Шепли выдвинул гипотезу о возможности жизни на остывших звездах. Эти тела занимают промежуточное положение между звездами и планетами. Шепли утверждает, что образования этого типа во вселенной весьма многочисленны. Они движутся по самостоятельным орбитам — в отличие от планет, которые лишь спутники своих звезд. В районе Солнца их, по-видимому, нет, так как незаметно их гравитационное действие на орбиты внешних планет.

При определенной массе такого тела может наступить равновесие между отдаваемой им энергией и поступающей из его центра, а при такой ситуации кора будет твердой и вода на ее поверхности будет жидкой. По оценке Шепли, размеры подобных тел должны превосходить Юпитер по крайней мере в десять раз. Он же утверждает, что на этих «планетах» возможны подходящие условия для возникновения жизни. «Какие странные организмы могут развиваться в отсутствие знакомого нам солнечного излучения! — восклицает Шепли. — Они не знают естественного света близкой звезды, не знают света своего солнца. Это воистину „дети тьмы“. Но ведь и на Земле есть существа, предпочитающие тьму свету. Хорошо известный пример тому, но далеко не единственный, летучая мышь. Использование эхолокации позволяет ей даже более точно ориентироваться ночью, чем многим другим животным днем. Второй пример — это методы ориентирования дельфинов и других морских обитателей на значительной глубине, где слабая освещенность. Все это может найти применение в условиях бессолнечного существования.

Однако огромная сила тяжести на поверхности этих темнокожих островов вселенной может затруднить развитие жизни и загнать ее в моря и океаны.

Развитие инфракрасной астрономии и радиоастрономии возможно скоро позволит уверенно обнаруживать такие тела».

В заключение своей работы Шепли пишет, что ближайшая к нам жизнь за пределами солнечной системы, по-видимому, находится не на планете, вращающейся вокруг звезды, а на одном из этих одиноких странников космоса.

Так как идея Шепли еще не получила научного подтверждения, то мы не будем ее учитывать в дальнейших оценках. Вместе с тем очень хотелось бы верить в нее, так как она увеличивает наши шансы на успех. Пусть это будет пока нашим неучтенным запасом.

Теперь, читатель, давайте сломаем стенки нашей «маленькой и душной» комнаты в 16 световых лет, где оказалось так мало возможностей для обнаружения инопланетных цивилизаций, выйдем в космические просторы и попытаемся сделать ту же оценку в самом широком масштабе.

Сколько их?

Можно ли на основании проведенных выше астрономических и астрофизических данных и некоторых логических рассуждений сделать количественную оценку возможного числа цивилизаций — дать, так сказать, ответ на вопрос: «Сколько их может быть?» За эту задачу брались ученые различных стран, и все они приходили к выводу — мы не одиноки в космосе. Количественные оценки были разные. Проследим ход этих любопытных рассуждений. Заглянем в полученные числа.

Оценка В. Г. Фесенкова и А. И. Опарина. Подводя итог своему исследованию распространенности жизни во вселенной, советские ученые академики В. Г. Фесенков и А. И. Опарин делают приближенную количественную оценку этому явлению.

Схема их рассуждении такова. Пусть общее число звезд равно некоему числу А. Выделим из них одиночные звезды с орбитами планет, близкими к круговым (такие орбиты обеспечивают устойчивую температуру планет). Получаем число звезд, приблизительно равное А /10. Если исключить из них звезды очень молодые и очень старые, около которых маловероятно существование жизни, то получаем величину А /100. Считая, что только у одной из десяти этих звезд орбиты планет проходят через «зону жизни», получаем А /1000. Затем надо учесть массу планет. Это условие очень жесткое: для зарождения и развития жизни планета должна иметь не слишком большую, но и не слишком малую массу. Можно ориентировочно считать, что это условие выполняется в среднем у одной из ста отобранных звезд. Значит, «на подозрении» остается только А /100 000 из общего числа звезд. Учет дополнительных факторов требует уменьшения этой цифры еще в десять раз. Получаем А /1 000 000.

Итак, итоговая цифра — из миллиона взятых наугад звезд только одна в среднем будет, возможно, иметь жизнь на своих планетах. Но ведь число звезд неимоверно велико. В одной только нашей Галактике их порядка 100 миллиардов. Следовательно, ожидаемое число обитаемых миров в Галактике составит величину порядка 100 тысяч.

Как тут не вспомнить слова Ф. Энгельса: «Вселенная должна быть гигантским резервуаром жизни».

Оценка Хорнера. Немецкий ученый сделал оценку возможного числа цивилизаций на основе теории вероятностей. Этот подход, несмотря на ряд спорных и чисто субъективных допущений, представляет безусловный интерес. Хорнер вводит новую важную величину l — время существования технически развитой цивилизации или время ее технической эры. (Началом технической эры можно, например, считать освоение радиоволн. Любопытные вычисления, которые мы вынуждены здесь опустить, приводят к следующему. Величина l существенно влияет на долю звезд, у которых в настоящее время имеется технически развитая цивилизация, на среднее расстояние между ними и на возможность установления контакта между цивилизациями.

Чем больше величина l, тем большее число цивилизаций «перекрывается» во времени, тем большее число цивилизаций одновременно существует в любой момент времени.

Для оценки величины l Хорнер вводит пять гипотез развития цивилизаций и произвольно приписывает каждой определенную вероятность ее осуществления. (Вероятность того или иного события можно определить как отношение случаев, благоприятствующих данному событию, к общему числу случаев. Например, рассмотрим такую картину. Из 100 научно-популярных книг только 5 получили общее признание и оценку «увлекательные». Если взять первую попавшуюся из этих 100, то вероятность увлечься ею составит:

P  = благоприятствующие случаи/общее число случаев = пять книг/сто книг = 0,05 = 5 %,

то есть весьма невелика. Этот пример почему-то навеял грусть на автора.)

Первая гипотеза — гибель всего живого на планете. Это может произойти в результате какой-либо космической катастрофы, сильной внешней радиации и др. Ей приписывается вероятность 0,05. То есть из 100 сообществ разумных существ в пяти гибнет и цивилизация и сама жизнь.

Вторая гипотеза — гибель только сознательной жизни. Это может быть возврат человека к своим предкам обезьянам, самоуничтожение в результате войн на планете и др. Хорнер приписывает этому исходу вероятность 0,6. То есть более половины цивилизаций кончает именно так.

Третья гипотеза — вырождение разумных существ. По-видимому, имеется в виду как физическое, так и умственное вырождение. Ей приписывается вероятность 0,15.

Приблизительно ту же вероятность — 0,2 — имеет четвертая гипотеза: потеря интереса к технике. Это отказ от всяческого прогресса. Но такое состояние неустойчиво. Скорей всего это будет возврат в прошлое — пещеры, каменные топоры, поклонение божествам и огню…

Наконец, пятая гипотеза — неограниченное развитие — имеет вероятность, равную нулю (поэтому ее нет на рисунке).

Сумма вероятностей равна единице (0,05 + 0,6 + 0,15 + 0,2 + 0 = 1). А это означает, что выдвинутые гипотезы исчерпывают все возможные пути развития цивилизации. С подобными гипотезами и их вероятностями, пронизанными неверием в силу разума, согласиться, конечно, нельзя.

Пусть читатель сам разделается с пессимизмом автора гипотез. Мы же коснемся этой темы в пятой главе.

На основании этих пяти возможных исходов цивилизации и принятых вероятностей Хорнер определяет среднее время существования технически развитой цивилизации или длительность ее технической эры. Она равна 6500 годам (lср = 6500). То есть с момента, скажем, освоения радиоволн цивилизации в среднем существуют приблизительно шесть тысячелетий. Период не такой уж малый, если учесть бурно нарастающий темп развития цивилизаций.

Далее, делая ряд спорных допущений, определяется доля звезд с технически развитыми цивилизациями, или вероятность P их существования. Она равна P = 2,6 · 10–7. (Знак минус перед показателем степени числа 10 означает, что единицу надо разделить на единицу со столькими нулями, каков показатель степени. Например: 10–3 = 1/1000; 10–5 = 1/100 000.) При этом время, прошедшее с момента образования звезды и до появления на ее планете технически развитой цивилизации, полагается равным 1010 лет.

Следовательно, при принятых предположениях в среднем только вокруг одной из трех миллионов взятых наугад звезд существует разумная жизнь нашего или выше уровня развития.

В этом подсчете, кроме того, предполагается, что при второй и третьей гипотезах на той же самой планете «на обломках» старой цивилизации может развиваться новая.

Хорнер также вычисляет среднее расстояние между «разумными» звездами. Оно получается неутешительным — порядка 1000 световых лет. Остается надеяться на «разброс от среднего» (см. главу IV).

Наконец, вычисляется вероятность встретить в космосе цивилизацию в той же фазе развития, что и наша. Она оказалась равной 0,005.

Алые паруса надежды

Помня об экономии сил и времени читателя, мы не будем углубляться в методику оценок, сделанных другими учеными. Приведем их в окончательном виде, пользуясь графиком, предложенным австралийским астрономом Р. Брейсуэллом. Строится он так. Во-первых, задаемся различным произвольным числом одновременно существующих цивилизаций N в Галактике. На графике N взято в гигантском диапазоне от 10 до 1010. Во-вторых, для выбранных значений вычисляется, зная объем Галактики, среднее расстояние между цивилизациями d. При этом полагаем равномерное их размещение.

Далее, число одновременно существующих разумных сообществ растет с увеличением длительности технической эры существования каждой из них. Учет этого явления сделан простейшим приближенным путем — взята прямая пропорциональность между N и длительностью технической эры: чем больше N, тем больше длительность эры.

Таким образом, график устанавливает зависимость числа цивилизаций в нашей звездной системе от вариации среднего расстояния между ними. Для освоения его рассмотрим два примера.

Первый. Пусть число цивилизаций велико, например N = 1010 (и время технической эры так же велико — 1010 лет). Тогда из графика получаем среднее расстояние d = 10 световым годам. Очаги разума близки друг к другу, и контактировать легко.

Второй. Пусть N мало, скажем, 104. Из графика получаем d = 1000 световых лет. Поиск друг друга становится трудным — искать надо на гигантских расстояниях среди миллионов «нецивилизованных» звезд.

На графике точками нанесены оценки числа цивилизаций в Галактике, полученные различными учеными. Как получены некоторые из этих чисел, мы показали выше.

Наиболее оптимистическую оценку дает К. Билс: N = 1010. Наиболее пессимистическую — Хорнер: N = 4 · 104.

Эти оценки относятся к нашей Галактике. Если говорить о всей видимой вселенной, то необходимо сделанные оценки, при предельно грубом подсчете, умножить на число галактик. Это число в наблюдаемой части вселенной, как уже отмечалось, составляет 1010.

Разброс оценок различных ученых на пять порядков указывает на значительную их субъективность. Однако все они сходятся, безусловно, в одном — род человеческий далеко не одинок в нашей звездной системе, а тем более во вселенной. Из полученных оценок следуют еще два важных вывода.

Во-первых, вероятность существования разумной жизни на ближайших к нам звездах (в радиусе порядка 10 световых лет) невелика ввиду малого числа звезд в этом объеме. Вместе с тем это отнюдь не исключает возможность такого события.

Во-вторых, с увеличением радиуса поиска до сотен и тысяч световых лет число звезд резко возрастает и шансы на успех существенно повышаются.

Как же производить этот поиск? Какие есть пути установления контакта с ближайшими очагами разума?

Имеются три принципиальные возможности:

прямой контакт,

роботконтакт,

радиоконтакт.

Контакт с помощью световых пучков, назовем его лазерконтактом, отнесен к третьей группе. Сопоставление радиоконтакта и лазерконтакта будет дано в четвертой главе.

Сравним кратко эти три дороги, на которые рано или поздно выйдет человек.

Прямой контакт, или баррикады «но»

Раскроем первый попавшийся под руку фантастический роман на космическую тему. С очень большой вероятностью мы встретим там такую сцену.

Молодой землянин с умным мужественным лицом, украшенным часто бородкой (может, мода на бородатых юнцов отсюда и пошла?), помахав с борта космического корабля невесте и прочим жителям планеты, стремительно стартует.

Он летит к обитателям далекой звезды для установления прямого контакта. Все предельно просто: «Прилетел, увидел, установил». Однако на пути осуществления этой мечты встают гигантские баррикады различных «но».

Первая из них — невообразимо большие расстояния. Пытаться их победить можно, располагая звездолетом со скоростью, близкой к скорости света.

Попробуем полететь к ближайшей звезде — альфе Центавра на самом быстроходном корабле, уже созданном человеком. Это корабли типа «Союз» и «Аполлон», развивающие вторую космическую скорость, равную приблизительно 11 километрам в секунду. Свет преодолевает расстояние Земля — альфа Центавра за 4,3 года. Отношение скоростей С/V покажет приблизительно, во сколько раз время полета нашего корабля будет больше, чем светового луча. Получаем время полета… боюсь испугать читателя… более 100 тысяч лет!

Вот к какому «но» привела наша попытка слетать к ближайшей звезде-соседке.

Нельзя ли существенно форсировать скорость наших ракет? Скорость корабля тем выше, чем больше скорость газов, выбрасываемых из сопла двигателя. Современные ракетные двигатели создают тягу за счет сгорания химического топлива. Расчеты показывают, что предельные скорости истечения газов здесь достаточно малы. Используя их, можно обеспечить полеты только в пределах солнечной системы. Выход за ее пределы требует новых двигателей.

В этом состоит очередное «но».

Достижение скорости, близкой к световой, требует создания реактивной тяги с потоком частиц, движущихся также со скоростью, соизмеримой со световой.

Идея такого двигателя уже обошла страницы многих журналов: это фотонный двигатель. На корабле создается установка, излучающая мощный поток световых частиц — фотонов. Под действием реактивной силы корабль получает стремительное движение в обратную сторону. Дьявольски просто! Но нужен бортовой источник электромагнитного излучения неслыханной мощности. Принципиально он может базироваться на использовании ядерных реакций, аннигиляции вещества и др. Но это огромная, пока не решенная проблема.

Кроме того, при достижении высоких скоростей коварную роль начинает играть так называемое число Циолковского. Это отношение начальной массы корабля (на старте) к конечной (на финише). Чем ближе скорость корабля к скорости света, тем больше должно быть это число.

Пусть корабль со скоростью V, близкой к С, летит по замкнутому маршруту Земля — туманность Андромеды — Земля. Если стартовая масса корабля, скажем, 6 миллионов тонн, то на финише он должен иметь массу лишь в 1 грамм!

Фантастичность таких чисел на современном уровне техники очевидна. Если лететь на фотонной ракете к ближайшей звезде — альфе Центавра и обратно, то здесь более обнадеживающая ситуация. Соотношение масс старта и финиша будет порядка сотен.

Далее, если заставить корабль набирать скорость очень быстро, то его земные пассажиры могут стать жертвой… собственного веса. Уже при ускорении в 20 м/сек2 (удвоенное земное ускорение) на бедного пассажира будет взвален рюкзак, приблизительно равный его весу. Заметно переступать эту черту при длительных полетах рискованно. Следовательно, набор скорости корабля и, конечно, ее сброс должны идти сравнительно медленно у любых кораблей, даже фотонных.

А можно ли, набрав в конце концов некоторую скорость, выключить двигатель для экономии горючего и лететь по инерции?

Конечно, можно. Но тогда вылезает другое «но»: плохое использование удивительной «машины времени Эйнштейна». В отличие от фантастического творения Уэллса, эта машина реальна. Хотя она пока подтверждена только измерениями в мире быстрых элементарных частиц, нет сомнения, что будущие полеты также докажут справедливость этой идеи. Принцип работы этого сжимателя времени прост: чем ближе скорость корабля к скорости света, тем медленнее течет время для его обитателей. Это и приводит к известному «парадоксу близнецов» или к ситуации, когда возвратившийся из дальних звездных странствий отец окажется значительно моложе своего сына.

Сжатие времени на корабле создает принципиальную возможность совершать в течение одной жизни полеты к очень далеким звездам. Но для этого потребуется длительная работа двигателя, разгоняющего корабль до скорости, близкой к скорости света. Значит, потребуется большой расход топлива, значит…

Еще целый ряд «но» связан с защитой галактического корабля от разрушения при столкновениях с частицами межзвездной среды. На субсветовых скоростях столкновения с мельчайшими частицами может вызвать грандиозную катастрофу.

Подведем итоги. Мы, читатель, являемся современниками первого этапа в освоении космоса. Человек создал технику, которая позволит ему в ближайший исторический отрезок освоить околосолнечное пространство. Для полета к другим звездам и поиска прямых контактов с обитателями иных миров необходима новая, неизмеримо более совершенная техника.

Но ты можешь возразить, сказав: «Ведь должны быть сверхцивилизации, которые достигли этой техники? Могут они прилететь к нам?»

Да, могут! Однако обилие «но», далеко не полностью нам сегодня известных, и наша затерянность в звездных россыпях делает вероятность этого события очень малой.

Таким образом, прямой контакт с обитателями иных цивилизаций, во всяком случае по нашей инициативе, отодвигается в далекое будущее. (У меня сохранилась переписка с Е. Д. Айсбергом по проблеме контакта. Его талантливые популярные книги «Радио? Это очень просто!», «Телевидение? Это очень просто!», «Цветное телевидение? Это почти просто!» переведены с французского на русский язык и пользуются успехом. Под давлением рассмотренных «но» он пришел к фатальной концепции: природа поставила баррикады на пути контактов, чтобы исключить войны между цивилизациями. Наивность такой трактовки не требует комментариев. По-видимому, ожидать выхода в свет следующей его книжки «Контакт? Это очень просто!» нет оснований.)

Роботконтакт

Этот вид контакта отличается от прямого тем, что в нем не участвуют живые существа.

Некая высокоразвитая цивилизация направляет в сторону подозреваемых в наличии разумной жизни участков неба звездолеты-роботы. Им задается точная программа. Например, прилететь в намеченную звездную систему, стать искусственным спутником звезды (или одной из планет) и начать передавать информацию из своего запоминающего устройства. Информация может постепенно нарастать по сложности, что поможет уловить ее логику. Робот сможет сообщить, чей он посол, передав, например, телевизионную картинку своего созвездия. Такой космический робот снимает ряд «но». Отпадет труднейшая проблема возвращения космонавтов на родную планету. Длительность полета может быть значительно больше срока жизни пославших существ. Допустимые ускорения могут быть значительно больше. Энергию робот может получать от звезды, в гости к которой он прилетел. Излучаемые им радиосигналы будут неизмеримо мощнее, чем излучаемые с планеты, его пославшей.

Все это делает несколько более вероятным появление таких роботов в просторах той или иной звезды, чем живых колумбов космоса. Надо следить за сигналами, приходящими на Землю извне. Может, такие роботы давно нам сигналят, но мы их не слышим. Мы слабо следим за небом.

Радиоконтакт

Как будет показано ниже, радиоволна и есть тот идеальный галактический корабль, который так нужен нам для контакта. Он движется со скоростью света. Не требует разгона и торможения. Не подвержен действию сил тяготения. Принципиальный его недостаток — он не может перевозить материальные тела. Единственный груз, который на него можно взвалить, — информация.

А разве этого мало? Любой накопленный опыт в освоении законов природы или в социальном устройстве общества можно передать с помощью информации.

В создании этого галактического радиокорабля имеются свои трудности. Но они неизмеримо меньше, чем при организации прямых контактов или контактов роботами.

Поэтому дальнейшие главы книги будут посвящены именно этому виду контактов.

 

 

Иного нет у нас пути…

Итак, мы хотим построить радиомост к другим цивилизациям. Первая глава утверждает, что нам есть к кому строить этот мост. Следовательно, необходимое условие — наличие хотя бы двух корреспондентов, — вероятно, выполняется. Теперь нам надо сделать второй шаг: оценить, можно ли это практически осуществить; можно ли заставить радиоволну преодолеть невероятно большие расстояния, пройти сквозь все виды помех и принести привет из одного мира в другой.

В этом и состоит проблема радиоконтакта.

Но прямо шагнуть к ней нам не удастся. Ее окружают джунгли, заросли и сплетения из разных колебаний и волн: быстрых и медленных, затухающих и нарастающих, волн радио и световых, плавных и пилообразных.

Попробуем, читатель, вместе продраться сквозь эти заросли, и пусть это будет разминкой перед атакой основного вопроса. По дороге я расскажу об избранных представителях этого мира колебаний, так как из этой не видимой глазом «растительности» и творит радиотехник свои чудеса, из них и придется возводить радиомост. Этот мост будет самым грандиозным творением и по масштабам и по тайнам, которое оно раскроет.

Воздвигнуть его можно, только ведя работы с двух сторон. Но сначала нам надо преодолеть зону джунглей. Более легкого пути к проблеме нет, как не нашел Птолемей I легкого царственного пути к познанию геометрии, минуя изучение основных ее теорем.

Крик новорожденного

Едва появившись на свет, еще не раскрыв свои глаза, малыш поднимает крик на всю округу. Ему жаль покинутого уютного местечка, а чудеса комфорта современного мира еще неизвестны.

Как появляется этот звук?

Вибрация эластичных голосовых связок вызывает колебания воздуха. Эти колебания излучаются ртом, распространяются в окружающей среде, и мы слышим крик малыша.

Раскрыв глаза, ребенок видит свет. Он воспринимает световые волны, поступающие от Солнца или лампочки. Так, не имея еще никаких понятий об окружающем мире, а тем более о колебаниях, ребенок рефлекторно излучает и принимает их.

Подрастая, этот молодой землянин будет сталкиваться все с новыми и новыми видами колебаний. Бросая камни в воду, он будет вызывать расходящиеся кругами волны. При этом далеко не всегда он будет следовать полезному совету Козьмы Пруткова: «Бросая в воду камешки, смотри на круги, ими образуемые; иначе такое бросание будет пустою забавою».

Раскачиваясь из стороны в сторону на макушке дерева (до чего здорово!), он совершает вместе с ним механические колебания.

Звонок об окончании урока временами ему будет казаться лучшей музыкой. Я до сих пор помню замирания сердца в ожидании этих спасительных звуковых колебаний в дни опросов. Часто выручало центральное положение буквы «П». Но зато трепетать приходилось и при опросе «сверху» (с буквы А), и при опросе «снизу».

С электромагнитными колебаниями, или радиоволнами, молодая человеческая поросль теперь часто знакомится раньше, чем с букварем. Это заслуга домашних полуроботов — радиоприемников и телевизоров (третьи лица — родители — из этого процесса обычно самоустраняются).

Наконец, каждый человек имеет свой генератор ритмичных колебаний — сердце. Тысячелетиями даже мгновенная остановка этого генератора означала обрыв нити жизни. Последнее время человек в ряде случаев научился внешним толчком в несколько тысяч вольт снова пускать его в ход. Сделано несколько замен хлюпающего аритмичного генератора более молодым. Идет разработка миниатюрного генератора для подмены природного сработавшегося. Фразы «у него нет сердца», «у него холодное сердце» в недалеком будущем, наверное, будут звучать иначе — «у него транзисторное сердце».

Примеры встречающихся в природе и технике колебаний легко приумножить до сотен и тысяч. Но мы не пойдем, читатель, по этой тропе, поросшей скукой. Она ведь тоже мочалит наш источник колебаний. Нет ли компаса для ориентировки в этих джунглях колебаний?

Есть! Присмотримся к любому колебательному движению, например к колебаниям ног идущего или бегущего человека. Посылается правая вперед, левая остается сзади. Затем выбрасывается левая вперед, правая остается сзади (за счет перемещения тела). Это и есть один цикл колебаний. Значит, ходьба и бег есть результат простого периодического раскачивания в противофазе двух маятников — ног, «закрепленных в одной точке». Чем больше циклов мы делаем в секунду, тем большее пространство преодолеваем. Вот это число совершаемых циклов или колебаний в секунду и есть универсальный компас в мире колебаний. Имя его — частота колебаний.

Медленно гуляющий человек совершает, скажем, один цикл (два шага) в секунду. Такую частоту приняли за единицу и назвали герцем. Ноги спринтера колеблются значительно быстрее, и их частота достигает 15–20 герц.

Часто важно знать время, за которое совершается один цикл колебаний. Разделив одну секунду на частоту колебаний, мы получим эту величину: ее называют периодом колебаний.

Как-то я пытался выяснить у студента, куда движутся электроны в батарейке карманного фонаря: от плюса к минусу или наоборот. За 40 секунд нашего спора он ухитрился изменить свое мнение на обратное четыре раза. Средний период его колебаний «не так уж велик»:

T  =  40 / 4  = 10 секунд.

Отсюда их частота F = 0,1 герца.

Всякое движение, в том числе и колебательное, происходит во времени. Наблюдая положение или состояние колеблющегося тела в разные моменты времени, можно легко выявить периодичность и форму колебаний. Особенно наглядна их графическая запись. Проходя как-то мимо стройки, я увидел, что на ленте транспортера происходит запись некоего колебания. Вопли сверху открыли секрет. Ситуацию можно было назвать: «НОТ в действии». Маляр, развлекая свою очаровательную помощницу, раскачивал ее в люльке, как на качелях. С забытой кисти стекала краска. Она-то и отмечала положение качелей в разные моменты времени. На ленте мы видим волнообразную кривую, имеющую красивое, звучное имя — синусоида (вполне подходящее имя для гибкой, стройной девушки, не так ли?).

Синус обычно ассоциируется в сознании с треугольником. Мы с ним сталкиваемся в том или ином виде на протяжении всей жизни. Он же выражает временную зависимость отклонения маятника (качелей) от среднего положения. Поэтому колебания такого типа, с характерным плавным переходом из одного крайнего состояния в другое, получили название синусоидальных. Маляр и не подозревал, что совершает со своей спутницей путешествие по синусоиде. Максимальное отклонение качелей от нулевого положения называется амплитудой.

Колебания могут происходить не только по синусоиде.

Два примера. Электронный луч телевизионной трубки при развертке изображения совершает пилообразные колебания, похожие по форме на очертания зубьев пилы. Гейзер Великан (Камчатка) выбрасывает струю горячей воды в течение 4 минут, затем следует длительная пауза — 2 часа 55 минут. Амплитуда, или высота струи над поверхностью земли, достигает 40 метров. Такой режим работы называется импульсным, а его колебания — импульсными.

Обратимся к вращательному движению. Здесь мы тоже наблюдаем циклические повторения. Есть ли это колебательное движение? Оказывается, сумма двух синусоидальных колебаний равной частоты, сдвинутых под углом в 90 градусов, образует круговое движение. Давайте подадим на вертикальные и горизонтальные пластины телевизионной трубки (или осциллографа) одно и то же синусоидальное колебание. Это заставит электронный луч колебаться, как на качелях, одновременно и в вертикальной и в горизонтальной плоскости. На экране мы увидим неожиданный результат — идеально выписанную окружность.

Период вращательного движения, естественно, равен времени одного оборота.

Мы уже познакомились с разверткой колебаний во времени или с его временным ходом. Имеется второй метод графического изображения колебаний. Он особенно удобен при изображении нескольких колебаний с разными частотами. При этом используется ось частот (а не ось времени, как в первом случае). На этой оси каждое колебание изображается вертикальной линией, высота которой пропорциональна амплитуде колебаний. Такое изображение получило название спектрального. Пусть две струны колеблются одновременно. Одна с частотой F1 = 200 герц, другая с частотой F2 = 500 герц. Амплитуда колебаний первой равна одному миллиметру, а второй — двум миллиметрам. Временной ход и спектр этих колебаний показан на приведенном здесь рисунке.

В природе и технике мы сталкиваемся с великим разнообразием колебаний. Поразительно то, что, меняя всего лишь один их параметр — частоту колебаний, мы меняем их свойства, их природу. Века потребовались человеку, чтобы распознать единую основу в морских волнах и солнечном свете, в звуках и радиоволнах.

Спектр изученных человеком колебаний очень широк.

Начинается он от очень медленных механических колебаний в доли герца и кончается невообразимо быстрыми рентгеновыми и гамма-лучами с частотой в миллионы миллиардов колебаний в секунду. А между ними сколько разных пород колебаний: звуковые, радиоволны, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи…

Таким образом, в наших колебательных джунглях скучать не будешь от однообразия видов.

Среди волн

Речь пойдет, конечно, не о восхитительной картине И. К. Айвазовского «Среди волн», почему-то недостаточно известной. Я как-то присел на минутку полюбоваться этим гигантским полотном, заполненным диким вихрем волн. Только волны. Кораблей нет. Людей нет. Берега нет. Только хаос возбужденной колебательной стихии. И не заметил, как провел у полотна два часа.

Что же такое волна?

Давайте выстроим шеренгу из старинных русских игрушек ванек-встанек. (Этот ванька обладает таинственной силой — нас так и тянет его валить и бесконечно наблюдать, как он бодро вскакивает.) Толкнем первого. Он начнет колебаться и передаст толчок второму, второй — третьему и т. д. Это простейшая модель преобразования колебаний источника в колебание, бегущее в пространстве. Такое распространяющееся в окружающей среде колебание образует волну. Почему она возникает?

Источник всегда окружен некоторой материальной средой. Возбуждающий элемент источника передает колебания непосредственно прилегающим к нему частицам среды. Они, в свою очередь, передают их своим соседям, более удаленным от источника, и т. д. Грубо говоря, генератор колебаний «раскачивает» окружающую среду, в ней возникают волны, распространяющиеся в этой среде. Частицы среды — лишь промежуточные ваньки-встаньки. Каждая из них колеблется, пользуясь модным словом, в своем микрорайоне. В этом легко убедиться. Ударьте пальцем по натянутой веревке. По ней побежит волна. Она передастся от элемента к элементу.

Меня много раз выручала эта волна в горах. Альпинистская веревка, часто называемая нитью жизни, имеет коварное свойство цепляться за все уступы, плохо лежащие камни и попадать в расщелины. Такое событие на трудной скальной стенке грозит печальными последствиями.

Но, пустив по веревке небольшую волну нужной амплитуды, удается освободить веревку и исключить опасность.

Следовательно, частицы среды не путешествуют вместе с волной. Ведь именно благодаря этому световые и радиоволны преодолевают силы тяготения без всяких усилий, без всяких ракетных двигателей. Это и создает предпосылки для радиоконтактов.

Из надписей на шкалах приемников познаются по крайней мере два факта:

— волны бывают разной длины (длинные, средние, короткие и ультракороткие);

— длина их обозначается таинственной буквой λ (лямбда).

Что же есть λ? Перенесемся мысленно на море. Плавая на морских волнах, вы чуть-чуть поссорились со своей подругой. Пребывание вместе на одном гребне волны стало принципиально невозможным. Ваша подруга переместилась на соседний гребень. Теперь расстояние между поссорившимися равно λ (при крупных ссорах дистанция в одну λ, вероятно, будет недостаточной). Итак λ — это расстояние, которое волна пробегает за время одного цикла или одного периода колебаний в среде, и называется длиной волны.

Подсчет λ прост: скорость распространения колебаний в данной среде надо умножить на время одного периода. По мере увеличения частоты длина волны, естественно, уменьшается.

Для радиоволн λ лежит в интервале от сотен метров до долей сантиметра. Световые волны пробегают за время одного периода всего лишь одну миллионную долю сантиметра. А для гамма-лучей это расстояние нужно еще уменьшить в миллион раз!

Радиоволны настолько вошли в наш быт, что стали почти домашними животными. А ведь было время, когда только один человек на Земле верил в возможности излучения и распространения радиоволн. Этот человек создал общую теорию взаимодействия электрических и магнитных нолей, выраженную им в строгой математической форме в виде уравнений.

Из уравнений следовал невероятный для того времени (1873 г.) вывод — можно создать радиоволны, которые будут распространяться на большие расстояния!

Более того, уравнения позволили предсказать скорость распространения этих существовавших только на бумаге и в воображении ученого волн. Она оказалась весьма близкой к уже известной скорости света. Наконец, эти же уравнения вскрывали тайну световых лучей. Из них следовала электромагнитная природа света.

Кто же этот первооткрыватель радиомира? Это английский ученый Джемс Клерк Максвелл.

Спустя 15 лет существование радиоволн было подтверждено опытами, проведенными выдающимся немецким физиком Генрихом Герцем. Но сам он, как ни странно, не верил в будущее радиоволн. И понадобился гений Александра Степановича Попова, чтобы использовать волны Максвелла для передачи информации. Это случилось еще 8 лет спустя после опытов Герца — в 1895 году.

Полученные столетие назад уравнения, носящие название уравнений Максвелла, еще и сегодня являются стандартным аппаратом для анализа электромагнитных явлений в любых заданных условиях. Лучшими стихами на памятнике Максвеллу были бы… эти уравнения.

Чем же определяется предельная дальность распространения колебаний в среде?

Теоретически всякое колебание, раз возникнув в среде, распространяется в ней беспредельно, точнее, «достигает бесконечно удаленных точек с бесконечно малой амплитудой». Но из опыта мы знаем, что для всякого колебания (звукового, светового, радио) имеется предельное расстояние, за которым обнаружить его не удается.

В чем же дело? Не шутит ли с нами теория?

Ответ на этот вопрос читатель найдет в следующей главе.

Щели в доспехах

Итак,

а) в природе наблюдаются колебательные движения с частотами очень широкого диапазона — от ничтожных долей периода до миллиардов миллиардов периодов в секунду. Свойства этих колебаний различны и определяются их частотой. Принципиальная особенность колебательных движений — способность распространяться в окружающей среде;

б) обитатели Земли («в упорном труде») изучили многие свойства этих колебаний, научились генерировать, излучать и принимать эти колебания в удаленных от источника точках.

Теперь уместно поставить два вопроса. Какие колебания способны уйти навсегда за пределы Земли и стать вестниками нашей цивилизации? Какие колебания могут прийти к нам из космоса и принести весть от обитателей иных миров?

Сразу нужно исключить из рассмотрения все неэлектромагнитные колебания (механические, звуковые, ультразвуковые), которые могут распространяться только в средах типа воздух, вода, металл и быстро в них затухают. Из электромагнитных колебаний также далеко не все могут быть использованы для межзвездной связи.

Наша планета совершает свой путь по холодному космическому пространству в могучих тройных доспехах.

Первая — самая тонкая — броня поднимается над поверхностью на 20 километров и именуется тропосферой. Вторая — в четыре раза толще — это стратосфера. И наконец, самая мощная броня, составляющая сотни километров, — ионосфера.

Только благодаря этим доспехам нам на голову не падают бесчисленные метеориты: они сгорают в атмосфере. Только благодаря этому панцирю на Земле есть люди, животные, деревья, розы… Это он поглощает сильное рентгеновское и ультрафиолетовое излучения, приходящие к нам из космоса, и защищает все живое.

Но в этих доспехах есть две щели. Через одну свободно проникают радиоволны, через другую свет. Эти два «окна» и соединяют нас со вселенной. Через световое окно поступает солнечный свет и свет звезд. Этим окном пользуются астрономы. Их инструменты — глаз, бинокль, телескоп, фотоаппарат и др.

Через радиоокно к нам поступает невидимое глазом излучение небесных тел. Благодаря ему и возникла радиоастрономия. Инструменты здесь — радиотелескопы, радиоприемники, осциллографы и т. д.

Радиоастрономия — молодая ветка на древнем дереве астрономии. Правда, на нем в последнее время появились и совсем молодые побеги — рентгеновский, ультрафиолетовый, инфракрасный, нейтринный.

Эти направления связаны с выносом приборов для наблюдения за пределы трех панцирных оболочек Земли. Поэтому не будем растекаться мыслью по этому древу, а вернемся к нашим щелям.

В радиоокно проникают колебания далеко не всего радиодиапазона. Длинные волны, порядка одной-десяти тысяч метров (λ = 10 000–1000 метров), распространяются вдоль земной поверхности и хорошо ее огибают. Но в космос они не могут пробиться. Кроме того, они сильно поглощаются земной поверхностью и быстро затухают. Для связи с небесными телами такие радиоволны явно не подходят.

Средние (λ = 1000–100 метров) и короткие (λ = 100–10 метров) волны в большинстве случаев не могут преодолеть третий панцирь — ионосферу. Под действием поступающих извне ультрафиолетовых лучей происходит ионизация верхних слоев атмосферы. Суть этого процесса состоит в отрыве одного или нескольких электронов от атомов газа. Потеряв электроны, атомы превращаются в положительно заряженные ионы. Степень ионизации измеряют числом свободных, то есть оторванных от атомов, электронов. Их число в одном кубическом сантиметре ионосферы доходит до миллиона! Эта столь многочисленная воинственная армия хаотически движущихся свободных электронов создает непреодолимую электрическую броню. Она отталкивает волны этого диапазона обратно на Землю.

Однако против волн порядка 10 метров и короче эта грозная броня оказывается бессильной. Они свободно ее пронзают и покидают Землю. В чем тут секрет? Его можно раскрыть, наблюдая массовый танец электронов в ионосфере при вторжении волны. Да, да — именно танец. Пока длина волны больше 10 метров, эти воинственные танцоры успевают плясать ритмично с гармонически извивающейся приходящей волной. Каждый танцор имеет заряд. Ритмичное движение этих зарядов создает в ионосфере свое электромагнитное поле; его называют противополем. Взаимодействие приходящего поля и противополя приводит к отражению радиоволн. При более высоких частотах, или волнах менее 10 метров, ритм танца становится для исполнителей бешеным: ведь это десятки миллионов па в секунду! Даже электроны оказываются для этого слишком неуклюжими. Они задыхаются и прекращают танец. Противополе исчезает. Волны свободно уходят в космос. Однако и для таких ультракоротких волн природа воздвигла серьезный барьер. Оказалось, что верхнюю границу этим волнам создает неожиданно нижний слой брони — тропосфера. При длине волны порядка одного сантиметра тропосфера сильно поглощает радиоволны, и они уже не достигают ионосферы. При этом основным поглотителем являются капли влаги, водяные пары, снежинки и т. п.

Следовательно, земляне имеют значительное радиоокно в космос. Грубо говоря, его протяженность от 10 метров до десятых долей сантиметра.

Заметим, что световое окно имеет меньшую ширину. Оно пропускает световые волны длиной от 0,4 до 0,75 микрона.

Выбор наиболее выгодных волн в радиоокне для межзвездной связи мы рассмотрим ниже. Отметим только тот факт, что радиоокно, как и световое, одинаково хорошо прозрачно в обе стороны. Так же, как днем окно пропускает в комнату лучи Солнца «извне», так ночью яркий свет электрической лампочки в комнате льет свет через окно «вовне». Поэтому все электромагнитные колебания, которые проходят к нам через броню, могут быть использованы нами и для подачи сигналов в космос.

Обратимся ко второй щели — световой. Через это световое окно уже миллиарды лет льется на Землю даровая энергия Солнца. Она и в каменном угле и нефти, она в сирени и ландыше; она в птахе и в человеке.

Этот поток настолько могуч, что глазом уловить днем слабые световые потоки других светил невозможно. Правда, был один период в истории Земли, когда ее обитатели могли любоваться и Солнцем и вновь вспыхнувшей звездой одновременно. Он отмечен в древних летописях (см. ниже).

Но вот окончен трудовой день могучего светила. Лучи его гаснут, и зажигается несметное число других далеких солнц на небе.

С незапамятных времен и до наших дней световое окно работало в режиме «извне». В прошлом веке были, правда, проекты подать световые сигналы возможным обитателям Луны и Марса. Так, великий математик Гаусс предложил вырубить в сибирской тайге гигантский треугольник и засеять его пшеницей. Венский астроном Литтров предлагал прорыть в Сахаре огромные каналы, изображающие собой геометрические фигуры длиной в десятки километров. Каналы эти заполнить водой, а ночью наливать поверх воды керосин и поджигать его. Во Франции предложили соорудить гигантское зеркало и пускать им солнечные «зайчики» в сторону Марса. Лучших решений в ту пору и не могло быть.

Сегодня у нас есть возможность направить мощный импульс света в окно и начать работу в режиме «вовне». Земляне изобрели свое управляемое солнце.

Его краткая биография дана в следующем разделе.

Лавина электронов

Имя этого солнца — лазер (по первым буквам полного английского названия: «Lightamplification by stimulated emission of radiation» — «Усиление света путем вынужденного излучения»).

Лазер — это генератор света, генератор световых электромагнитных колебаний. Но что же в нем особенного и чем его свет отличается от луча прожектора?

Для уяснения сущности лазера придется вспомнить, что такое свет, как он возникает и как человек создал свое земное солнце.

Даже для схематичного ответа на эти вопросы мы вынуждены обратиться к модели атома. Электроны, вращаясь вокруг ядра, могут находиться только на орбитах, расстояние которых от ядра строго фиксировано. Переход их с одной орбиты на другую всегда связан со скачком в пространстве. Величины этих скачков различны у различных атомов. Чем на более далекой от ядра орбите вращается электрон, тем большей энергией он обладает. Каждой орбите соответствует, таким образом, определенный энергетический уровень электрона.

Под действием внешних сил, например при столкновении с другими атомами, электрон может переходить с одного уровня на другой. Но при этом не должен нарушаться закон сохранения энергии, справедливый и для микромира. При переходе на более высокий энергетический уровень электрон должен получить энергию, равную разности энергий этих уровней. При переходе на более близкий к ядру уровень электрон должен отдать энергию, опять-таки равную разности энергий этих уровней.

Электрон, как и все материальные тела, стремится занять положение с минимальным энергетическим потенциалом, то есть перейти на орбиты, близкие к ядру подобно тому как брошенный вверх камень падает вниз или вода стекает в более низкое место.

Внимание, читатель! Мы подходим к тайнику, который с большим трудом удалось открыть блестящим мыслителям Земли — Планку, Эйнштейну и Бору: отдавать свою энергию электрон, «прыгающий» на более близкую к ядру орбиту, может только в виде излучаемых им электромагнитных колебаний. Как просто! Частота этих колебаний или длина волны излучаемых волн зависит только от разницы этих уровней и не зависит от структуры атома.

При большой разнице этих уровней излучаются энергоемкие рентгеновы лучи. При меньшей — излучаются световые волны. И наконец, при малой разнице уровней — радиоволны.

Любой источник света: Солнце, звезды, молния, электрическая лампочка, светлячок — содержит атомы с электронами, поднятыми на верхние энергетические уровни. Они излучают свет при переходе их на нижние. У атомов много возможных (или разрешенных) энергетических уровней. Поэтому, «прыгая» с разных уровней на один и тот же нижний, электроны будут испускать световые лучи разной частоты или разного цвета. Эти цвета сливаются и дают то, что воспринимает наш глаз: солнечный свет, или обычный белый свет. Он, следовательно, есть смесь цветов от темно-красного до фиолетового (отсюда и название «белый шум» в радиотехнике: хаотическая смесь колебаний всех частот). Если часть этих составляющих отсутствует, то свечение приобретает ту или иную окраску. Этот же принцип получения света, за счет «прыгающих» вниз (конечно, в энергетическом смысле) электронов, лежит в основе лазера, но с существенной модификацией.

В лазере электроны «прыгают» не с разных энергетических уровней на разные более низкие энергетические уровни, а все с одного верхнего на один и тот же более низкий. Но это еще не все. Этот коллективный прыжок совершается строго одновременно, или синхронно. Проносится мгновенная лавина электронов.

Поэтому элементарные синусоиды, излучаемые каждым прыгуном, точно повторяют друг друга во времени. Такие колебания называются синхронными, или совпадающими по фазе, а также когерентными.

Мне кажется, что сейчас самое время ввести понятие фазы. Нужно оно для измерения сдвига во времени между двумя (или несколькими) колебаниями равной частоты. Обычно период колебаний разбивают на 360 градусов, и сдвиг между колебаниями φ измеряется в градусах. Как мы видели, ноги идущего человека «колеблются» в противофазе, то есть имеют сдвиг на 180 градусов, или на полпериода.

В нашем примере с одновременно прыгающими электронами с одной орбиты на другую сдвиг их фаз равен нулю (φ = 0). Поэтому имеет место простое суммирование колебаний, излучаемых отдельными электронами. Это позволяет получить от лазера очень мощный световой импульс. Так как все электроны прыгают с одной и той же энергетической ступеньки, то излучаются колебания одной и той же частоты. Поэтому лазер дает не белый свет, а одноцветный; в зависимости от величины ступеньки он будет либо красный, либо зеленый и т. д.

Неотъемлемой частью лазера является так называемая активная среда, в которой тем или иным способом создается состояние, когда число электронов на верхних уровнях больше, чем на нижних. Такой средой может быть твердое вещество, жидкость или газ. Для одновременного, а не случайного (спонтанного), как при получении белого света, перехода электронов нужна внешняя синхронизирующая сила. Ею может быть, например, свет с длиной волны, соответствующей разности энергий уровней перехода. Освещая активную среду, луч заставит электроны синхронно прыгнуть на нижний уровень. При этом они будут излучать свет той же длины волны. Но этот световой поток может быть существенно более мощный.

Описанный эффект есть не что иное, как усиление света. Если же к такому усилителю добавить как бы обратную связь, то есть часть усиленной волны использовать для управления «активной средой», то получим генератор световых колебаний. Он и получил название «лазер».

Да не обвинит меня строгий читатель в попытке гальванизировать мумию вечного двигателя.

В самом деле, излучаемый световой поток частично возвращается в генератор и обеспечивает следующий цикл излучения и т. д. и т. д. Ошибка в этих рассуждениях в том, что не учитывается затрата энергии на непрерывную подготовку активной среды. За счет этой внешней энергии, часто называемой энергией подкачки, и работает лазер.

С точки зрения наших задач лазер обладает тремя ценными свойствами.

Это, во-первых, возможность получения светового потока большей мощности по сравнению с любыми другими земными источниками света.

Во-вторых, высокая направленность излучения. Так, пучок лазера, направленный на Луну, осветит область, диаметр которой не более 40 километров.

В-третьих, гигантская несущая частота светового луча позволяет одновременно передавать с его помощью невиданный поток информации. Этот поток может быть в миллионы раз больше, чем в радиоканалах. Последнее очень существенно для нашей задачи (см. ниже).

В настоящее время лазеры генерируют колебания в диапазоне волн от 300 до 0,3 микрона, а излучаемая мощность достигает в непрерывном режиме десятков ватт, в импульсном — многих миллионов ватт.

Уже эти мощности позволяют выходить в космос через световое окно и освещать наших ближайших космических соседей. На Земле уже принят луч лазера, посланный к Луне и отраженный от нее.

Но ведь искусственное солнце только делает первые шаги.

В будущем это, по-видимому, грозный конкурент радиоволнам для межзвездной связи.

Мы установили, что две щели в доспехах Земли пропускают в обе стороны свет и радиоволны. Использованием этих окон в режиме «вовне» мы займемся в следующей главе. Здесь же нас интересует режим «извне», то, что поступает к нам в световое окно и известно всякому зрячему обитателю Земли. А что шлют нам звезды в радиоокно?

Две вселенные в одной

Тысячелетиями световое окно было для землян единственной щелью в окружающие бездны космоса.

Тысячелетиями астрономы несли непрерывную вахту у этого окна.

И вдруг революция! Открыта вторая щель — радиоокно. Через него люди увидели новую потрясающую картину. Имя ей — радиовселенная.

Первые радиовестники из космоса были приняты американским инженером Янским. Он изучал помехи земным радиолиниям на волне 15 метров и наткнулся на новое явление. В его первой публикации (1932 г.) мы читаем: «Полученные данные… указывают на присутствие трех отдельных групп шумов: группа 1 — шумы от местных гроз; группа 2 — шумы от дальних гроз; группа 3 постоянный шум неизвестного происхождения.

Направление третьей группы шумов постепенно изменяется в течение дня, делая почти полный оборот за 24 часа. Есть указания, что источник этих шумов каким-то образом связан с Солнцем».

Впоследствии оказалось, что в данном случае Янский напрасно подозревал наше светило. Источник оказался в миллионы раз дальше. Помехи исходили из центра Млечного Пути, который сильнее проявляет себя на радиочастотах, чем в оптическом участке.

Работа Янского осталась почти незамеченной. Во всем мире нашелся только один последователь — американский радиоинженер Рибер. Он собственными силами построил у своего дома первую параболическую антенну и провел серию наблюдений. Им, в частности, было открыто радиоизлучение Солнца (1940 г.).

Исследования Рибера привлекли внимание астрономов. Однако начавшаяся вторая мировая война приостановила эти работы.

Любопытный факт был обнаружен в Англии 26–28 февраля 1942 года. Работа радиолокатора дальнего обнаружения была нарушена действием очень сильных помех. Вначале считали, что эти помехи создает противник. Но более глубокий анализ показал, что они результат гигантской солнечной вспышки, которая была зарегистрирована оптически 28 февраля 1942 года.

Развитие радиоастрономии началось после войны. За эти годы получено много поразительных результатов. Было установлено, что источниками радиоизлучения являются различные космические объекты — Солнце, звезды, многие туманности, отдельные области Галактики, межзвездное вещество, Луна и т. д.

Различают два вида радиоизлучения — тепловое и нетепловое. Первое, связанное с тепловым движением заряженных частиц вещества, увеличивается с повышением температуры излучателя. Всякое тело на Земле и в космосе является источником теплового излучения. Оно имеет широкий спектр частот. Интенсивность излучения его в разных участках спектра различна, а величина хаотически меняется во времени и очень напоминает тепловые шумы радиоприемника.

Но каждое нагретое тело излучает не только радиоволны, но и свет и тепло. В зависимости от температуры доля этих трех излучений меняется. Высокая температура — тело излучает много света и тепла, радиоволн же очень мало. Слабо нагретые предметы, например человеческое тело, излучают в основном тепло (инфракрасный участок спектра).

При нетепловом излучении радиоволн действуют другие силы. Это могут быть гигантские электрические разряды, ускоренное и замедленное движение частиц за счет влияния магнитных полей, синхротронное излучение быстрых электронов в магнитном поле и т. д. Распределение энергии по спектру при нетепловом излучении существенно отличается от теплового: она может быть максимальной в радиодиапазоне и почти не наблюдаться в оптическом.

Какие же плоды сняты с радиоастрономической ветви уже сегодня?

Во-первых, радиометодами получена (пока, правда, не полная) картина радиовселенной. Она не только дополняет оптическую, но и имеет самостоятельную ценность. Здесь обнаружены объекты, которые оптически вообще невидимы.

Во-вторых, радиоволны в ряде случаев испытывают меньшее поглощение в космической среде, чем оптические. Например, скопления межзвездной пыли прозрачны для радиоволн и непрозрачны для световых. Следовательно, радиоастрономия как бы раздвинула пределы доступной нам вселенной.

Что мы обнаруживаем в картине радиовселенной?

Первое — это радиошумы так называемого космического фона (непрерывно распределенные по всему небу, они наблюдаются в метровом и дециметровом диапазонах). Величина этого фона меняется с изменением частоты наблюдения и участков наблюдаемого неба. Выдвинуты гипотезы, объясняющие происхождение этого излучения. Одна из компонент фона приписывается туманностям, связанным с горячими звездами. Другая компонента, равномерно распределенная по небу, по-видимому, связана с излучением так называемых релятивистских, или очень быстро движущихся в магнитном поле Галактики электронов.

На непрерывном фоне космического шума выделяются отдельные, так называемые дискретные (по пространству), источники шума. Таких источников обнаружено на небе около десяти тысяч. Из них изучена только небольшая часть.

В солнечной системе самое мощное излучение естественно принадлежит нашей звезде. Их два вида: тепловое радиоизлучение спокойного Солнца и мощные излучения возбужденного Солнца. Обнаружены также радиоизлучения Меркурия, Венеры, Марса, Сатурна и Юпитера.

Самым мощным дискретным источником радиоизлучения за пределами солнечной системы является источник в созвездии Кассиопеи. Он обозначается Кассиопея-А. Излучение его почти такой же интенсивности, как у «спокойного Солнца». Читатель, не будьте равнодушны к этому равенству! Вдумайтесь в этот факт! Ведь источник отстоит от Земли в сотни миллионов раз дальше, чем Солнце. Свет от Солнца бежит к нам приблизительно 8 минут, а от Кассиопеи-А — 10 тысяч лет! И, несмотря на это, наши приборы регистрируют примерно одинаковую их интенсивность. А она падает обратно пропорционально квадрату расстояния (см. следующую главу).

Всего в два раза уступает Кассиопее-А по величине излучения радиоисточник в созвездии Лебедя. Значит, если бы наше зрение реагировало не на свет, а на радиоволны (ведь у них единая природа — электромагнитная), то мы могли бы любоваться одновременно тремя солнцами почти равной яркости.

Третий по яркости радиоисточннк — Телец-А в созвездии Крабовидной туманности. Эта молодая туманность имеет захватывающую, почти детективную историю.

В 1054 году вспыхнула поразительно яркая звезда, которая была видна даже днем. Звезда светила около полугода и затем угасла. Этот факт и примерное положение ее на небе были занесены в китайские и японские летописи. Указанное положение этой вспышки совпадает с наблюдаемой в настоящее время Крабовидной туманностью. Наблюдения установили, что Крабовидная туманность расширяется во все стороны с колоссальной скоростью — более 1000 километров в секунду. Зная скорость, легко подсчитать, что эта туманность начала свое расширение около 900 лет тому назад. (Удивительно совпадает с записями в летописях, не правда ли!) Отсюда следует вероятная гипотеза, что Крабовидная туманность есть результат грандиозной катастрофы, имевшей место 900 + 5000 лет тому назад. «Скромная» добавка в 5000 лет связана с временем распространения световой вспышки по трассе Крабовидная туманность — Земля. Такие сверхмощные взрывы получили название вспышек сверхновых звезд (вспышки значительно меньшей силы называют вспышками просто новых звезд).

В нашей звездной системе — Галактике это очень редкие явления. Так, за последнюю тысячу лет наблюдались три такие вспышки: в 1054, в 1572 и в 1604 годах. Как и вспышка 1054 года, две последующие также образовали сильные источники радиоизлучения.

Такого типа радиоисточники, являющиеся следствием взрыва сверхновых звезд, советский астрофизик И. С. Шкловский, автор ряда блестящих исследований, назвал радиотуманностями. (Заметим, что термин «радиотуманность» вдвойне удачен: хорошо отражает природу разбегающихся остатков сверхновых и одновременно напоминает о далеко не ясных еще процессах их сверхмощного радиоизлучения.)

Далее, обнаружено излучение за пределами нашей звездной системы в галактиках Андромеды, Магеллановых Облаков и других. У них обычно наблюдается излучение короны. Обнаружены, кроме того, так называемые «радиогалактики», то есть системы, радиоизлучение которых намного превышает радиоизлучение обычных «нормальных» галактик. Наша Галактика и в этом смысле рядовая и относится к нормальным.

Перечисленные выше источники излучают радиоволны в широком непрерывном спектре частот. Поразительным результатом радиоастрономии было открытие узких линий радиоизлучения Галактики. Одним из источников такого излучения является водород, самый распространенный во вселенной элемент. Мы уже разбирали явление излучения электрона при переходе его на орбиту с более низким энергетическим уровнем. Аналогичное явление имеет место и в возбужденном атоме водорода. Электрон под действием внешних причин «прыгает» на более низкую энергетическую ступеньку и излучает при этом электромагнитное колебание на волне длиной в 21 сантиметр. Излучение этого электрона ничтожно. Однако одновременно их «прыгает» так много, что суммарное их излучение уверенно принимается земными радиотелескопами. Открытие это дало новое оружие для исследования вселенной. Более того, так как водород буквально вездесущ во вселенной, то каждая высокоразвитая цивилизация должна знать эту истину, должна владеть этим единым для всех миров стандартом частоты. Так возникла мысль, что именно на этой волне и надо искать разумные сигналы. Но к этому вопросу мы вернемся, заметим лишь, что первая установка для поиска разумных сигналов на нашей планете работала именно на волне в 21 сантиметр. Позже были открыты линии радиоизлучения и на других волнах: 18 сантиметров, 5 и др.

Последние годы ознаменовались открытием новых загадочных объектов радиовселенной — квазизвездных радиоисточников. Им дали сокращенное имя — квазары. Как источники радиоизлучений, они очень мощны, хотя оптически тождественны весьма слабым объектам звездообразного типа. Квазары находятся где-то у сегодняшних границ наблюдаемой нами части вселенной и, следовательно, очень быстро удаляются. Так, квазар ЗС-9 удален от нас на 10 миллиардов световых лет (!) и удаляется со скоростью 240 000 километров в секунду. (Как видите, эта скорость составляет 0,8 скорости света!) Приходящий от него свет покинул источник, когда солнечная система вообще не существовала. По одной из гипотез квазар — это необычайно гигантская сверхзвезда, ядро возникающей новой галактики. Ее диаметр в несколько раз превосходит диаметр орбиты Земли, а масса составляет миллионы масс Солнца! (Известные до сих пор звезды по диаметру и массе превосходили Солнце не более чем в сотни раз.) Природа квазаров еще не разгадана. Но уже сегодня их наблюдение позволило заглянуть в еще более «далекое прошлое» вселенной. Есть ли это предельная дальность проникновения людей в прошлое нашего мира на сегодня?

Отнюдь нет! Радиоастрономическими методами обнаружено так называемое реликтовое тепловое космическое излучение. Мы знаем реликтовые живые организмы — растения и животных, — сохранившиеся почти без изменений со времен далеких геологических эпох до наших дней. Например, знаменитый комодский дракон, или варан, гигант из семейства ящериц, был обнаружен на острове Комодо, расположенном к востоку от острова Ява. Длина его 3,5 метра и вес около 100 килограммов.

Но что значит реликтовое электромагнитное колебание? Почему оно есть реликт далеких эпох вселенной? Вспомним модель вселенной, о которой говорилось в первой главе. Мы сейчас живем, правда совершенно не ощущая это в повседневной жизни, в эпоху расширения, или разбегания, вселенной. А ему предшествовала, по-видимому, эпоха сжатия, при которой вещество имело невообразимо высокую плотность и температуру. Это состояние мира получило название «горячая вселенная».

В таком состоянии вещество дает вполне определенное радиоизлучение на различных частотах. И вот такого типа излучение и было обнаружено в 1965 году. Возникло оно много миллиардов лет назад, задолго до образования галактик и квазаров, и распространяется в космических просторах до сих пор. Этот факт усилил позиции гипотезы о том, что расширению мира предшествовало сжатие. Вот такие потрясающие сведения исторического прошлого уже открылись нам через радиоокно.

Наконец, последний год принес новый триумф радиоастрономии: открыт новый вид излучения. Событие это настолько взбудоражило обитателей нашей планеты, что было бы несправедливо не посвятить ему отдельный параграф.

Сенсация-68

Десятки лет радиотелескопы, принимавшие излучение небесных тел, давали на выходе только непрерывные изрезанные кривые. Они очень напоминали запись тепловых шумов приемника. Какой из этого делался вывод?

Небесные тела непрерывно излучают электромагнитные колебания. Их интенсивность под действием ряда факторов меняется по сложному закону.

И вдруг невероятное событие — записаны четкие периодические импульсы! Найдено небесное тело, которое «работает» в совершенно новом, импульсном режиме. Источник некоторое время излучает энергию, затем перестает излучать и молчит дольше, чем излучал. Затем снова излучает, снова отдыхает и т. д.

Весть об этом с быстротой молнии облетела весь мир. Радиоастрономы всех стран бросились к своим установкам для проверки сенсации. Ожесточенные дискуссии, почти переходящие в рукопашные схватки, о возможной природе пульсаров — такое им нарекли имя — стали основной формой сосуществования ученых мужей многих направлений. И это несмотря на то, что английский профессор Г. Хьюиш и его юная аспирантка Жаклин Белл, открывшие эти импульсы, в течение полугода хранили в глубокой тайне эти результаты, тщательно выверяя их достоверность.

Открытие было сделано в обсерватории Кембриджского университета летом 1967 года с помощью сложной антенны, содержащей 2048 диполей (диполь — это элементарная антенна типа простейшей телевизионной). Антенна была настроена на волну 3,5 метра. Размер каждого диполя равен этой же величине.

Первая публикация об этом открытии была сделана в английском журнале «Природа» лишь в феврале 1968 года.

Вначале был открыт только один такой импульсный источник. Первая мысль, которая захватила и лишила сна открывателей: «Это сигналы разумных существ!» Они даже дали им условное имя — «зеленые человечки».

Однако смысловых элементов в сигналах не обнаруживалось, налицо были просто периодические импульсы. Но можно было считать, что это сигналы, например, космического маяка на некоем небесном теле (предположение о том, что источником импульсов является космический корабль или искусственный спутник, отпало, так как координаты излучателя не менялись).

Вскоре были открыты еще несколько подобных источников. И как ни грустно это писать, на смену гипотезе о разумном происхождении сигналов пришли более реальные гипотезы о возникновении их естественным путем.

Типичная запись импульсов пульсара дана на приведенном рисунке. Она сделана на радиоастрономической станции ФИАН СССР в районе Серпухова и относится к пульсару СР 1919. Импульсы периодически повторяются, но их амплитуда не остается постоянной.

Самой удивительной особенностью пульсаров является очень высокая стабильность периода повторения импульсов.

Экспериментально получены следующие величины периодов для четырех пульсаров.

Из этих данных следует, что стабильность периода повторения импульсов соизмерима со стабильностью вращения Земли вокруг Солнца, то есть со стабильностью нашего солнечного времени.

Импульсы, генерируемые пульсаром, имеют широкий спектр частот. Чем дальше отстоят частоты в этом спектре, тем больше различие в скорости их распространения в межзвездной среде. При этом низкие частоты запаздывают по отношению к высоким. Измерения дали величину этого запаздывания: оно порядка нескольких секунд. Используя эти данные и зная среднюю плотность электронов в межзвездной среде, можно определить расстояние до пульсаров. Расчеты показали, что эти удивительные источники разбросаны в нашей Галактике. Их расстояния от Солнца лежат в пределах от нескольких сот до тысячи световых лет (по первым предварительным оценкам). Много это или мало? Смотря для кого. Меня всегда поражали астрономы своим удивительным умением забыть начисто наши мизерные земные масштабы и мыслить категориями вселенной. Они могут непринужденно шагать и тащить с собой упирающегося собеседника от галактики к галактике и привести его на самую окраину Метагалактики (если эта окраина принципиально существует).

Переходя оживленную улицу в разгар таких бесед, я сначала опасался за моих спутников-астрономов. Но потом понял, что эти увлеченные люди, переводя свой мозг на масштабы вселенной, земной масштаб поручили некой своей вспомогательной сфере. И она вполне успешно справляется с земными делами. Так вот, для этих людей расстояние до пульсаров в сотни световых лет выглядит сущей мелочью. Они считают, что пульсары находятся почти рядом с нашей солнечной системой.

Вместе с тем ведь принимаемый в наше время импульс от пульсара, например, СР 0834 (расстояние до него оценивается в 360 световых лет) покинул свой источник, когда земляне не ведали ни электротехники, ни радиотехники, ни тем более радиоастрономии. Пока импульс преодолевал расстояние «всего лишь в 360 световых лет», неутомимо создавая колебания в межзвездной среде, обитатели нашей планеты очень многому научились.

Излучение импульсов пульсарами происходит с перерывами. Так, источник СР 1919 на волне 3,5 метра излучает импульсы приблизительно в течение одной минуты, затем следует трехминутная пауза и т. д. На других волнах наблюдается другой характер периодичности.

Делаются попытки отождествить пульсары с видимыми оптически объектами. Так, пульсар в Крабовидной туманности надежно отождествлен с оптически видимой звездой. Измерениями установлено: в такт с излучаемыми радиоимпульсами меняется и его световое излучение. Звезда периодически мигает!

Перед наукой встала одна из увлекательных задач — дать объяснение открытому явлению. До сих пор ни в оптическом диапазоне, ни в каких-либо других диапазонах астрономы не наблюдали такого импульсного излучения. Следовательно, на обнаруженных телах имеет место некий новый загадочный процесс излучения. На небе открыты сфинксы, к которым прикованы взоры ученых многих стран.

Появилось несколько гипотез, пытающихся дать объяснение явлению.

Согласно одной из них пульсар — угасающая звезда типа белого карлика, в которой происходят упругие радиальные колебания. Они воздействуют на окружающую карлика плазму и возбуждают в ней мощные импульсные сигналы. В этой модели высокая стабильность периода повторения импульсов хорошо объясняется большой массой колеблющегося тела. Но гипотеза эта быстро отпала.

Согласно другой теории излучение (непрерывное) происходит с некоторой области небесного тела, а наблюдаемая периодичность импульсов есть результат вращения этого тела.

Такими телами могут, например, быть так называемые нейтронные звезды с плотностью вещества много выше, чем у белых карликов. Радиус нейтронных звезд может составлять несколько километров. На позициях этой модели хорошо объясняются предвестники импульсов, которые наблюдаются у всех пульсаров.

Грубая схема объяснения такая. В окружающую плазму выбрасывается некий материал, который вызывает в ней колебания. При обратном падении этого материала в плазму он снова вызывает возбуждение, но более слабое. Таким образом и создается предвестник для последующего импульса. Заметим в скобках, что существование нейтронных звезд пока обосновано только теоретически. Малые размеры звезды позволяют ей иметь период вращения, равный периоду повторения импульсов пульсара. Белый карлик из-за существенно больших размеров не может принципиально иметь столь малый период вращения.

Математических теорий этих моделей пока не создано.

Сфинксы ждут своих Эдипов!

Память мира

Мы установили, что радиоокно сверху донизу заполнено излучениями самого различного вида. Это буквально лаборатория, в которой можно изучать многообразие колебаний и волн. Их источники хаотически разбросаны во всей познанной человеком части вселенной. Вся сумма излучений содержит богатейшую информацию о ее строении, о процессах, происходящих сейчас, и процессах, которые произошли в давно прошедшие времена.

Наблюдаемая как в световое окно, так и в радиоокно картина мира отнюдь не есть мгновенный снимок вселенной, отнесенный к фиксированному моменту времени. Этот момент времени только фиксирует момент нашего наблюдения на планете Земля. А мы наблюдаем уже пройденный путь мира, и чем дальше расположен объект от земного наблюдателя, тем в более древнюю историю мы заглядываем. Это напоминает глубокое почвенное сочетание, в котором удается одновременно наблюдать слои (часто с остатками животного и растительного мира) разных геологических эпох. Чем глубже лежит слой, тем более древнюю геологическую эпоху Земли он хранит.

Излучение от ближайшей звезды — альфы Центавра бежит к нам 4 года и 3 месяца. Путь от удаленных звезд нашей звездной системы — Галактики составляет около 100 тысяч световых лет. О событиях на одной из ближайших к нам галактик — туманности Андромеды мы узнаем спустя 1800 тысяч лет. Наконец, от наиболее удаленных от нас объектов — квазаров, обнаруженных на сегодня, радиоволна финиширует у нас приблизительно через 10 миллиардов лет после старта. Таким образом, невообразимо гигантские просторы вселенной, заполненные межзвездным газом, в котором бегут электромагнитные колебания, являются запоминающим устройством с колоссальным временем запоминания. Это память Природы, которая хранит поступающие от редко разбросанных в ней объектов световые и радиоколебания. Время этого хранения прямо пропорционально расстояниям.

В земных экспериментах мы тоже иногда прибегаем к запоминанию или задержке сигналов с помощью расстояний. Для этого используются радиоканалы или проводные каналы связи. Получаемые здесь времена задержки ничтожны — малые доли секунды.

Небесная память имеет более богатый ассортимент: от величины порядка одной секунды (ближайшее небесное тело Луна) до 10 миллиардов лет.

Для нашей проблемы — установление радиоконтакта с иными цивилизациями — наличие этих электромагнитных исторических «сечений» вселенной имеет существенное значение.

Как мы уже отмечали, установление контакта требует перекрытия во времени цивилизаций. Существование же цивилизаций ограничено целым рядом факторов. Поэтому сигналы исчезнувшей до нашего времени цивилизации, казалось бы, полностью потеряны. Но ведь вселенная располагает колоссальными запоминающими устройствами! Если та или иная цивилизация, достигнув высокого развития, искала себе подобных с помощью радиоволн, то даже после ее исчезновения сигналы могут еще находиться в пути. Они могут еще двигаться, как говорят, «в трубах».

Следовательно, есть принципиальная возможность переписать их с небесной памяти на земную (магнитную ленту, фотопленку) и расшифровать. Тут могут быть не только позывные, тут могут быть мысли и опыт пославших их «зеленых человечков».

 

 

Оптимист против пессимиста

(Начало спора)

Пессимист (П). Это верно, что ты формируешь группу астрономов, физиков, математиков для поиска радиоконтакта с внеземными цивилизациями?

Оптимист (О). Да.

П. Меня магнитом тянет к вам, но одолели сомнения. Не загубить бы безрезультатно «все лучшие годы». Что вы собираетесь делать?

О. Строить радиомост к ним через космическую бездну. Даже два моста. Один будет из формул, графиков, расчетов, догадок, гипотез. Второй — в железе: гигантские антенны, почти бесшумные приемники и мощнейшие передатчики, обучающиеся инопланетной азбуке киберы…

П. А на той стороне бездны кто-нибудь есть?

О. Где-то на далеких планетах вселенной жизнь бьет ключом. А человек стал таким умным: овладел радиоволнами, научился их принимать и передавать, выдумал кибернетику… Сама спираль развития толкает нас к радиоконтакту. Что нам мешает установить его? Навести радиомост к ним?

П. А если мы все-таки единственное разумное творение Природы?

О. Прошу тебя, умерь свое величье, представитель племени землян! В наблюдаемой части вселенной мы насчитываем миллиарды миллионов звезд. Вокруг многих из них, прикованные цепями тяготения, носятся планеты. Их тоже миллиарды! И вот ты считаешь, что только на одной из них могло появиться разумное существо? Например, вот такой Фома неверующий? Ты теорию вероятностей признаешь? Признаешь, что она справедлива для вселенной?

П. Ну, допустим, признаю.

О. Тогда скажи, пожалуйста, могли не повториться условия для возникновения жизни при таком невообразимо гигантском, недоступном нашему воображению числе «опытов» Природы? При этом помни: это не разовая серия опытов. Они происходили и происходят непрерывно вот уже миллиарды лет.

Звезды и их планеты живут — рождаются, развиваются, гибнут, творятся вновь и т. д. И это многократно преумножает то великое разнообразие условий, через которое проходят планеты во времени в разных точках космических просторов.

П. Сдаюсь. Помнится, нас учили: почти невероятное отдельное событие может стать весьма вероятным, если число событий очень велико.

Но ведь они могут еще не знать радиоволн. Может, самые бойкие из них только сейчас внемлют своему великому Ому: ток пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.

Для них радиоволны — что луч света для слепого.

О. Если принять твою гипотезу, то ты прав. Ведь радиомост в отличие от обычного можно навести, только если «радиосаперы» работают по обе стороны разделяющей пропасти.

Но откуда ты взял свою гипотезу? Из болота своего скептицизма? Именно оттуда?

Скажи мне, одинаков ли приблизительно возраст наблюдаемых звезд?

П. Нет, конечно, он различается на миллионы и миллиарды лет.

О. Что отсюда следует?

П. Ты хочешь, чтобы я сделал вывод, что возраст цивилизаций тоже может отличаться на миллионы и миллиарды лет?

О. Конечно.

П. Но ведь время существования цивилизаций ограничено!

О. Чем?

П. Ну хотя бы внутрипланетными войнами.

О. Чепуха! С этим разумные существа справятся. Даже наша юная цивилизация вскоре будет вспоминать войны, как кошмарный сон человечества.

П. Ну, а духовное увядание: все проблемы разрешены, тайн нет, тоска и скука…

О. Ты же сам в это не веришь. Повторяешь чужие слова. Скажи, настанет день, когда мы будем знать Метагалактику как свои пять пальцев? При этом учти, что ее границы человечество будет все время раздвигать.

П. Ты прав. Но по-твоему, время существования племен разумных существ ничем не ограничено?

О. Ограничено. Во-первых, это увядание звезд-солнц. Грубо говоря, замерзание.

Во-вторых, это изменение условий существования — сильное увеличение радиации, изменение климата, например ледниковый период на Земле, и т. д.

В-третьих, это космические катастрофы — столкновения небесных тел.

П. Вот видишь, я же говорил…

О. Постой. Срок жизни звезд измеряется сотнями миллионов и миллиардов лет. За это время цивилизация может достичь столь высокого уровня техники, что завести ей роман с более молодой звездой и прописаться у нее на жительство не составит труда.

Что касается космических катастроф, то вероятность их исчезающе мала!

П. На какой же уровень развития внеземных цивилизаций надо ориентироваться?

О. Кстати, ты слышал о делении существующих цивилизаций на три типа, предложенном советским астрономом Н. С. Кардашевым?

П. Как можно делить то, о чем мы понятая не имеем?

О. Оказывается, можно. Пока, правда, в нашем распоряжении находится только один экземпляр цивилизации, представителем которой, кстати не очень ярким из-за своего скепсиса, являешься ты.

Ты знаешь, что такое экспонента и экспоненциальное возрастание?

П. Экспонента — это известная зависимость Y = ех . При возрастании X (если X положителен) происходит очень резкое, экспоненциальное возрастание Y. Если я не ошибаюсь, по этому закону растет население земного шара в зависимости от времени.

О. Верно. Так вот количество энергии, потребляемое ежесекундно человечеством, растет из года в год по этому закону. За последние 60 лет этот прирост составляет 3–4 процента в год.

П. Ну и что?

О. А то, что если считать годовой прирост равным только одному проценту, то через 3 тысячи лет ежесекундное потребление будет равно ежесекундному энергетическому выходу Солнца! А через 5 тысяч лет — выходу более миллиона звезд. Такова логика развития нашей цивилизации. Она, наверное, справедлива и для других. Невозможно представить развивающуюся цивилизацию, у которой нет регулярного роста потребляемой энергии.

П. Что же предложил Кардашев?

О. Он разбил технологическое развитие цивилизации на три группы.

I — технологический уровень близок к современному на Земле. Энергопотребление приблизительно составляет 4 · 1019 эрг/сек.

II — цивилизация, обладающая энергией, близкой к излучаемой их звездой. Энергопотребление приблизительно равно 4 · 1033 эрг/сек.

III — цивилизация, обладающая энергией в масштабах своей галактики. Энергопотребление приблизительно равно 4 · 1044 эрг/сек.

П. Постой. Дай перевести дух. Как можно завладеть энергией звезды?

О. Например, с помощью «сферы Дайсона».

П. Кто такой Дайсон? Один из безответственной армии фантастов?

О. Нет. Это американский ученый, профессор Принстонского университета. Он дал инженерный расчет, наметил пути построения и порекомендовал материал для сооружения такой сферы.

П. Расскажи скорей.

О. Пожалуйста. Как ты думаешь, что может ограничить движение вперед высокоразвитой цивилизации?

П. Понятия не имею.

О. Ограниченность вещества и энергии, которые может дать планета этой суперцивилизации. Ведь уже сегодня мы добываем один кубический километр руды в год, а завтра… Тут ведь действует тот же закон экспоненциального возрастания.

П. Значит, настанет затухание цивилизации?

О. Опять у тебя темные очки. Дайсон доказывает, что и энергию и вещество разум может добыть.

П. Как?

О. Представь себе, что вокруг Солнца сооружена гигантская сфера радиусом много миллионов километров. Тогда вся излучаемая Солнцем энергия будет обогревать не беспредельный космос, а окажется сосредоточенной в сфере. Она будет принадлежать ее строителям.

П. А из чего сфера? Из полиэтиленовой пленки?

О. Не дури. Каркас сферы можно собрать, например, из стандартных «кирпичей» — стальных стержней длиной один метр и диаметром в один сантиметр.

П. ???

О. Из 12 таких кирпичей сваривается октаэдр. 100 таких октаэдров составляют один элемент второй ступени. Из 12 элементов составляем октаэдр более крупный и т. д.

П. Потребуется бездна вещества?

О. Верно. Для этого можно разобрать нашу старушку Землю на части. Ее обитатели при этом перекочевывают на новое местожительство — на сферу. Можно, конечно, сохранить Землю как дорогой нам сувенир — все-таки колыбель человечества, — а пустить в переработку одну из ближайших планет.

П. Открыть там рудники?

О. Дайсон предложил другой метод. Вещество само будет отрываться от планеты! Строителям останется чисто рыболовная функция — вылавливать эти глыбищи. Более того, он считает, что и звезды могут быть подвластны нам. В случае крайней нужды можно и у них отнять часть вещества. Хватит им поклоняться!

П. Ты шутишь?

О. Отнюдь. Почитай Дайсона. Он показывает, как это принципиально можно сделать. Правда, надо иметь в виду рискованность операции и не погубить бы жизнь смельчаков при отрыве вещества. Но это задача для физиков и математиков далекого будущего. Дерзкие мысли, а?

П. Потрясающие!

О. А ты сомневался, что не будет работы в будущем.

П. Нелегкая будет работа — монтаж такой сферы!

О. Пустяки. Самый трудный — первый шаг — уже сделан. Корабли типа «Союз» стыковались. Есть первые космические монтажники и сварщики: летчики-космонавты Е. Хрунов, А. Елисеев, В. Волков.

Разве есть принципиальная разница в том, что стыковать и сваривать — корабли или октаэдры?

П. Пожалуй, нет. Но, допустим, цивилизация Y (X оставим для себя, все-таки он возглавляет знаменитое трио X, Y, Z) сварганила такую махину. Далеко отодвинула для себя перспективу оледенения планеты. Как же с помощью этой сферы она будет сигналить? Как будет искать контакт?

О. О, это почти элементарно. Натяни на каркас сферы материал с электрически управляемой прозрачностью и мигай себе либо на всю вселенную, либо только в желаемом направлении (это более экономно).

П. Ты так все убедительно описал, будто видел, как не один десяток таких сфер мигает.

О. Не удивляйся. Увы, пока не видел ни одной!

П. Есть, наверное, теория, которая и это логически объясняет?

О. Теорий нет. Причины, почему их нет, могут быть разные. Например, ближайшие к нам инопланетные существа не достигли этого «сферного» уровня, а достигшие его слишком далеки от нас. Наконец, они могли пойти иным путем.

П. Не следует ли отсюда, что наш радиомост к ним так и повиснет в бездне? Не положить ли его проект в долгий ящик?

О. Наоборот. Раз они нам не мигают своими звездами, значит их надо искать в радиодиапазоне.

П. Почему? Я не уловил логики.

О. Да потому, что соорудить мощный и сверхмощный радиопередатчик в миллион раз легче, чем заарканить свою звезду и мигать ею почти как карманным фонариком (и конечно, менее обидно для гордого Игрека — Солнца).

П. Ну, а какой же у них все-таки уровень развития техники?

О. Наверно, всякий. У некоторых еще не родились свои Максвеллы, Герцы, Поповы (их Кардашев явно обидел — даже не выделил им группы). У других этот этап пройден сотни лет назад. Но должны быть и суперцивилизации, отнесенные ко II и III группам. Они обладают гигантскими энергетическими ресурсами и, наверное, давно уже возвели свою часть радиомоста. Он висит в бездне, скучает, удивляется нашей беспомощности и ждет второй половины.

П. Почему же мы их не слышим?

О. Я уже говорил тебе. Повторю: нужна аппаратура на уровне последних достижений радиоастрономии, радиоэлектроники и кибернетики, постоянная радиослужба неба, упорная, кропотливая работа землян и, конечно, вера в успех. Нужна…

П. Значит, ты за голый, ползучий эмпиризм в поисках? А я надеялся…

О. Куда девались твой такт и твоя пассивность? Ты не даешь договорить.

П. Молчу. Внимаю.

О. Параллельно эксперименту надо развивать теорию взаимного радиопоиска цивилизаций: где искать, как искать, как отличить разумный сигнал, как понять их письмена, как… Только содружество этих двух направлений обеспечит разгадку величайшей из тайн Природы.

П. Но ты, кажется, предлагаешь взвалить активные действия на сверхцивилизации, а нам (иксам) помалкивать и слушать затаив дыхание, так? А что, если все так же будут рассуждать?

О. Нет. Я против молчания. Надо закричать, насколько хватит сегодня нашего голоса в просторы вселенной: «Ау! Мы здесь! Кто вы?..» Может быть, нас и услышат.

П. Сомневаюсь, что наше «ау!» долетит до ближайших звезд. А если и долетит, то когда мы получим ответ?

О. Ответ будет не скоро. В лучшем случае через десять лет, а в худшем — значительно позже.

П. Вот видишь! Какой смысл тогда строить мост?

О. А ты знаешь о второй кардинальной идее Кардашева?

П. Разве он нашел способ ускорить получение ответа?

О. Нет. Это, по-видимому, невозможно.

П. Что же тогда?

О. Он считает, что высокоразвитая цивилизация, понимая ситуацию и не дожидаясь ответа, будет слать информацию о себе: социальный строй, познанные законы природы, уровень техники, тайны искусства…

П. Как? Вот так и будут сыпать, как из рога изобилия, все свои секреты? Даже не зная, упадет ли хоть одно зерно на благодатную почву?

О. Конечно! Они же ушли дальше. Они знают, что почва обязательно найдется, что надо сеять разумное… Более того, высказывается мысль, что передача информации от ушедших вперед к отставшим («обратная связь цивилизации» во времени) или уже является, или будет гигантским ускоряющим фактором в развитии разума во вселенной.

П. Меня все же сбил с толку этот гигантский поток информации. Мы или совсем его не обнаружим, или захлебнемся в нем, ничего не понимая, или ухватимся за хвост последней тайны, непонятной без предыдущих.

О. Конечно, будут и простые «ау!», и сигналы для настоящего заочного обучения их азбуке. Только потом посыплются их тайны. И все будет много раз повторяться. Даже больше, чем некоторые старые фильмы по земному телевидению. Ведь это будет разум, ушедший далеко вперед от нас с тобой, худодум!

П. Худодум? Это обидное словечко ты заимствовал у какой цивилизации?

О. У нашей, земной, русской. Так в старину называли таких, как ты; кто обо всем думает только худо. Жаль, что оно забыто.

П. Вот что, «добродум». Я не верю в этот гигантский поток информации, я не верю…

О. Вот что, Фома неверующий, если ты хочешь серьезно вникнуть в задачу, то давай обратимся к основным параметрам нашего радиомоста, к цифрам и расчетам. Только так можно победить твое неверие.

П. Согласен.

О. Предположим, цивилизация X и цивилизация Y пытаются установить контакт. Можно вычислить потребную мощность…

Здесь мы прервем спор. Нам не хватит ряда понятий для его понимания. Мы с ними познакомимся и к спору вернемся снова.

Зарубки на волне

«Я, электромагнитная волна, имею такие-то частоту, амплитуду и фазу. Источник, меня пославший, находится в таком-то направлении. Какой это источник естественный или искусственный — и зачем он меня послал, мне знать не дано…»

Вот та скудная информация, которую может сообщить в точке приема радиоволна в виде синусоидального колебания при самом пристрастном ее допросе.

Заметим в скобках, что волна по скромности кое-что утаила.

Так, наблюдая изменения частоты во времени, можно установить, движется или покоится пославший ее источник. Если движется, то куда — к нам или от нас?

Далее, наблюдая электромагнитную структуру приходящей волны (или плоскость ее поляризации), можно сделать некоторое заключение о характере излучающего устройства.

И наконец, изменение амплитуды, частоты и фазы волны во времени укажут на какие-то изменения, происходящие либо в самом источнике, либо в среде.

Как заставить волну переносить более богатую информацию? Как заставить ее переносить разумные сигналы — телеграфные, телефонные, телевизионные? Для этого на волне нужно сделать некие пометки или зарубки. Первым таким «дровосеком» был А. С. Попов. Родоначальница всех телеграмм («Генрих Герц») была нанесена на волну с помощью самых грубых зарубок. Текст был передан с помощью азбуки Морзе. Точкам и тире соответствовало излучение волны, паузам отсутствие излучения.

Перейдем к более сложному сигналу. Вы говорите в микрофон и изменяете тем самым сопротивление угольного порошка, а значит, и величину тока в его цепи. Так речь преобразуется в электрический сигнал причудливой формы. Перенесем этот сигнал на волну. Для этого на ней надо «вырубить» в точности весь его узор.

Для такого же переноса телевизионного сигнала потребуется еще более умелый плотник. Кроме переноса сложного ажурного сигнала изображения, нужно еще ухитриться врубить в волну через равные промежутки времени импульсы синхронизации. Без них луч не начертит правильно передаваемую картинку.

Итак, чем сложней сигнал или чем больше он насыщен информацией, тем более искусно надо делать «зарубки».

Но за это сочное русское слово, от которого буквально пахнет лесом и смолой, автору влетит! Последнее время стало модным объявлять себя ревнителем единой, согласованной, утвержденной, гостированной… терминологии. Поэтому будем не рубить волну, а модулировать (изменять).

На приведенном рисунке модулируется амплитуда волны, и метод называется амплитудной модуляцией. Если в соответствии с передаваемым сигналом менять частоту волны, то получим частотную модуляцию, при этом амплитуда волны остается неизменной.

Мы уже установили, что любое колебание, любая волна имеют два изображения — временнóе и частотное. Это напоминает две стороны одной медали.

На предыдущих рисунках показано изменение формы волны во времени при ее модуляции. А что же при этом происходит на второй стороне медали?

О, частотное изображение волны при модуляции существенно портится! Изображение теряет стройность: из идеала стройности оно превращается в толстяка. И чем большую информацию мы передаем в секунду, тем больше обрастает фигура жиром.

Кстати, синусоидальная волна (или колебание) — предел стройности. Она занимает на шкале частот предельно скромное и предельно экономное место. Если никаких изменений (или модуляции) амплитуды, частоты и фазы во времени не происходит, то теоретически такое колебание должно выглядеть бесконечно тонкой линией на шкале частот. За это его физики любовно называют гармоническим. Но фактически всегда имеются какие-то флюктуации этих параметров, и эта линия выглядит несколько размытой.

Как только мы начнем делать зарубки, простите, модулировать волну, так она начинает агрессию на соседние частотные делянки. Так и должно быть. Ведь сложные модулированные колебания являются не чем иным, как суммой ряда гармонических колебаний с разными частотами, амплитудами и фазами. Эти колебания являются обязательными спутниками несущей частоты или переносчика. Спутники появляются, как только появляется модуляция. Вот они и совершают агрессию.

Любопытно, что эту истину доказал французский математик Жан Фурье задолго до открытия радиоволн. Более того, он разработал простой математический аппарат — знаменитый ряд Фурье, — с помощью которого можно любое модулированное колебание разложить на сумму гармонических. Из этого разложения сразу следует, какой частотный участок будет захвачен при модуляции.

Я не знаю, что делали бы диссертанты и докторанты, если бы не спасительное открытие Жана Фурье. Без преувеличения можно сказать, что почти ни одна диссертация в области технических наук не обходится без его метода: сложные колебания и функции разлагаются на простые, трудные интегралы расчленяют на доступные и т. д.

Совет «попробуйте разложить в ряд Фурье» стал универсальным щитом консультантов, когда нет возможности или желания вникнуть в суть неполучающейся задачи аспиранта.

Итак, чем большую информацию мы хотим взвалить на волну, тем больший частотный коридор надо отвести этой волне. И тем большую полосу частот должен охватывать приемник для приема этой информации.

Или, как образно говорят практики, чем больше информации передается в единицу времени, тем шире должно быть «горло» приемника. А чем шире горло, тем, конечно, и больше всяких помех в него проникает.

Но нам пора от сигналов переходить к системе связи, то есть к совокупности элементов, позволяющих передать информацию из одной точки пространства в другую. В природе и технике мы сталкиваемся с великим разнообразием систем связи.

Казалось бы, что общего между передачей телевидения, танцем пчелы, сообщающей этим способом, куда лететь на сбор меда, импульсами радиолокатора и прерывистым излучением пахучего вещества бабочкой, служащего для привлечения зрелых особей противоположного пола?

Немного отвлекаясь, заметим, что «пробивная сила и дальнобойность» этих нежных ароматических систем связи просто поражает. Зарегистрирован случай, когда за одну ночь возле единственной самки большого ночного павлиньего глаза было поймано 125 самцов. Самка находилась в темной комнате. Самцы по запаху слетались со всей округи и через открытое окно проникали к ней. После того как окна закрыли, кавалеры продолжали проникать через дымоход старой печки.

И меж тем передача информации во всех названных системах связи происходит по одним и тем же общим законам.

Впервые единство процессов управления и передачи информации в технике и в живых организмах было показано в работах Норберта Винера и Клода Шеннона.

Сейчас это почти общеизвестно. А при первом чтении их работ буквально дух захватывало от неожиданно нового и широкого взгляда. Смело перебрасывался мост между техникой и живой природой. И надо было идти по нему в природу и учиться у нее, как хранить, передавать и принимать информацию, как строить адаптивные системы, легко приспосабливающиеся к меняющимся условиям. Это «хождение в природу» наблюдается и сейчас.

Упрощенная модель любой системы связи, в том числе и для связи цивилизаций X и Y, представлена на нашем рисунке.

#i_055.png

Из источника в передатчик поступает сообщение, которое нужно послать абоненту. В передатчике создается тот или иной вид переносчика, на который «взваливается» (путем модуляции) информация. После усиления до нужной (или возможной) мощности полученное сложное колебание излучается в окружающую среду с помощью антенны. Возникающая волна или сигнал, пронизывая межзвездные просторы, достигает приемной антенны и воспринимается приемником. Последний усиливает принятый сигнал и производит разгрузку переносчика. Этот процесс, обратный модуляции, именуется детектированием и производится детектором (обнаружителем). В последнее время это слово приобрело за рубежом зловещий смысл в связи с применением при допросах так называемых «детекторов лжи». Ими контролируют пульс, давление крови, ритм дыхания и потоотделение. Апологеты этого прибора утверждают: если человек врет, то под давлением совести и эмоций произойдет резкое изменение хотя бы одного из этих параметров. Фактически такой связи не установлено. Но зато замечено, что подключение такой адской машины к человеку отлично его запугивает и сбивает с панталыку. Этим и пользуются. Наш же детектор — добросовестный разгрузчик информации — ничего общего с «детектором лжи» не имеет и не хочет с ним знаться.

В детекторе переносчик самоотверженно погибает. Дальнейший путь к получателю совершает доставленное им сообщение.

Но в нашей единой блок-схеме системы связи недостает одного существенного элемента: там не отражен злой гений, который преследует сигнал на всем его пути и наносит ему жестокие удары. Часто эти удары наносятся ножом, да еще в спину, и по самую рукоятку. Кто он, этот гангстер среди волн?

Враг номер один

При взгляде на блок-схему связи сразу встает фундаментальный вопрос: на какую дальность может стрелять такая информационная пушка? Всякая волна, раз возникнув в среде, распространяется в ней теоретически беспредельно (точнее, «достигает бесконечно удаленных точек с бесконечно малой амплитудой»). Но из опыта мы знаем, что для всякого источника колебаний (звуковых, световых, радио) имеется предельное расстояние, за которым обнаружить его колебания не удается. В чем же дело? Не обманывает ли нас теория?

Для примирения теории с практикой нужно учесть два фактора. Первый: в среде распространения волн происходит хаотическое тепловое движение молекул и, кроме того, на среду воздействует большое число других источников колебаний, что и создает неизбежный шумовой фон самой среды. Второй: любой приемник колебаний имеет всегда свой уровень собственных шумов. (В этом легко убедиться. Включите приемник, отключите антенну и поставьте регуляторы громкости на максимум: вы услышите шум, похожий на шипение примуса. Это и есть его собственный шумовой фон.) При приеме происходит дружное объединение шумов среды и приемника, а результирующий шум и ограничивает фактическую дальность передачи информации.

Если амплитуда колебаний полезного сигнала становится соизмеримой или меньше уровня фона, то утлая ладья сигнала начинает тонуть в бушующем море помех. Сначала ее только изредка заливает водой, но паруса еще чувствуют ветер источника, и ладья держит правильный курс. По мере удаления от источника сигнал слабеет, волны хаоса шума вздымаются все выше, воду не успевают откачивать, паруса рвутся, рушатся мачты, ладья «без руля и ветрил» становится игрушкой волн шума.

Я не ошибусь, если скажу, что история радиотехники наполовину есть не что иное, как борьба за всемерное увеличение дальности плавания нашей ладьи в волнах помех.

Смею заверить читателя, что этот поединок с хаосом шума, продолжающийся и сегодня, не менее романтичен, чем многовековая борьба человека с морской стихией.

Вспоминаю единоборство двух методов передачи сигналов на радиотрассе Хабаровск — Москва.

Новый метод соревновался с известным. Затаив дыхание, мы следили за приемной аппаратурой в Москве: ведь это был первый «выход в свет» нашего дитяти.

Испытательным сигналом были взяты слова из чудесной песни А. К. Толстого:

При сильном сигнале оба метода безошибочно печатали эти вдохновенные строки. По мере снижения мощности передатчика в Хабаровске шумы начали захлестывать сигнал. Старый метод стал давать перебои: помехи превращали «цветики» в «светики», «голубые» в «глупые» и т. д. При еще меньшей мощности песня превратилась в абракадабру. А новый метод продолжал успешно печатать с редкими ошибками.

Трудно описать нашу тогдашнюю радость! Вся группа — застенчивые меланхоличные теоретики, видавшие виды инженеры и техники, юные студенты и прошедшие всю войну радисты — все пустились в пляс. Помехам, мелькавшим в осциллографе, показывали языки и строили рожи, обнимались… Аппаратурный зал преобразился не то в высшую точку труднейшей и красивейшей вершины, взятой после упорного штурма, не то в хоккейное поле, где в последнюю минуту ответственного и пока ничейного матча вдруг каждый из игроков забивает по шайбе в ворота противника.

Образы качающих головой темно-голубых цветиков и стрелой летящего лихого коня еще долго не покидали нас. Передача велась с большой скоростью. Буквы пробивались электрическими искрами на тонкой ленте из фольги. За сеанс связи вырастала гора этой ленты.

Контроль ошибок шел вручную. Каждому доставался кусок ленты длиной почти в километр, на которой слова песни повторялись, повторялись, повторялись…

Теперь уже читателю ясно, что именно помехи ставят предел дальности связи и являются врагом номер один всех систем передачи информации. Они стоят и на нашем пути к радиоконтакту и делятся как бы на «внутренних» и «внешних» врагов. Познакомимся с ними поближе.

Начнем с «внутренних» — с собственных шумов. Возьмем любой кусок металла — пластину, провод, нить лампочки накаливания и т. д. Многие из читателей и не подозревают, что все это отличные генераторы электрического шума. Он возникает в результате теплового движения заряженных частиц, всегда имеющихся в проводнике. Ведь электрический ток есть не что иное, как движение заряженных частиц.

Так как они находятся в непрерывном хаотическом движении, то и создают на концах любого проводника шумовое напряжение. Как показал давным-давно Найквист, это напряжение тем больше, чем выше температура и величина электрического сопротивления проводника. Полоса частот, в которой «шумит» любой проводник, очень широка. Она перекрывает весь радиодиапазон. Более того, интенсивность шума в любом частотном участке одинакова. Поэтому такой шум, кроме теплового, еще называют белым.

Как белый свет есть смесь всех возможных цветов, так белый шум есть смесь колебаний всех возможных частот. Поэтому, чем в большей полосе частот мы измеряем шумы данного проводника, тем больше будет его уровень.

Итак, любой проводник в приемном устройстве: антенна, соединительный кабель, контур, сопротивление — являются генераторами шума.

Казалось бы, есть простой путь уничтожить все эти генераторы шума. Надо лишь охладить их до температуры абсолютного нуля, то есть до минус 273 градусов Цельсия, тепловое движение частиц прекратится и шум исчезнет. Принципиально это верно. Технически же реализовать данную идею удается пока лишь частично.

Наиболее опасны тепловые шумы элементов приемника еще до входа первого усилительного (или преобразовательного) каскада, где сигнал еще очень слаб.

Второй грозный очаг шумовой опасности в приемнике — это сами усилительные и преобразовательные каскады. В них используются такие электронные приборы, как лампы или полупроводники. Усиление или преобразование сигнала в них достигается за счет того, что слабый сигнал управляет более сильным потоком носителей зарядов. Водопроводный кран есть грубая модель таких устройств, — прикладывая небольшие усилия к вентилю, мы успешно управляем мощной водяной струей.

Вся беда состоит в том, что поток носителей зарядов (в лампах — это поток электронов, в полупроводниках — электронная и «дырочная» проводимость) невозможно сделать строго постоянным. Он колеблется вокруг некоторой средней величины по случайному закону, что, естественно, приводит к непостоянству величины усиливаемого сигнала, или, что то же самое, к появлению шума. По своим характеристикам он близок к тепловому.

Шумы этих двух очагов складываются и образуется результирующий шум приемного устройства. Анализ поединка сигнала и помех в приемнике, когда много отдельных источников шума, сложен. Поэтому применяют такой «ход конем»: реальный приемник заменяют идеальным, в котором нет ни единой шуминки, но на вход этого чудо-приемника включают генератор шума. Его мощность берут такой, чтобы он создавал в нашем бесшумном приемнике такой же шум, какой имел реальный приемник. Следовательно, вынос помех на вход вполне допустим — картина «добра и зла» в приемнике от этого не изменяется.

Десятки лет напряжение шума приемника измеряли в микровольтах (миллионных долях вольта). Сейчас оказалось более удобным измерять его в градусах шкалы Кельвина. В паспорте приемника так и пишут: температура шумов равна, скажем, 50 градусам по Кельвину. Что же значат слова «температура шумов»? Разве есть горячий и холодный шум? Или, вставив термометр в приемник, можно измерить его шумы?

Дело обстоит значительно проще. Если температура шумов 50 градусов, то, подключив на вход приемника сопротивление, равное сопротивлению его входа, и нагрев его до температуры 50 градусов, мы и получим тот самый вынесенный на вход генератор шума в виде шумящего сопротивления. Он будет создавать в приемнике шумы, равные по величине реальным.

Ожесточенная борьба за снижения температуры шумов приемника привела в последнее время к созданию малошумящих приемников. «Ртутный столбик» термометра приемника упал с температуры 1500–2000 до 20–50 градусов по Кельвину, то есть почти в сто раз. Это достигнуто за счет использования новых принципов усиления и преобразования сигналов и «замораживания» входного каскада приемника до температур, близких к абсолютному нулю.

Один из новых видов усилителей — мазер. Это молекулярный усилитель, который работает на принципах, схожих с работой лазера (мы с ними знакомились в главе второй).

Переходим к врагам внешним. Одним из основных его источников является сумма теплового и синхротронного излучения небесных тел Галактики и Метагалактики.

Это излучение имеет непрерывный спектр, и величина его падает с уменьшением длины волны. Значит, для уменьшения помех, создаваемых небесным фоном, надо работать на предельно коротких волнах. Но к сожалению, уменьшение волны приводит к появлению нового вида шумов — квантовых, которые есть результат дискретной или фотонной структуры потоков излучений.

Эти два фактора приводят к тому, что результирующий шумовой фон неба, о котором мы говорили уже, имеет глубокий минимум.

При волнах короче 3 сантиметров появляются шумы атмосферы. Правда, их можно принципиально исключить, вынося приборы за ее пределы.

Шумовой фон достигает максимума, когда радиотелескопы смотрят на центр Галактики (там максимальная концентрация магнитного поля и релятивистских электронов), и минимума — при направлении на ее полюс.

Как и внутренние шумы приемника, внешние шумы также измеряют градусами Кельвина.

Направим радиотелескоп на центр Галактики. Приемник при этом будем перестраивать по частоте и измерять уровень фона на его выходе. Мы получим кривую, приведенную на рисунке (при направлении на полюс минимум будет еще глубже).

Я надеюсь, что Жан Эффель не обидится, что его создание — черт — приобрело, еще одну специальность — олицетворять злые шумовые силы природы.

Землянам опять повезло. Минимальный чертик хорошо совмещается с радиоокном нашей планеты.

#i_058.png

Из кривой следует, что температура фона наименьшая — составляет единицы градусов — в диапазоне волн приблизительно 3–10 сантиметров.

Кроме шумового фона, в радиовселенной много так называемых дискретных источников излучения. Они дают всплески радиоизлучения в отдельных точках неба. Такая помеха попадет в горло приемника, если антенна направлена на этот источник. Тогда уровень внешних помех может резко возрасти (при сильном дискретном источнике). Но это отдельные, редкие точки на небосводе, и их можно в большинстве случаев избежать, изменяя направление антенны или настройку приемника.

Блок-схема системы связи, нарисованная на странице , нереальна. В ней действует только сигнал, а помех совсем нет. Учесть же их можно введением в эту схему генераторов помех, которые выбираются так, чтобы создаваемый ими электрический хаос соответствовал реальному в рассматриваемой системе связи.

Во весь голос

А нельзя ли перекричать помехи? Подавить этого врага грубой силой? Можно. Но этот путь дает успех при не очень больших расстояниях между передатчиком и приемником. Так, вращая ручку настройки приемника, мы замечаем, что местные радиовещательные станции отлично слышны, а дальние еле-еле и искажаются помехами.

Какое же надо превосходство мощности сигнала над мощностью помех? Оно зависит от ряда факторов: от способа передачи и приема, от скорости передачи, от уровня допустимых искажений — и лежит в пределах от 10 до 1000 раз.

Напомним, что мощность передатчика (или источника помех) есть энергия, излучаемая им за одну секунду. То, что волна любого типа по мере удаления от пославшего источника теряет свою силу, известно всем. Но не все отдают себе отчет, сколь быстро это происходит. Мощность волны падает катастрофически — пропорционально квадрату расстояния. А что это значит, знает, наверное, каждый: при увеличении расстояния в два раза мощность уменьшается лишь в четыре раза, но зато увеличение дальности в 100 раз уже дает уменьшение в 10 тысяч раз!

Легко доказать этот закон. Поместим в центре шара свечу. С увеличением его радиуса R освещенность любой внутренней площадки будет слабеть пропорционально квадрату радиуса. Ведь световая энергия свечи должна распределяться на всю сферу, а ее поверхность растет как R2. То же происходит с мощностью радиоволны.

Это один из печальных законов мироздания, встающих на пути радиоконтакта. Остается утешаться тем, что площадь сферы пропорциональна R2, а не R3.

Тут вспоминается диалог двух пассажиров, ударившихся при резком торможении вагона:

— Не мог уж Ньютон в своем законе сделать силу удара не mV2/2, а просто mV/2.

— Ты лучше благодари его за двойку в знаменателе, все-таки синяк в два раза меньше.

Максимальная мощность излучения передатчиков, реализованная на нашей планете в диапазоне радиоокна, достигла уже десятков мегаватт в импульсном режиме и десятков киловатт при непрерывном излучении.

Но эти мощности не позволяют просто перекричать помехи в космических радиолиниях. Значит, надо перехитрить помехи: принять все другие меры для повышения отношения сигнал/помеха в точке приема, а сам сигнал сделать грубым и малочувствительным к «укусам» помех.

«Любит — не любит»

Дальность связи можно резко повысить, если не распылять энергию, несущую информацию, по всей сфере, окружающей источник, а сконцентрировать ее в направлении на корреспондента. Эту благородную миссию выполняют так называемые направленные антенны.

Создание антенн с высокой направленностью является сложной и увлекательной математической и конструкторской задачей. Надо найти такую форму антенны, при которой разбегающиеся во все стороны волны собираются как бы в кулак и бросаются узким пучком на благодарного корреспондента. Для этого надо, чтобы фазы и больших лучей, и маленьких лучиков точно совпали в этом кулаке. Только тогда мощность будет сконцентрирована в пучке.

Я не раз терпел фиаско, пытаясь оторвать антеннщиков от любимой их «игры» с векторами лучей антенного поля и увлечь разработкой новых методов передачи информации. Боюсь, что даже жены ревнуют их к этим векторам.

Пример такого увлечения своим делом являет Григорий Захарович Айзенберг, один из главарей нашей антенной школы. Не случайно студенты валом валят на его лекции. Страсть и знания увлекают и зажигают их.

И не случайно характеристики направленности антенн они составили из… лепестков цветов. Их так и называют на самых серьезных дискуссиях и в учебниках — лепестки.

Но есть одно отличие от цветка. Среди лепестков венчика имеется один большой — главный. Он-то и увеличивает дальность связи. А меньшие, или боковые, — это издержки производства, результат того, что не удается все фазы лучей и лучиков точно согласовать.

По лепесткам диаграммы направленности с еще большим успехом можно гадать о любви. Ведь если повезет, можно попасть на гигантский лепесток!

Итак, чем уже главный лепесток (чем меньше угол α) и чем меньше площадь боковых, тем дальше будет мчаться наша информация.

Угол α зависит от отношения диаметра антенны к длине волны. Чем больше это отношение, тем уже главный лепесток. В сантиметровом диапазоне диаметры антенн достигли уже порядка 100 метров, что уменьшило ширину лепестка направленности до долей градуса. Последнее равносильно увеличению мощности передатчика в десятки тысяч раз (в направлении главного лепестка).

К сожалению, закон квадратичного ослабления мощности с увеличением расстояния, конечно, продолжает действовать и в случае направленной антенны. Ну, а если дальше увеличивать диаметр антенны, будет ли расти дальность связи?

Увеличивать можно, но… направленность может не возрастать. Почему? С увеличением размеров антенны надо повышать точность обработки поверхности «зеркала», как говорят специалисты, антенны. Если увеличивать диаметр, а точность не повышать, то фазы волн не совпадают, лучи не складываются согласно, мощность в точке приема не возрастает. Зеркало становится хоть и большим, но кривым.

Точность при уже достигнутых диаметрах антенн близка к пределу — это микроны. И предел этот ставят колебания температуры и влажности, вибрация, старение материалов.

Увеличение диаметра приемной антенны также увеличивает дальность связи. Чем больше антенна, тем большее число отдельных лучей она суммирует и тем больше будет мощность сигнала на входе приемника.

Таким образом, межзвездную систему связи обязательно должны украшать гигантские антенны на обеих корреспондирующих планетах.

Фокус-покус

Человек непрерывно воспринимает гигантское количество информации. Всю ее можно разделить на два типа. Первый — непрерывная, теперь ее часто называют аналоговой. И второй — дискретная, или прерывная.

Вообразим, что мы на футбольном матче. Раздался свисток судьи. Это типичный пример дискретной информации. Она принимает только два значения — есть свисток или нет свистка. Да или Нет. Такую информацию называют двоичной. Начался матч. Не отрывая взора от поля, вы следите за мячом, за игроками, за воротами. Теперь вы вбираете в себя непрерывную сложную информацию о ходе сражения.

Но вот забит гол! Это тоже пример дискретной двоичной информации — или мяч там, или мимо.

По ходу матча на табло появляются цифры забитых голов. Это тоже дискретная информация, но не двоичная. Она имеет ряд дискретных значений. Число элементов, из которых она набирается, равно десяти. Ее называют десятеричной.

Любую информацию с помощью преобразователей (телевизионные камеры, микрофоны, телеграфные аппараты и т. д.) можно отобразить электрическим сигналом. Эти сигналы, естественно, будут тоже двух типов — непрерывные или дискретные.

Вернемся на минуту снова к нашим зарубкам на волне. Примером сложного непрерывного сигнала может быть телевизионный сигнал. Его можно сравнить по сложности очертаний, например, с кижским Преображенским собором, который, как оказывается, построили гениальные руки только топором и без единого гвоздя.

Простейший двоичный сигнал — Да — Нет — можно представить незатейливым плотницким срубом с проемами.

Каждому ясно, что передать по каналу связи информацию об очертании собора в тысячу раз труднее, чем об очертании сруба. Но оказывается, есть путь сделать первое таким же простым, как второе. Я не ошибся, не заглядывайте в список опечаток.

Для совершения этого фокуса-покуса надо проделать три «истязания» непрерывного сигнала.

Первое истязание. Из сигнала надо выбросить всю «пустую породу», не несущую информации. Для этого в нем обозначаются отдельные его значения, равно отстоящие друг от друга, а остальное все выбрасывается. Эти оставшиеся дискреты, как это ни странно на первый взгляд, хранят всю информацию исходного непрерывного сигнала. Так, для непрерывного речевого сигнала с полосой 3000 гц нужно из него вырезать 6000 равноотстоящих импульсов в секунду. По этим вырезкам можно абсолютно точно восстановить исходный сигнал. В этом состоит основное содержание известной теоремы Котельникова.

У студентов распространено некое неверие в эту теорему. Задаю четкий вопрос на экзамене: точно или приближенно можно восстановить сигнал по отдельным значениям, взятым в соответствии с теоремой Котельникова?

И часто получаю туманные ответы:

С большой точностью.

С некоторой точностью.

С большой вероятностью.

Конечно, приближенно.

Смотря, какой исходный сигнал.

Смотря, что нам надо. И т. д.

Второе истязание. Оно состоит в том, что амплитуды полученных вырезок из сигнала мы передаем не точно, а приближенно. Например, весь диапазон изменения амплитуд сигнала мы разбили на 10 стандартных уровней. Передавая каждый из импульсов, мы смотрим, к какому из этих 10 уровней он ближе, и передаем номер этого уровня. Чем больше число этих уровней, тем точнее будет передан сигнал. Например, речевой сигнал разбивают на 127 уровней. При этом восстановленный на приеме речевой сигнал не отличается от передаваемого без описанных преобразований.

Почему можно допустить передачу приближенного значения амплитуды сигнала вместо точного? Потому что потребитель информации (ухо, глаз, реле и др.) всегда имеет некоторую мертвую зону нечувствительности к небольшим изменениям и отклонения сигнала в пределах этой зоны не замечаются на приеме.

И наконец, третье истязание, последнее. Оно состоит в том, что вместо импульса (приведенного к ближайшему уровню) надо передать просто номер этого уровня. А номера уровней можно передать группой двоичных посылок. Например, для 127 уровней надо взять группу из 7 посылок типа Да — Нет. Меняя взаимное расположение Да — Нет в группе, можно составить 127 различных комбинаций или кодов.

После этих трех преобразований наш сложный, часто ажурный и очень нежный сигнал превратился в грубый, топорный двоичный сигнал. Такое преобразование сложного непрерывного сигнала в простейший дискретный получило название импульсно-кодовой модуляции (ИКМ).

Итак, фокус-покус свершился. Но вы, читатель, естественно, спросите: за счет чего удается добиться упрощения сигнала, оставив объем информации тем же? Собака зарыта, оказывается, в спектре нового сигнала. Он разбух, и разбух не менее чем в 10 раз! Мы как бы прошлись грубым утюгом по сигналу на шкале времени, сгладили его во времени, и от этого он стал более широким по частоте. В новом канале можно было бы уместить 10 непрерывных! Но зато мы получили грубый удобный сигнал! Его прямо можно из канала подавать на электронную машину дискретного действия, с ним можно делать и еще ряд других фокусов, чем мы и займемся позже. Сейчас отметим, что любая информация может быть превращена в простую дискретную и даже в самую простую — двоичную. Проще же двоичной ничего быть не может. Ибо непрерывное повторение да, да, да или нет, нет, нет никакой информации не несет. Она появляется только когда есть и да и нет.

Как грузить информацию?

С момента зарождения радио и потом, в течение почти полувека, информацию взваливали либо на амплитуду, либо на частоту радиоволны. Воздействие на частоту отличается от амплитудной модуляции только тем, что передаваемый сигнал меняет частоту волны.

Но вот появилась новая гениально простая идея. Оказалось, что из непрерывной радиоволны можно вырезать короткие отрезочки (как из бумажной ленты можно настричь много узких полосочек) — импульсы — и грузить информацию на эти импульсы. Ведь у импульсов много параметров, и все их можно менять: амплитуду, ширину, частоту, взаимное расположение и т. д. Так появилось большое семейство импульсных методов модуляции.

Кроме непрерывных и импульсных волн, в последние годы появился новый неожиданный переносчик информации: шум! Да, именно он, тот самый, который является врагом номер один во всех без исключения каналах передачи информации.

Самым удивительным является то, что максимальное количество информации из всех возможных сигналов может тащить на себе именно шум. Это блестяще было доказано творцом теории информации Клодом Шенноном.

Каким же образом заставить шум нести информацию? Ведь все его параметры: амплитуда, частота, фаза — хаотически меняются во времени. В нем не за что ухватиться, нет ни одного устойчивого параметра для загрузки информации.

Все это верно. Но все же есть один устойчивый параметр — это сам хаос. И им, оказывается, можно управлять. Можно, например, на передаче и на приеме поставить простые устройства, которые будут генерировать один и тот же хаос.

Пусть на передаче и на приеме имеется по два таких генератора. Каждая пара (первая и вторая) генерирует свои одинаковые шумы. Далее уславливаемся, что посылку Да будем передавать, включая первый генератор, для передачи Нет — второй. На приеме остается только сличить пришедший шум с двумя местными и решать, что передавалось — Да или Нет.

В настоящее время к упомянутым основным способам модуляции надо добавить еще несколько десятков их модификаций. Это плоды развития теории информации. Я как-то взял лист ватмана и попытался их все собрать воедино и классифицировать. К первому листу пришлось подклеить второй, но и он не уместил всех способов. Листы пестрели всевозможными сочетаниями букв (сокращенные названия способов). В глазах рябило, но стройности не получилось. Дело уперлось, как это часто бывает, в удачный критерий сравнения.

Боюсь, читатель, что если мы здесь начнем снова раскладывать их по полочкам, то увязнем в опасной трясине.

Давайте поступим иначе.

Будем для простоты рассматривать только два вида сигналов: непрерывное гармоническое колебание (переносчик без всякой модуляции) и посылки типа Да — Нет. Первый может использоваться для начальной сигнализации и привлечения внимания. Второй для передачи информации.

Как мы видели, в посылки Да — Нет можно превратить информацию любой сложности. Этот способ передачи является самым грубым и, следовательно, самым стойким против помех. Поэтому использование его в межзвездной связи и вероятно и целесообразно. Наложение посылок Да — Нет на волну мы рассмотрим в следующем разделе.

Теперь обратимся к модному в последние годы в радиотехнике слову: избыточность. Что же такое избыточность? Грубо говоря, это то пятое колесо, которое возят автомобилисты на случай прокола.

Передача определенного количества информации обязательно требует некоторого минимального времени Δt и некоторой минимальной полосы частот Δf (ширина частотного коридора). Можно менять значения Δt и Δf, но их произведение при передаче одной и той же информации должно оставаться постоянным. Так, замедлив передачу в три раза (то есть заняв время 3Δt), можно сузить необходимую полосу в три раза (Δf /3). Но 3Δt · Δf /3 = Δt · Δf = CONST.

Если мы хотим для большей надежности передачи повторить ее, скажем, пять раз, то мы займем время не Δt, a 5Δt. Это и есть передача с временнóй избыточностью: мы занимаем в пять раз большее время, чем минимально необходимое. Можно такое повторение проводить не по времени, а по частоте: передавать одну и ту же информацию на пяти несущих частотах, но для этого потребуется пять передатчиков. Тогда время передачи останется то же, а полоса частот, занимаемая сигналом, станет равной 5Δf. Тем самым мы ввели частотную избыточность.

Простое повторение — это самый накладный метод введения избыточности. Однако есть и более экономные, требующие меньшего увеличения Δt или Δf. Все они являются методами корректирующего кодирования сигналов, когда к посылкам, несущим информацию, приставляют дополнительные, или избыточные, посылки. И это делает чудеса: они могут шепнуть на приеме, какая из информационных посылок до неузнаваемости искажена помехами; более того, при большом числе избыточных посылок они не только угадывают, какая же посылка на самом деле была послана на передаче, но и сами автоматически исправляют искаженную!

В очень ответственных системах применяют иногда одновременно и временную и частотную избыточность.

Интересно отметить, что частотную избыточность легко ввести, заменяя посылки отрезками шума. Изменяя «среднюю скорость» шумового хаоса, можно изменять в широких пределах полосу, занимаемую шумовой посылкой. Такая избыточность рождает удивительные свойства. Например, можно отсечь больше трех четвертей частотного спектра сигнала, а он продолжает трудиться и переносить информацию (как бодро бегущая ящерица с отсеченным хвостом). Это «безразличие» сигнала к своему спектру позволяет чисто хирургически бороться с мощными помехами в полосе частот сигнала. Их безжалостно вырезают с частью сигнала.

Невообразимые дальности межзвездной связи и начальная неизвестность адреса корреспондента потребуют, вероятно, широкого введения избыточности в сигналы этих систем связи.

Да — Нет

Существует множество способов для наложения сигналов Да — Нет на радиоволну.

Какой же из них лучший с точки зрения нашей задачи? Выбор зависит от врага номер один — помехи. Ведь он не дремлет, особенно в длиннющих космических радиолиниях. Оказалось, что лучше всего противостоят помехам сигналы Да — Нет, запрятанные в фазу сигнала, если их фаза сдвинута на максимальный угол — 180 градусов. Это положение было доказано советскими учеными А. Пистолькорсом и В. Сифоровым еще в начале тридцатых годов.

#i_066.png

Человечки на нашем рисунке изображают фазовые посылки. Переход с ног на голову или наоборот соответствует повороту фазы на 180 градусов.

Шли годы, как пишут в романах, а этот способ не находил применения. Все упиралось в смышленый приемник. Он должен четко чувствовать или различать фазы: при одной фазе «говорить» на выходе Да, при другой — Нет. Но ведь фаза — это время, точнее, величина, определяющая положение сигнала во времени. Смещая синусоиду во времени, мы меняем ее фазу. Упрощенную модель фазового канала можно мыслить так. На передаче и на приеме имеются часы. Мы их сверили и внесли поправку на время прохождения радиоволны от передатчика к приемнику. Далее условились, например, так: посылки, приходящие в четные секунды, всегда означают Да, а в нечетные — всегда Нет. В действительности нужны часы, отсчитывающие миллионные доли секунды и автоматически проверяющие, чему соответствует фаза сигнала: Да или Нет.

В толстых пыльных папках патентных библиотек можно найти сотни очень остроумных предложений по построению такого фазового приемника, по созданию точных магических часов на передаче и на приеме. Но ни один из них не давал уверенного приема. Да и Нет вели себя как цирковые акробаты. То они хранили заданное на передаче положение: Да стоит на ногах, а Нет вверх тормашками на руках. То вдруг на некий случайный отрезок времени все Да вставали на руки, а все Нет на ноги. Это происходило и из-за незначительного изменения режима работы приемника, и из-за действия помех. Предугадать эти массовые акробатические номера (названные «обратной работой») было невозможно. Поиски схемы, свободной от этого недостатка, продолжались безрезультатно более 25 лет. Я тоже многие месяцы все свободное время отдавал этой головоломке. Но Да и Нет продолжали издеваться. В конце концов неудачи привели меня к вопросу: а возможен ли такой приемник принципиально?

Удалось строго математически доказать, что хаотический танец Да и Нет неизбежен, а фазовый приемник без «обратной работы» при классических фазовых сигналах — чистейший миф. Магические часы принципиально нельзя заставить идти точно. Было жаль времени и сил, потраченных зря.

Как-то, изнывая от смертельной тоски в очереди, я механически чертил на обрывке газеты сигналы в разных фазах. Действовали силы инерции периода борьбы с «обратной работой». Вдруг совершенно четко, как на киноэкране, я увидел новые фазовые сигналы, которые принципиально устраняют эту проклятую «обратную работу».

Для их формирования, во-первых, надо отказаться от одинаково идущих часов в передатчике и в приемнике. Их надо выбросить на свалку. Отсчет времени или фазы в точку приема должен приносить сам сигнал. В него и надо на передаче врубить метки времени. Но оказывается, это лишнее. Метки уже есть: фаза несущего колебания каждой посылки и есть отличная метка времени.

Во-вторых, для эксплуатации этих меток следует немного изменить метод манипуляции фазы: надо фазу каждой посылки отсчитывать не по единым часам (которые мы уже выбросили), а от фазы ранее переданной (предыдущей) посылки. Например, так: для передачи Нет берем фазу, обратную предыдущей (или сдвинутую от предыдущей на 180 градусов). Соответственно изменяется и метод приема: каждая предыдущая посылка (она же метка времени) хранится в памяти приемника до прихода следующей и сопоставляется с нею в блоке сравнения. Каждая посылка несет свою информацию и одновременно является меткой времени (часами) для приема последующей.

На рисунке верхние человечки изображают посылки, идущие со входа, а нижние — те же посылки, но прошедшие через линию задержки. Если человечки стоят одинаково — оба на ногах или оба на руках, — то передается плюс. Если стоят по-разному, то минус. В этом случае «обратная работа» принципиально устраняется. Даже если произойдет переворот всех посылок на обратные, информация не исказится, поскольку перевернется как данная, так и ей предшествующая посылка, а их соотношение (одинаковые они или разные) сохранится.

Поражала предельная простота метода. Неужели я первый набрел на этот лежащий на самой поверхности способ передачи и приема? Не может быть! Тут, наверное, ошибка в рассуждениях. К утру уже сомнений не было — все получается! Акробатика уничтожена. Да и Нет уже не меняются местами. Но еще три года ушло на то, чтобы создать такой канал связи. Авторское свидетельство было выдано после двухлетнего спора с экспертами. Их сбивала элементарная простота метода.

Сейчас этот метод известен под названием относительной фазовой телеграфии (ОФТ). Он попал в учебники. Слово относительный подчеркивает, что фаза данной посылки отсчитывается относительно предыдущей. ОФТ находит широкое применение в различных системах связи, особенно там, где нужно получить предельную помехоустойчивость (или скорость) передачи.

Мы на ней несколько задержались потому, что из известных методов ОФТ обеспечивает максимальную помехоустойчивость, а следовательно, и максимальную дальность. Это делает возможным ее применение в межзвездной связи.

Ура! Да здравствует контакт!

Окончание спора

О. Предположим, цивилизация X и цивилизация Y пытаются установить контакт. Как, ты думаешь, можно вычислить потребную мощность передатчика?

П. Она же зависит от многих величин, которые мы будем высасывать из пальца!

О. Вынь палец изо рта. Попробуем логически моделировать эту систему связи, опираясь на теорию и практику землян.

П. Но ведь у них техника…

О. Перестань. Техника другая, но законы, понимаешь, З-А-К-О-Н-Ы те же. Скажи мне, от чего зависит предельная дальность радиосвязи?

П. Попытаюсь вспомнить. От мощности передатчика Р — раз. От диаметров передающей и приемной антенны D1 и D2 — два. От температуры шумов на входе приемника Т — три. От рабочей длины волны λ (она определяет уровень внешних помех) — четыре… Вот, кажется, и все.

О. Слона-то ты и не приметил. Хочешь, посылай 1000 телеграмм в час, хочешь, посылай одну в сутки нужна та же мощность, так?

П. Нет, конечно. Чем больше скорость работы, тем полоса пропускания приемника Δf должна быть шире, тем больше он вбирает в себя шумов, тем больше нужна мощность передатчика, чтобы их перекричать.

О. Верно. Но это не все. Дальность еще зависит от того, насколько нам надо перекричать шум. А это, в свою очередь, определяется способом погрузки информации на переносчик. Ведь нам надо выиграть поединок на входе приемника (см. рисунки). Чем способ передачи помехоустойчивей, тем меньшую мощность надо для победы.

П. Конечно.

О. Итак, цивилизация X отстоит от цивилизации Y на расстоянии R световых лет. Подсчитай, пожалуйста, какая нужна мощность для радиосвязи.

П. Но у меня же нет ни единой цифры.

О. Держу пари, что все необходимые цифры лежат в твоем затянувшемся паутиной пессимизма «запоминающем устройстве», то бишь — голове. На какой волне меньше всего шумы Галактики?

П. Они достигают минимума приблизительно при волнах от 3 до 30 сантиметров.

О. Верно. Какой диаметр антенн достигнут в этом диапазоне?

П. Порядка сотни метров.

О. Убедился? Ты все отлично знаешь. Дальше действуй сам. Встряхни свою память. Ведь там уйма сведений валяется без дела. Вот логарифмическая линейка, бумага. А я пока полистаю свежие журналы. Да попутно оцени, сколько звезд находится в сфере радиуса R, считая, что плотность звезд в сфере такая же, как в окрестности солнечной системы.

П. Готово. Вот расчетная формула и результаты.

О. Как же ты их получил?

П. Я считал, что обе цивилизации находятся на уровне, близком к нашему. Поэтому можно принять: диаметры антенны D = 150 метров, длина волны λ = 10 сантиметров, температура шумов T = 10°К, минимальное отношение мощностей сигнал/шум N = 10.

О. А полоса пропускания приемника?

П. Я ее принял равной 10 герцам.

О. Что же это за сигнал?

П. Это либо непрерывное излучение синусоидального переносчика без всякой модуляции, либо с очень медленной модуляцией — несколько посылок в секунду.

О. Какая же нужна мощность?

П. Ближним звездам — десятки киловатт, дальним — миллионы киловатт.

О. Ну вот видишь, ты сам себе доказал, что уже сегодня мы можем прокричать «ау!» ближайшей сотне звезд. Передатчики такой мощности — это уже достижимая почти величина в нашем диапазоне волн.

П. «Ау!»-то, может, и можем, но как быть с посылкой более содержательной информации?

О. А что?

П. Будем говорить о передаче дискретных двоичных сигналов. Весьма вероятно, что именно этот гибкий помехоустойчивый метод будет использоваться. Так вот, если мы захотим увеличить скорость передачи в 100 раз по отношению к принятой в расчете, то нам нужно в 100 раз увеличить мощность передатчика. А ведь 100 посылок в секунду на нашей планете — это телеграфная линия средней скорости. Как же быть с идеей Кардашева?

О. Во-первых, у нас есть еще резервы. Например, ты слышал об уникальной антенне в Пуэрто-Рико? Ее диаметр 300 метров. Использование антенн такого типа может дать снижение необходимой мощности в сотню раз. Далее, мы можем в несколько раз снизить величину N, применяя фазовое телеграфирование и коды, корректирующие ошибки. Во-вторых, можно сложить мощности нескольких передатчиков в эфире…

П. Все равно мы не сможем создать передающее устройство, которое «выплюнет» все достижения нашей цивилизации за короткий отрезок времени. Не хватит пороху!

О. Что ты называешь коротким?

П. Скажем, дни или недели. Нельзя же вбирать эту информацию годами или десятками лет!

О. Да, пожалуй.

П. Вот видишь. Так есть ли надежда?

О. Стоп! Ведь мы с тобой условно считали, что X и Y цивилизации типа земной. Но если мы X, то Y могла уйти далеко вперед! Это может быть даже сверхцивилизация, владеющая сказочными энергетическими ресурсами!

П. Ну и что?

О. А то, что в уравнение связи входит произведение технических возможностей X и Y. Это значит, что мы уже можем принимать не только простейшие сигналы типа «ау!», но и богатейший поток информации от таких цивилизаций.

П. Ты обещал цифры.

О. Пожалуйста. Воспользуемся расчетами Н. Кардашева. Возьмем самый крайний случай. Сверхцивилизация Y решила передать нам, темным иксам, гигантский поток информации объемом, приблизительно равным содержанию всех книг, изданных за время существования человечества. Их число равно 108. Будем считать, что при преобразовании содержащейся в каждой из книг информации в двоичную в среднем потребуется 106 двоичных единиц. Можно всю эту премудрость передать за одни сутки?

П. Никогда!

О. Нет, ты посчитай.

П. Попробую. Значит, общее число посылок Да — Нет за сутки составит 106 × 108 = 1014. В сутках 105 секунд. Следовательно, в секунду надо передать 1014 × 10–5 = 109. То есть в секунду надо прокричать Да — Нет тысячу миллионов раз! Не сорвут ли игреки горло и позволят ли это те общие законы природы, на которых ты так настаивал?

О. Да не бойся ты великанов цифр. Считай дальше. Какое нужно «горло» приемника, чтобы испить всю эту информацию сполна?

П. Можно считать, что полоса пропускания приемника численно равна числу посылок в секунду. Следовательно, нужен приемник с неслыханной полосой пропускания Δf = 1000 мегагерц!

О. Может, ты теперь назовешь законы, которые препятствуют «…выдумать порох непромокаемый» и создать приемник с таким прожорливым горлом?

П. Нет. Но…

О. Но мы же хватили через край. В этом лесу из 1014 Да — Нет запутается, наверное, любая сверхцивилизация. Тут неимоверная избыточность. Фактически нужно передавать в миллионы раз меньшую информацию.

П. Все равно потребуются титанические мощности.

О. А это пожалуйста, ответят тебе сверхцивилизации. Расчеты показывают, что цивилизации II и III типа могут не только аукать на всю Метагалактику, но и легко передать основные свои тайны многим юным или медленно развивающимся цивилизациям. Если, конечно, они покинут болото сомнений и соорудят хотя бы примитивную, свою «приемную» половину радиомоста в космическую бездну.

Ну, хватит терять время. Идешь в группу? Выдай только одну двоичную единицу информации — Да или Нет? К черту всякую избыточность!

П. Да. Но…

О. Я же просил только одну двоичную единицу.

П. Это «но» относится уже к задаче, которую ты мне поставишь.

О. Тогда другое дело!

П. Я ведь всегда больше тяготел к абстракции. Разумной, конечно. Я больше люблю Врубеля, чем, скажем, Пикассо. Одно время я, как буриданов осел, долго стоял между математикой и физикой. Потом отведал того и другого и вернулся к математической куче.

О. Вот и отлично! Нам нужно создать математическую модель хотя бы двух цивилизаций, тех самых X и Y, которые упорно ищут друг друга.

П. Но…

О. За следующее «но» ты будешь избит, и не математически, а чисто физически.

П. Молчу. Буду давить их в себе, как чертят-помех.

О. Ты создашь первую модель такого поиска. Представь игру двух вычислительных машин.

П. В карты?

О. Ну и остряк! Наша игра в тысячу раз интересней! Машины изолированы друг от друга. Единственная связь — через эквивалент межзвездной среды.

П. Математический?

О. Он может быть и математическим и физическим. Это не принципиально.

П. Ну и что?

О. Одна, скажем, излучает сигналы в среду! Зовет. Меняет волны, меняет направления, изменяет временную и частотную избыточность, способы передачи. Шлет сигналы обучения своей азбуке, информацию…

П. А X в это время…

О. Подожди. В межзвездных просторах сигнал слабеет, худеет. Да еще «черти» примешивают к нему свое вредное зелье — помехи. Вот это и получает машина X.

П. Ее задача — разыскать разумный сигнал, принять и запомнить его, обучиться его азбуке, разгадать переданную «клинопись» и выдать ее нам, так?

О. Именно так.

П. А дальше?

О. Дальше сличаем поданную космическую телеграмму с принятой. Ставя X и Y в разные условия, проигрываем сотни вариантов и все ближе и ближе подходим к раскрытию тайны…

П. Все понял.

О. Берешься?

П. Да.

О. П. Ура! Да здравствует контакт!

* * *

Мы с вами, читатель, принадлежа отнюдь не к суперцивилизации, должны пока больше внимания уделять приему информации от цивилизаций, ушедших вперед. Поэтому в следующей главе речь пойдет о поиске сигналов в наших земных условиях.

 

 

Итак, мы пришли к выводу, что сегодня земляне еще не могут прокричать «ау!» в дальние просторы вселенной. Слишком слаб наш голос. Мы еще очень бедны энергией. У нас еще нет сверхмощных передатчиков и сверхнаправленных антенн. А будет ли все это?

Конечно! Ведь законы природы не ставят преград на этом пути. Сегодня землянам пока, к сожалению, не удается объединиться для решения этих задач. На планете бушуют войны. Идет невиданное в истории Земли единоборство двух систем — отживающей и народившейся. Гонка вооружения в одной и защитные действия в другой поглощают колоссальные материальные и людские ресурсы.

Но вероятно, есть миры, где проблемы типа наших, земных — и социальных и технических — уже решены. И вероятно, их обитатели давно шлют нам весточки о себе. А мы и ухом не ведем. Погрязли в своих земных делах и делишках.

Куда девалось наше гостеприимство? Кто из землян откажется накормить и напоить, обласкать и развеселить друга? Почему же мы так черствы к существам иных миров?

Они не могут сами явиться в наш дом, но они, вероятно, шлют своих гонцов: посылают сигналы. Почему же мы не встречаем этих гонцов, этих электромагнитных марафонцев вселенной? Тем более что они бегут не налегке; они, возможно, несут груз драгоценнейшей для нас информации о чудесах своей цивилизации.

Вывод один. Надо проявить к этим гонцам все хваленое земное гостеприимство. Надо их искать, встречать и принимать. А это вполне под силу нам уже сегодня. Поиск и прием сигналов не требует больших энергетических затрат. Простейшие установки для приема уже созданы. Их применяют радиоастрономы во многих странах для наблюдения естественных излучении звезд. Остается наладить координацию поисков в масштабе всей планеты. Будем надеяться, что в ближайшие годы это будет достигнуто.

Теперь обратимся к существу самой задачи поиска и приема сигналов — вестников иных миров.

Рыбки и невод

Поиск разумных сигналов напоминает поиск редчайшей золотой рыбки в океане в миллионных стаях рыб. Но игра стоит свеч. Ведь это не простая, а золотая рыбка. Она заговорит с нами. Язык ее будет не наш, не земной. Он будет каким-то другим, но обязательно разумным. И это роднит его с нашим.

Но звездный океан велик, а наш земной невод так мал. Рыб тьма, а золотых — одна-две на миллиарды. Как ее найти? Как лучше организовать поиск?

Можно, конечно, довериться теории вероятностей: опустить невод в океан и ждать. Говоря языком этой науки, существует положительная, отличная от нуля вероятность того, что золотая рыбка сама заплывает в невод.

Ситуация похожа на один из рекомендованных способов поимки льва в Сахаре. Ставим в любом месте клетку, распахиваем дверцу и терпеливо ждем.

Сколько придется ждать до первого улова — столетия или секунды, — к сожалению, теория вероятностей принципиально ответить не может. Этот пассивный метод рыболовства и охоты может затянуться на века. Давайте попытаемся найти более быстрые, активные методы поиска.

Начнем с ограничения пространства, в котором мы ведем поиск. Для этого очертим вокруг нашей звезды гигантскую сферу столь большого радиуса R, чтобы Солнце со всеми своими детьми — планетами — казалось лишь сверкающей бриллиантовой точкой в центре этого шара. (Кто может запретить нам, землянам, вообразить такую сферу, где наша солнечная система занимала бы наконец центральное положение?!) Чем больше радиус сферы, тем больше звезд в ней, тем больше шансов встретить очаг разума в ней.

Далее, попытаемся организовать поиск разумных сигналов, возможно посылаемых какими-нибудь звездами (точнее, их планетами), находящимися внутри нашей сферы.

Назовем цивилизацию, ищущую сигналы других, икс-цивилизацией, а ее обитателей — иксами. (В нашем случае это мы, земляне, ведь мы — несмотря на все наше величие — пока являемся безликими иксами для других обитателей космоса.) А тех, кто уже трубит во вселенной, назовем игреками.

Итак, иксы — эти энергетические бедняки, то есть мы — раскинули свои приемные установки в центре сферы и упорно ловят сигналы игреков. Где в этой сфере блаженствуют игреки — повелители больших энергий, — нам пока неизвестно. Какие у нас, иксов, шансы наткнуться на разумный сигнал в зависимости от радиуса обследуемой сферы?

Мы их оценивали в первой главе. Учеными получены различные значения этой вероятности. Воспользуемся средней величиной: на миллион звезд приходится лишь одна с развитой цивилизацией. Общее число звезд в Галактике равно 1011. Отсюда число «цивилизованных» из них составляет 105.

Зная объем нашего млечного созвездия, можно определить «среднее» расстояние между этими звездами. А считая, что они равномерно разбросаны по всей Галактике, приходим к выводу, что это «среднее» порядка 1000 световых лет.

Но, может возразить читатель, все эти рассуждения «в среднем»; они типичны для теории вероятностей, оперирующей массовыми явлениями. Нас же при поиске интересует не вся картина, а контакт с хотя бы одной-единственной ближайшей цивилизацией. И, полагая, что «цивилизованные» звезды, если они есть, конечно, хаотически разбросаны в космосе, мы можем считать, что расстояние до ближайшей цивилизации может быть как значительно больше, так и значительно меньше среднего. Закон отклонения от среднего этой случайной величины, конечно, будет установлен. Но для этого нужно обнаружить для начала хотя бы… первый десяток цивилизованных звезд.

Минимальный радиус нашей сферы, о которой мы только что упоминали, равен, очевидно, расстоянию до ближайшей звезды — альфы Центавра. Он составляет 4,3 светового года. При этом мы отбрасываем гипотезу Шепли, будто сигналы могут также слать «дети тьмы» — обитатели остывших, несветящихся звезд (гл. I). Ведь если ее принять, то надо обследовать не только отдельные звезды в нашей сфере, а и темное пространство между ними, весь ее объем. Это хотя, правда, и увеличит шансы, зато чрезвычайно осложнит поиск. Ввиду спорности гипотезы будем пока вести обследование только звезд.

При увеличении радиуса сферы до 16 световых лет число звезд в ней возрастет до 47. При увеличении до 100 — число звезд увеличится до 10 тысяч, а сфера радиусом в 1000 световых лет захватывает звезд до десяти миллионов. В глазах рябит. Неизвестно, с какой начинать и какой кончать. Немыслимо для каждой звезды организовать свой наблюдательный пост. Можно только разбить нашу сферу на секторы по числу земных установок и поочередно «прослушивать» каждую из звезд сектора.

Если на одной из них есть цивилизация, то разумные ее существа наверняка столкнутся с одним важным обстоятельством. Конечно, они знают, что самый надежный способ дать о себе знать — это кричать «ау!» сразу во всех направлениях. И они знают, что для этого надо применять всенаправленную антенну (ее называют также ненаправленной), которая не имеет ни одного вытянутого лепестка и излучает энергию одинаково во все стороны. И лишь тогда волны, несущие золотую рыбку, заполнят всю сферу; тогда их может поймать любая цивилизация, находящаяся в любой точке сферы, в том числе и в ее центре (то есть мы). Знают они также, что, к сожалению, такой метод передачи катастрофически снижает мощность сигнала в точке приема: замена направленной антенны диаметром D = 100 метров на ненаправленную даст снижение мощности на приеме в 10 тысяч раз (D2). Им ведомо, что этим тут же воспользуется враг номер один — помехи, которые, как только сигнал станет соизмерим с помехами, начнут сразу же его терзать и рвать на части. Поэтому такую роскошь — сразу кричать: «Всем! Всем! Всем!» — они могут себе позволить только в том случае, если их развитие достигло уровня сверхцивилизации; если они оседлали свою звезду, а может быть, и не только ее. Энергии у них в таком разе «куры не клюют», и почему бы им не бросить ее на благородное дело радиоконтакта со своими (младшими) братьями и не оказать им идейной помощи (в том числе и нам, землянам)?

А как быть цивилизациям, которые еще, подобно нам, добывают энергию в основном «из-под себя» — из угля, нефти, урана — и в очень скромных масштабах? Им (конечно, и нам, если мы захотим давать о себе знать жителям иных планет) остается один путь — применение остронаправленных антенн и поочередная посылка радиоприветов окружающим звездам. Волны будут заполнять тогда уже не всю сферу, а только узкий конус с вершиной в их планете. И золотая рыбка принципиально может попасть в наш, земной, невод только тогда, когда они, игреки, нацелят этот конус на Солнце, а с ним и на нашу Землю.

Как же угадать этот момент и направить наш земной невод (приемник) именно на эту сигналящую нам звезду? Как долго они будут нас облучать? Увы, все это неизвестно. Но кое-что может подсказать наша земная логика.

Раз физические законы едины во вселенной, то и логика мыслящих существ разных миров должна быть схожа. Ход рассуждения игреков может быть такой. Очень быстро переключать свои «ау!» с одной звезды на другую нельзя. Ведь иксы не только не успеют распознать в сигнале разумные элементы, но и вовсе не заметят его. С другой стороны, долго задерживаться на каждой звезде тоже нельзя. Тогда один цикл поочередной посылки радиоприветов окружающим звездам растянется на века, а ведь разум может оказаться на самых последних звездах этого цикла! Остается идти широкой дорогой компромисса. Какой? Порассуждаем за игреков и будем считать, что, приняв миллион посылок типа Да — Нет, иксы (то есть мы) сумеют обнаружить в них следы разума.

Но момент начала облучения случаен. Поэтому они могут принять не всю последовательность в миллион знаков, а только, например, последнюю ее часть.

Поэтому берем, рассуждают игреки, стократный запас: излучаем сто миллионов посылок каждой звезде. Теперь надо выбрать длительность одной элементарной посылки типа Да — Нет. Это очень важный параметр. Ведь время передачи каждой звезде есть произведение именно длительности одной посылки на общее их число.

Если передачу вести длительными посылками, например одна посылка в секунду, то каждой звезде надо выделить 108 секунд, или 100 дней. Длительные посылки привлекательны тем, что они позволяют сделать очень узким горло приемника. Для секундных посылок оно составляет всего лишь один герц. Это существенно облегчило бы иксам (то есть, конечно, и нам, землянам) выделение получаемых сигналов из хаоса всевозможных помех.

Но при этом методе игрекам придется затрачивать колоссальное суммарное время, даже если они станут кричать разным звездам «ау!» одновременно из ста передатчиков с остронаправленными антеннами. При числе облучаемых звезд, скажем, 107 («ау!» в радиусе тысячи световых лет) один цикл займет 300 тысяч лет! Число явно неприемлемое (даже если предположить, что срок жизни кричащих «ау!» таинственных игреков заметно превышает земной).

«Где выход?» — будут вопрошать настойчивые игреки. И их ученые мужи, вероятно, с достоинством ответят, что он скрыт в скорости передачи. Надо передавать быстрей. Это значит — надо уменьшить длительность посылки Да — Нет. Если сразу ее уменьшить в миллион раз, то вместо секунды получим микросекунду. (Такие посылки широко применяются у нас, землян, в радиолокаторах, в радиорелейных линиях, в электронных вычислительных машинах.)

Те же ученые-игреки обязательно заметят, что приемник иксов сможет проглотить эти золотые рыбки (размером в одну микросекунду) только при увеличении горла в миллион раз! То есть вместо одного герца этим недоразвитым иксам, подумают игреки-ученые, придется сделать приемники с горлом, пропускающим один миллион герц. К счастью, из-за хаотического нрава помех их напряжение в приемнике при этом возрастает не в миллион раз, а только в корень квадратный из этой величины, то есть в тысячу раз.

Таким образом, принеся частично в жертву интересы бедных иксов (заставив их раскрыть горло своих приемников в миллионы раз шире и тем самым усилить позиции врага № 1), игрекам удастся добиться приемлемого времени одного цикла облучения.

В этом случае игреки передадут по сто миллионов посылок каждой из ста тысяч звезд уже не за 300 тысяч лет, а всего за четыре месяца!

Но это уже другая крайность. Иксы, проводящие дни и ночи у приемников, могут не успеть заметить золотую рыбку. Ведь каждая звезда (в том числе и наше Солнце) будет облучаться лишь 100 секунд! Периодическое повторение циклов мало что изменит: слишком ничтожны эти сто секунд на временном отрезке в четыре месяца.

Выходит, будут рассуждать ученые-игреки, приемлемого времени цикла мы добились, но слишком ничтожное время уделяется каждой подозреваемой в разумности звезде. Где же выход?

Опять будут заседать умнейшие из игреков. Опять будут спорить и потрясать своими конечностями (какие они, сколько их и сколько пальцев-щупалец на каждой из них — все это откроет будущий радиоконтакт). Возможно, этими игреками будет принято следующее решение — значительно уменьшить число облучаемых звезд. Для этого они исключат звезды, где маловероятно возникновение жизни: то есть звезды, не лежащие в средней части главной последовательности, двойные и тройные звезды, звезды, не имеющие планет, звезды… (многоточие относится к тем многим признакам, которые уже известны игрекам и еще неизвестны нам, землянам).

Будем считать (теперь уже мы с вами, читатель), что после кропотливой проверки по этим признакам число звезд в досье игреков (раздел «Возможен разум») уменьшится в 100 раз, и вместо десяти миллионов останется только сто тысяч звезд.

В итоге игреки принимают такое компромиссное решение: «Одновременно посылать сигналы не одним, а сотней (100) передатчиков. За каждым передатчиком закрепить по одной тысяче „подозреваемых в разуме“ звезд. Цикл работы каждого передатчика (пересчитанный на земной масштаб времени) взять равным одному году. Это значит, что, посылая „ау!“ поочередно каждой из закрепленных за передатчиком звезд, он должен через год обойти их. Отсюда легко посчитать длительность сеанса с каждой звездой: она составит приблизительно 8 часов».

Если эти циклы повторяются, то раз в год в течение восьми часов золотые рыбки будут плыть и в наш (земной) невод.

Давайте случайно выберем эти восемь часов на интервале года и включим земную приемную установку. Пусть наша антенна смотрит на излучающую сигналы игреков звезду и приемник настроен на их рабочую волну. Расчет дает вероятность поимки золотой рыбки в этом случае, равную одной тысячной (P = 0,001).

В среднем из тысячи таких хаотических включений земной оператор может наткнуться на разумный сигнал один раз.

Дела наши, прямо скажем, не блестящи. Но ведь мы взяли для поиска сигналов гигантскую сферу радиусом в тысячу световых лет. Самый удаленный игрек в этой сфере, может быть, отстоит от Земли как раз на «среднем расстоянии» между цивилизациями. А может, землянам еще раз повезло и «зеленые человечки» находятся ближе — ну, скажем, в радиусе 100 световых лет?

Игреки, эти умные создания, владеющие теорией вероятностей еще лучше землян, прекрасно знают цену «средних» цифр. Поэтому они начнут поливать своими сигналами сначала ближайшие звезды, а затем постепенно станут расширять радиус облучаемой сферы. На каком-то отрезке времени (он должен быть достаточно велик) они будут проходить нашу сферу в 100 световых лет.

Число звезд в сфере уменьшается так же, как ее объем, то есть обратно пропорционально кубу радиуса сферы R. При радиусе в 100 световых лет их число уменьшится до 10 тысяч. Следовательно, ситуация облегчится в тысячу раз.

Затем игреки обязательно (ведь они дьявольски умны) отберут звезды, подозреваемые в наличии разумных обитателей. Это, как и ранее, позволит им уменьшить число звезд еще в сто раз. Теперь на каждый из их ста передатчиков придется по одной-единственной звезде.

Значит, игреки могут непрерывно облучать эти подозреваемые 100 звезд, прикрепив к каждой из них один передатчик. Ну, а если их цивилизация еще энергетически бедна и ненамного ушла от нашей, то им можно и уменьшить число передатчиков до 10. Тогда каждую звезду они будут облучать сигналами один раз в год в течение месяца. Это уже дает иксам (и конечно, и нам) обнадеживающую вероятность при случайных наблюдениях, равную одной десятой (P = 0,1).

Одной из таких ста «подозрительных» звезд вполне может оказаться наше Солнце. Тогда какой-то из конусов с золотыми рыбками будет нацелен и на нашу звезду и ее планеты. Остальное должны сделать мы сами — иксы, то есть выловить рыбок своим неводом.

Следовательно, в нашей земной глуши, по-видимому, следует искать как всенаправленные сигналы сверхцивилизаций, так и периодически (или хаотически) появляющиеся излучения цивилизаций типа нашей.

Обитатели сверхцивилизаций — эти энергетические короли космоса — могут себе позволить одновременно излучать сигналы всем окружающим звездам. Они игнорируют ромашку с одним вытянутым лепестком и заменяют ее пышной антенной — астрой. Более того, они могут поддерживать льющийся из астры гигантский поток энергии и информации достаточно долго. По нашим земным меркам, поток сигналов может литься годы, десятилетия, столетия. А это упрощает нашу задачу поиска. Надо только в любое удобное для нас (и всех других иксов) время навести антенну на звезду сверхцивилизации и упорно искать среди всех прочих ее излучений разумный сигнал.

Во втором случае (если считать, что инопланетяне облучают нас периодически) иксам надо быть более изворотливыми и поймать хотя бы один цикл облучения своей планеты.

Увеличивая число приемных установок, или число погружаемых неводов в звездный океан, мы будем увеличивать наши шансы. Тем более что увеличению числа радиоприемных пунктов, в отличие от передающих, не препятствует существующая пока ограниченность энергетических ресурсов землян.

Далее, земляне по результатам своих астрономических и радиоастрономических наблюдений могут также заметно сузить число подозреваемых «цивилизованных» звезд. А это повысит вероятность того, что золотая рыбка, «будя она будет», заплывет в одну из наших гигантских антенн.

Сумеем ли мы ее распознать — это уже вопрос другой, и в последующих разделах мы попытаемся ответить на него.

Таким образом, в очерченной нами сфере вырисовывается следующий вариант поиска сигналов других цивилизаций. Вначале поиск надо вести в малой сфере — радиус R берется равным расстоянию до ближайших звезд. Их немного, и поиск можно начинать, имея одну или несколько радиоприемных установок.

Не услышав гласа разума этих звезд, надо постепенно увеличивать радиус сферы R сначала до сотен, а потерпев и тут неудачу — до тысяч световых лет. При этом надо обязательно увеличивать число земных приемных установок.

Обследование огромного числа звезд в гигантской сфере радиусом в тысячи световых лет потребует объединения усилий всего человечества.

Волна и полоса

Пусть золотая рыбка наконец попала в главный лепесток нашей антенны — ромашки. Значит ли это, что радиосигнал будет принят? Нет, не значит. Это условие необходимое, но еще недостаточное. Есть два дополнительных требования. Первое: приемник должен быть настроен именно на ту волну, на которой сигналит цивилизация игреков. Второе: горло приемника, или его полоса пропускания, должно быть не ýже, чем полоса, занимаемая сигналом. Только при выполнении этих условий приемник проглотит золотую рыбку и появится надежда отыскать ее среди всяческих помех.

Но как уважаемые игреки сообщат нам: «Слушайте нас на волне λ! Горло приемника Δf!»? Таких телеграмм до установления первого контакта, естественно, нам не получить. Значит, надо рассчитывать только на свою догадливость. Ведь обнаруживала же радиоразведка союзников радиосигналы, посылавшиеся гитлеровским командованием своим подводным лодкам, разбросанным по всем морям и океанам. А ведь эти сигналы были очень короткие (доли секунды); каждый сеанс связи проводился на новой волне; время связи менялось по случайному закону. И все-таки сигналы перехватывали.

Правда, эта задача проще поиска сигналов других миров. Ведь уровень техники был приблизительно одинаков у обеих воюющих сторон. Кроме того, всегда имелись какие-то данные разведки до начала перехвата сигналов противника. Но ведь у нас они тоже есть: земная наука и есть та предварительная разведка, которая может кое-что подсказать об игрек-цивилизации. Ведь разумные существа разных миров изучают в школах одни и те же физические законы. И вот что подсказывает нам эта «разведка» о рабочей волне игрек-цивилизации.

Имеется участок радиоволн, где сумма всех шумов, приходящихся из космоса, достигает минимума. Мы с этим уже знакомились (см. на стр. 105). Он расположен приблизительно между 3 и 30 сантиметрами. Это не местное земное явление. Оно имеет общий характер. Логично предположить, что игрек-цивилизация будет сигналить в этом участке. Здесь враг номер один — помехи — минимален, и это существенно повышает шансы быть услышанным.

Далее, сама природа подарила обитателям вселенной стандарты частоты. Мы уже о них говорили: это излучение водорода на волне длиной в 21 сантиметр, излучение гидроксила OH на волне в 18 сантиметров и др.

Американские ученые Д. Коккони и Ф. Моррисон высказали многообещающую идею — сигналы надо искать именно на этих волнах. Ход их рассуждений такой. Всякая цивилизация нашего уровня развития и более высокого знает эти частоты. Знает, что они есть повсеместно во вселенной. Знает, что они очень стабильны во времени. Следовательно, их неизбежно посетит та же мысль — настроить на них свои межзвездные передатчики и свои приемники.

Теперь о выборе полосы приемника. Что тут нам подсказывает наша разведка? Самый простой метод сигнализации — это излучение гармонического колебания (например, на одной из волн природных стандартов) без всякой модуляции.

Источником таких колебаний может служить, например, атомный генератор. Его особенностью является поразительная стабильность частоты генерируемых колебаний. За годы она может изменяться лишь на доли герца.

Задача повышения стабильности частоты появилась уже в линиях связи А. С. Попова. Первые пять десятилетий радиотехника не знала атомных генераторов. За это время были найдены десятки остроумных способов уменьшения хаотической «пляски» частоты. Тут и термостатирование генераторов, тут и схемы компенсации, тут и использование кварцевых пластинок… Но ни один из них не давал практически полного уничтожения этого легкомысленного поведения частоты. Появились даже «теоретики», доказывавшие принципиальную невозможность решения этой задачи. Но оказывается, вопреки этим ученым мужам в Природе издавна существуют такие стандарты частоты. Как мы уже разбирали, при перескоке электрона на более низкий энергетический уровень он излучает именно такое сверхстабильное по частоте колебание. Для его использования надо только заставить электроны дружно прыгать и научиться извлекать их излучения из атомов. Земляне уже овладели этим (для ряда атомов). Игреки же, шагающие где-то впереди по спирали прогресса, тем более владеют этой тайной Природы.

А не примут ли иксы это искусственное излучение за одно из естественных? Нет. Их различить легко. Все естественные излучения имеют широкий спектр. Даже излучение на волнах природных стандартов сильно размыто и имеет спектр в десяток тысяч герц. Искусственно же излучаемое колебание при отсутствии модуляции будет занимать в тысячи раз меньшую полосу. Следовательно, начинать поиск надо с обследования волн природных стандартов с длиной в 21, 18… сантиметров, а также 21/2 · 18/2… сантиметров.

Для поиска такого гармонического сигнала горло приемника может быть взято очень узким — порядка единиц или нескольких десятков герц. Такой приемник сможет принимать и сигналы с медленной модуляцией. Если говорить о сигналах Да — Нет, то число этих посылок в секунду должно быть равно приблизительно полосе пропускания.

Например, при полосе приемника Δf = 15 герц можно принять сигнал, несущий 15 двоичных посылок.

Если же мы таким приемником попытаемся воспринять сигнал с более высокой скоростью передачи, например в 100 посылок в секунду, то потерпим фиаско. Поясним это. Каждая посылка вызывает в контурах приемника свой колебательный процесс. Если этот процесс почти затухает к приходу следующей, то посылки не мешают друг другу. Если нет, то дело плохо, так как каждую посылку начинают подталкивать и давить следом идущие. А разве нельзя посылки призвать к порядку и заставить затухать к приходу следующей?

Конечно, можно! Но сделать это удается единственным способом — расширить горло приемника (чем короче посылки, тем шире должно быть горло).

Представим каждую посылку в виде некой гипотетической птахи. Белая птаха соответствует посылке Да, черная — посылке Нет. Если горло приемника выбрано правильно, то птахи в приемнике не мешают друг другу. Если же мы возьмем более узкую полосу, то у наших пернатых… появится хвост. Он вылезает из отведенной каждой посылке-птахе области во времени и накладывается на следующие за ней. Удивительным свойством нашей птахи является зависимость длины хвоста от полосы: чем уже полоса, тем длиннее вырастает у нее хвост. Устремляя полосу к нулю, мы получим невиданную в природе птаху с бесконечно большим хвостом. А чем длиннее хвост, тем на большее число соседних посылок он накладывается. В результате на каждую посылку накладывается много хвостов от предшествующих. И образ птахи исчезает в этом ворохе черно-белых хвостов: сигнал превращается в шум.

Нечто подобное имеет место и при наблюдении локатором нескольких самолетов. Пока самолеты далеко друг от друга, на индикаторе мы их четко различаем. Но вот они сближаются, и наступает такой момент, когда различить отдельные самолеты невозможно: отраженные от них импульсы накладываются друг на друга и образуют хаос.

Мы не знаем, какой длительности посылки начнет выбрасывать в космос игрек-цивилизация. Значит, мы не знаем, какое взять горло приемника. Придется иметь либо набор поисковых приемников с разным горлом, либо вводить его регулировку.

В первом случае можно производить одновременный анализ в разных полосах, во втором — только последовательный.

Набор приемников с разным горлом можно заменить одним, но на его выходе подключить ряд фильтров с различной полосой пропускания и наблюдения вести одновременно на всех фильтрах.

При оценке минимальной полосы пропускания приемника мы молча предполагали, что расстояние между цивилизациями икс и игрек не меняется. На самом деле все небесные тела, как мы видели, находятся в движении относительно друг друга. Поэтому нам не обойти и не объехать эффект Допплера, о котором уже говорили.

Если происходит сближение небесных тел с цивилизациями икс и игрек, то частота принимаемого сигнала будет расти: у световых колебаний это называется синим смещением. Если расстояние увеличивается, то частота уменьшается: для света это красное смещение. Значит, нельзя выбрать приемник с узким горлом в десяток герц?

Оказывается, можно. И выручает нас в этом случае большая масса небесных тел. Как движение планет в пространстве, так и их вращение вокруг своих осей происходит сравнительно медленно. Поэтому изменение частоты из-за эффекта Допплера будет тоже происходить медленно. Оператор или автомат вполне могут успевать время от времени подстраивать приемник. Значит, узкополосный приемник пригоден. Но если мы ищем сигнал на волне, например, λ, то надо тщательно обследовать окрестности этой частоты λ ± Δλ для того, чтобы учесть возможные допплеровские сдвиги. С каким же горлом нам следует сооружать приемники — с узким или широченным?

И с тем, и с другим. Энергетические бедняки космоса (цивилизации нашего уровня) ставят скромную задачу — заявить о себе всем цивилизациям в радиусе, доступном их энергетике, сказать, что они есть. Они будут сигналить узкополосными или даже гармоническими колебаниями; на большее у них не хватит пороху. Их сигналы нам надо ловить приборами с узким горлом.

Энергетические короли космоса пойдут дальше; они будут как из пожарного гидранта поливать нас мощным потоком информации. Для ее приема потребуются приемники с гигантским горлом. Но и короли, наверное, будут чередовать свой мощный поток с простым гармоническим колебанием (может, с медленной модуляцией). Это позволит обнаружить их даже узким горлом, и притом на больших дистанциях.

Вырисовывается такая методика поиска: вооружаемся приемником с рядом узких и широких полос пропускания; диапазон его рабочих волн должен лежать в области минимума космических помех. Приемником этим обследуем сначала участки в области естественных стандартов частоты (с учетом эффекта Допплера), как наиболее вероятные для использования, затем уже весь диапазон.

Ох, и нелегкая эта работа — найти в море-океане золотую рыбку!

Радио или свет?

А может, нам сигналят не радиоволнами, а световыми пучками лазера? И погружать невод нужно не в радио-, а в световые волны?

Ведь милый световой зайчик таит, как мы установили, колоссальные возможности. Он может транспортировать информацию в десятки тысяч раз большую, чем радиоволна. Этот узкий, почти параллельный пучок когерентного света, казалось бы, может пронзить любые просторы космоса. Так ли это?

Источник когерентного излучения в лазере, например кристалл, имеет, к сожалению, не бесконечно малые, а конечные размеры. В параллельный же пучок, как доказывается в оптике, можно собрать только излучение точечного источника, то есть источника, имеющего исчезающе малые размеры. Но чем большую мощность луча мы хотим получить, тем больше должны быть размеры излучателя. Следовательно, с надеждой получить от большого лазера абсолютно параллельный пучок света, который не рассеивает свою энергию в пространстве, мы должны проститься.

Вместе с тем лазер позволяет получить очень узкие пучки направленного излучения; в сотни раз более узкие, чем в радиодиапазоне. Раствор когерентного светового пучка лазера может быть сделан порядка десяти секунд, а используя оптические линзы, его можно довести до единиц секунд. Главный же лепесток антенны в сантиметровом радиодиапазоне можно сделать только порядка одного градуса. Следовательно, лазерная установка с оптикой способна сконцентрировать энергию в нужном направлении приблизительно в 300 раз сильнее, чем радиоустановка.

Но не только концентрация войск в направлении удара решает операцию. Не меньшее значение имеет также концентрация войск противника на этом же направлении; в нашем случае — концентрация помех.

Как же выглядит единоборство лазерного сигнала и помех в мире света? Скажем прямо: хуже, чем в радиодиапазоне. Здесь помехи еще сильней наседают на сигнал. Посылающая нам световой привет и информацию игрек-цивилизация, можно сказать, находится в самом логове врага. Ведь она развилась и находится под благодатными лучами своей звезды, своего игрек-солнца. А это же гигантский источник световых помех. Его свет и есть колоссальная помеха для разумных световых сигналов. Звезда излучает свет во всех направлениях (у нее вполне хватает энергии для этого) и во всем световом спектре — от инфракрасного до ультрафиолетового. Значит, куда ни кинь — всюду клин. Куда бы и на какой бы волне ни излучал лазер, вместе с его лучами будут спешить и помехи — лучи родной звезды. Луч лазера будет тонуть в них. И наш земной приемник световых сигналов будет ослеплен звездой. Он не различит слабый искусственный сигнал так же, как днем солнечный свет ослепляет нас и мы не видим звезд на небе.

В более выгодном положении оказываются «дети тьмы», обитатели померкших звезд — черных карликов. Они не знают радости «с песней встречать свое солнце» рано утром и задумчиво провожать его вечером. Зато у них нет и световых помех. Но существование их, как мы уже говорили, весьма проблематично.

Однако не следует падать духом. Есть все-таки у лазера возможность перехитрить помехи. В спектре излучения любой звезды есть провалы: участки, где практически нет излучения. Это так называемые линии поглощения. Величественная газовая корона звезды сама поглощает излучение на некоторых частотах, и в спектре ее света образуются как бы ямы. Вот в этих ямах и может обосноваться луч лазера. Так как его излучение когерентно, то оно значительно ýже этих световых ям и не будет сливаться с излучением ее краев.

Приемник такого излучения должен иметь световой фильтр, пропускающий свет лазера только из «ямы» и поглощающий излучение соседних участков спектра звезды. (Надо заметить, что проблема построения таких фильтров еще полностью, к сожалению, не разрешена.)

Кроме того, враг номер один, как нам теперь известно, свивает гнездо в самом приемнике: приемник всегда шумит (подобно некоторым землянам). Не миновала эта горькая доля и приемники когерентного света лазера.

Наиболее распространенным приемником световых колебаний является так называемый фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Умножителем он назван не случайно. Изобретательные земляне смастерили устройство, которое работает как таблица умножения. Входной луч, переходя от одной пластины к другой (их называют анодами), выбивает в несколько раз больше электронов из каждой из них, чем в падающем на пластину луче. Это дает в сумме гигантское умножение энергии входного сигнала и наводит на мысль, что таким прибором можно успешно ловить сигналы иных цивилизаций. Однако и он не лишен пороков.

Если исключить воздействие света на ФЭУ, например закрыть его входное окно непрозрачной пластинкой или рукой, то на его выходе все равно останется некоторый уровень хаотических колебаний (его часто называют темновой ток). Это и есть собственные шумы ФЭУ, а они, оказывается, значительно выше, чем собственные шумы приемников радиодиапазона.

Мешают работе приемников лазерного света и значительные галактические шумы. Миллиарды светящихся звезд в сумме создают заметный световой фон, который тоже воздействует на наши принимающие световые устройства.

Надо еще заметить, что мощности лазеров, достигнутые на нашей планете, пока невелики и составляют приблизительно десятки ватт в непрерывном режиме, что значительно меньше мощностей, достигнутых в радиодиапазоне.

Что же перспективнее и скорее приведет нас к успеху — свет или радио? Если исходить из сегодняшних наших достижений, то очень большие космические расстояния нам еще не под силу перекрыть световыми волнами. Вместе с тем не исключено, что некая игрек-цивилизация научилась создавать и управлять очень мощными пучками когерентного света. Это может заметно облегчить их прием на Земле даже при существующей технике лазерных приемников.

Есть еще одно обстоятельство, затрудняющее световую связь, — это… узость пучка. С одной стороны, она нам помогает концентрировать энергию, с другой — затрудняет попадание в цель. Так, с ближайших звезд диаметр орбиты Земли виден под углом в одну секунду. А это и есть приблизительно угол пучка лазера. Допустим, игрек-обитатели направили свой луч в солнечную систему. Им долго придется «шарить» по всем планетам нашей системы, чтобы попасть на ту, где есть с кем беседовать. А конус радиолуча в подобной ситуации может охватить сразу все планеты звезды.

Из всего сказанного следует, что сегодня наиболее перспективным является и передача, и поиск радиосигналов в радиодиапазоне.

Вместе с тем нельзя забывать и световой пучок. Повышение чувствительности приемников, создание узких светофильтров, вынос приборов за пределы атмосферы позволят начать эффективный поиск возможных лазерных гостей.

Как разгружать?

Пусть сигнал наконец захвачен приемной установкой. Пусть полоса пропускания приемника достаточна для разрешения отдельных его элементов (посылок, знаков, букв). Пусть помехи не так уж велики и сигнал уверенно выглядывает из-под них. Остается еще одно «пусть», без которого овладеть сигналом невозможно. Надо распознать, каким способом нагрузили игреки свою информацию на несущее колебание. Зная это, мы применим в приемнике именно тот детектор, который способен снять полезный сигнал с несущего колебания, сделать разгрузку.

Рассмотрим один из наиболее вероятных случаев — передачу двоичной информации — самые простые информационные посылки типа Да — Нет, если не считать гармоническое колебание. Для их передачи имеются, как мы уже упоминали, четыре основные возможности: воздействие на амплитуду, на частоту, на фазу и на форму излучаемой волны. Значит, детектор должен уметь разгружать информацию при всех четырех видах ее «упаковки» на передаче. Поэтому придется пойти на дальнейшее усложнение приемника и иметь для каждого вида сигналов свой детектор. Их можно включить параллельно и одновременно искать сигнал на выходе каждого.

С амплитудным и частотным сигналами справиться легко: достаточно использовать обычные наши детекторы. Но как быть с фазовыми сигналами и сигналами, меняющимися по форме? Ведь разгрузить такую информацию принципиально можно только при наличии на приеме некоторых предварительных сведений о сигнале, то есть, как мы уже говорили, надо знать, какая форма несет Да, а какая — Нет! Или, говоря на языке радиотехники, надо знать опорные сигналы.

Поясним это примером. Некий детектив ищет в толпе двух незнакомых ему людей. Опорными сигналами ему служат их фотографии. Сличая фотографии с мелькающими лицами, он может отыскать необходимых ему двоих. Все остальные являются как бы внешними помехами в этой операции, они затрудняют поиск. Есть тут и внутренние помехи: это изменение в одежде, в прическе, наложение грима и даже пластические операции. (Последний варварский метод, например, в ходу у скрывающихся соратников Гитлера. Но и он не всегда им помогает.)

«Орлиным взглядом, — как часто пишут в приключенческих романах, — сравнивая живые лица и их копии на фотобумаге, бывалый детектив быстро вылавливает незнакомцев». Нечто подобное происходит в приемнике. В память приемника записывают две возможные формы сигнала. Глаз детектива заменяется двумя перемножителями. В одном образуется произведение входного сигнала на первый опорный сигнал, а в другом — на второй.

Если входной и опорный близки по своей форме, то на выходе перемножителя возникает заметный импульс. Если это совершенно разные «лица», то вместо импульса возникают слабые хаотические всплески. Так производит разгрузку электрический детектив, отбирая из хаоса помех информацию, запакованную в фазу или форму волны.

Заметим, кстати, что двоичный сигнал Да позволяет обойтись только одним опорным сигналом. При этом сигнал Да, например, совпадает с опорным, а сигнал Нет есть тот же сигнал, но перевернутый вверх тормашками, или «манипулированный на 180°». (Тут наша аналогия сигналов и лиц теряется; поворот лица на 180 градусов еще не делают даже всемогущие писатели-фантасты.)

Но у нас нет опорного сигнала! Мы понятия не имеем, каким его выберут наши милые «зеленые человечки». А ведь эти два метода передачи наиболее активны в борьбе с врагом номер один — помехами, и применение их вполне возможно. Как же быть?

При организации связи у себя дома, на своей планете, такая задача тоже иногда возникает, и именно тогда, когда на приеме неизвестен опорный сигнал (или очень сложно его туда сообщать).

Мы, земляне, нашли выход из этого тупика и стали опорный сигнал упаковывать в ту же волну, которая несет и информацию. Вы скажете, что для его приема тоже требуется некий свой опорный! Вовсе нет. Можно, например, сделать так, что каждая предыдущая посылка, будь она Да или Нет, служит опорой для приема последующей. Для случая фазового канала мы уже разбирали работу такого приемника (см. на стр. 117). Так же можно строить передачу и при изменении формы волны. Отрезок шума (сигнал), совпадающий с предыдущим, несет Да, а перевернутый вверх тормашками, вежливее сказать — «умноженный на минус единицу», по отношению к предшествующему — сообщает Нет.

Методы передачи, когда каждая предыдущая посылка является опорной для последующей и в то же время несет свою информацию, получили название относительных.

Эта элементарная идея, вероятно, давно осенила разумные существа, выстреливающие свои сигналы в космос. Ведь они шагают впереди нас по тропе разума. Может, они начали раньше свой путь. Может, быстрее преодолели дистанцию от каменных рубил до повелевания гигантскими потоками энергии.

Так или иначе, но они могут применять относительные методы передачи в посылаемых «ау!» и могут заряжать этими снарядами свои мирные пушки, пока самые дальнобойные из известных на нашей планете.

Допустим, что игреки, нагружая свои Да и Нет на фазу или форму волны, не посылают нам свой опорный сигнал, то есть ведут передачу не относительным методом, а считают, что мы умны и сами догадаемся, какой опорный сигнал надо подать в детектор. Если мы действительно догадаемся это сделать, то и тогда он нам не сослужит службы. Ведь этот наш местный, земной сигнал не прошел сквозь космические джунгли, через которые продирался к нам сигнал игреков. И эти джунгли не искажали, не терзали, не кусали его так, как они это делали с посылками игреков. Более того, каждая такая посылка или их группа искажалась космосом по-своему. Поэтому наш чистый, тепличный опорный сигнал будет слабо похож на приходящий из космоса и принципиально не сможет следить за переменными искажениями космического пришельца. Сходство местного и приходящего сигналов будет пропадать, а следовательно, будет пропадать и стойкость к помехам. При относительном же методе передачи опорная предыдущая посылка, как верный поводырь, бегущая чуть-чуть впереди основной по всей трассе связи, так же как и основная, искажается в пути, и обе искаженные одинаково сохраняют сходство.

Следовательно, если к нам придет сигнал игреков с упаковкой информации в фазу или форму, то, вероятно, опорный сигнал будет заботливо упакован в эту же волну.

Как идет разгрузка такой информации в детекторе? Очень просто. Каждая данная посылка запоминается на время, равное ее длительности. Это позволяет совместить ее с последующей. Затем с ними надо проделать простое арифметическое действие: их надо перемножить.

Запоминание посылки осуществляется обычно с помощью линии задержки. Линия задержки — это как бы заросли из катушек и конденсаторов, которые мешают сигналу бежать с обычной скоростью. Меняя густоту и протяженность этих зарослей, можно менять задержку сигнала и подобрать ее так, чтобы бегун по прямой (стартовавшим позже) и бегун через заросли одновременно финишировали на входах перемножителя. Тогда опорное напряжение все время будет «идти в ногу» с сигналом.

И выходит, что наш приемник, кроме амплитудного и частотного, должен содержать еще относительный детектор — линию задержки на одну посылку — и перемножитель.

Но ведь мы не знаем, какую длительность посылок взбредет в голову (или в некий другой мыслящий орган) выбрать игрекам, и, следовательно, не знаем, какую вводить задержку посылки. Ну, эту трудность легко преодолеть; нужно применить линию с переменной задержкой и пробовать разные варианты.

Фазовый сигнал с манипуляцией фазы на 180 градусов обладает интересным свойством. Если несущую частоту такого колебания увеличить в два раза (умножить на два), то вся информация исчезает, и мы получаем чистое стройное гармоническое колебание: ту самую синусоидку, которой мы любовались во второй главе, а этот сигнал уже может пройти в узкое горло. Следовательно, как бы ни был велик верблюд-сигнал, но после такой обработки он свободно проходит в игольное ушко.

Так появляется новый способ обнаружения фазовых сигналов; четвертый, который мы добавим к уже имеющимся трем. Способ этот очень прост, и не менее просто приемное его устройство: умножитель частоты на два и фильтр с очень узким горлом (доли или единицы герц). Такой приемник позволяет обнаруживать присутствие фазового сигнала (только присутствие, а не разгрузку информации) еще до подбора необходимого горла приемника и времени задержки посылки.

Итак, незнание метода упаковки информации игреками требует от нас усложнения детектора. При поиске сигналов типа Да и Нет надо иметь три разгрузочных устройства: амплитудное, частотное и относительное. Четвертый детектор (умножитель частоты и узкий фильтр) будет полезен как индикатор обнаружения фазовых сигналов.

Приходим к схеме детектора с четырьмя выходами. Теперь поговорим немного о… медалях.

При чем тут нумизматика?

А вот при чем. Вы помните, что сигнал можно уподобить медали. На одной стороне ее изображен сигнал во времени — его временной ход. На другой — сигнал на шкале частот, или его спектр.

Разум пославших сигнал неведомых существ может быть обнаружен нами не только по первой, но и по второй стороне медали. Как это сделать?

Снова обратимся к синусоидальному колебанию. Во времени оно извивается по плавной гармонической кривой. Его спектр — простейший из возможных — одна-единственная вертикальная линия на оси частот (ее высота пропорциональна амплитуде колебания).

Если подать в антенну передатчика такое колебание, то оно покинет свой источник и, плавно извиваясь в пространстве и во времени, побежит в окружающий мир. Кажется, что у этого нежного и хрупкого электромагнитного создания не хватит сил уйти далеко от породившего его источника. На самом же деле в радиоволнах скрыта гигантская воля и смелость, позволяющая им преодолевать бескрайние просторы вселенной.

Однако при модуляции волны ее гармония сразу нарушается и возникает некое более сложное колебание. Правда, как мы уже отмечали, еще Фурье показал, что любое сложное колебание можно разложить на простые гармонические колебания. Получаемое при этом спектральное изображение сигнала может быть двух видов: линейчатое или сплошное.

Предположим, умные игреки для надежности многократно повторяют свои сигналы. Это могут быть телеграфные знаки (точки — тире, или Да — Нет), комбинации знаков (например, Да — Нет или Нет — Да), их буквы, их слова, их фразы. В этом случае спектр будет состоять из отдельных спектральных линий и называться линейчатым, или дискретным.

Если же инопланетяне шлют нам некий неповторяющийся поток информации, например передают свою энциклопедию, то он, естественно, не имеет никакого периода повторения.

Вычисляя спектр повторяющегося сигнала, мы подставляем период его повторения T в ряд Фурье. Но как быть с неповторяющимся сигналом? Ведь у него нет периода. А вот Фурье нашел его! Он положил его стремящимся к… бесконечности (T→∞). Сигнал повторяется через бесконечно большое время; попросту говоря, никогда. Но формально он есть, и его можно подставить в формулу. По мере увеличения периода T число «палочек» на спектральной стороне медали растет, при T→∞ их становится бесконечно много; они заполняют всю ось частот, образуя сплошной частокол. Форма этого забора зависит от вида сигнала.

Если в некотором участке частот имеется резкий подъем, значит здесь сосредоточена основная энергия сигнала. Если по мере удаления от этого участка амплитуды составляющих убывают и постепенно стремятся к нулю, то к нулю стремится и энергия сигнала.

Итак, сигнал — медаль с двумя сторонами. Посмотришь на одну — видишь единое сложное колебание (временной ход). Заглянешь на другую — видишь набор отдельных синусоидальных колебаний (спектр).

Естественно, встает вопрос: что же существует на самом деле — временнóй ход или спектр?

В прошлом столетии этот вопрос вызывал ожесточенные баталии между учеными мужами. Дело, говорят, доходило до таскания за бороды. Сегодня он предельно ясен. Если прибор, с помощью которого вы наблюдаете колебание, реагирует на сумму составляющих спектра, то вы видите временнóй ход. Если прибор реагирует на отдельные гармонические составляющие сигнала, то вы видите его спектр. Недавно я задал студентам этот же вопрос. В аудитории поднялся страшный шум. Мнения разделились почти поровну. Значит, далеко не всем это ясно.

Какую же идею надо положить в основу приемника, чтобы он видел не сумму составляющих, как обычный приемник, а все отдельные гармонические составляющие его спектра?

А очень простую. Надо разделить участок частот, где сосредоточена основная энергия, на ряд узеньких полосочек и взять столько фильтров, сколько получилось полосочек. Каждый из них должен быть настроен на свою частоту и иметь полосу пропускания, равную этой полосочке. Если теперь подключать катодную трубку поочередно к фильтрам, то на экране можно видеть спектр сигнала.

Эта картинка подтверждает правомочность смелого шага Фурье — считать период непериодического сигнала стремящимся к бесконечности. Расчетные же спектры для любых сигналов блестяще совпадают с экспериментом.

Я долго не верил этому бесконечному периоду. Он мне казался мистикой до тех пор, пока я не убедился в нем экспериментально, на схемах типа нашей. Это отличный пример теоретической абстракции, несущей пользу конкретным земным делам.

Прибор, позволяющий наблюдать спектр сигнала, получил название спектрографа. Он может вести наблюдение в широком диапазоне частот, и тогда на экране трубки мы видим спектры всех работающих в этом участке радиостанций. Такие спектрографы использует земная радиоразведка для контроля сигналов противника. В нашей задаче он тоже будет очень полезен. Только здесь мы будем искать сигналы не врагов, а друзей.

Встречающиеся в печати призывы об опасности контакта с обитателями иных миров кажутся мне лишенными оснований. Ведь речь идет о цивилизациях нашего и более высокого уровня развития. Если следовать этим призывам, то можно превратиться в щедринского карася, который «жил — дрожал и умирал — дрожал».

Но вернемся к спектральной стороне медали. Наблюдение за спектрами сигналов, приходящих из далеких миров, может быть весьма полезным. По картине спектра на трубке можно определить участок основной концентрации энергии сигнала и его конфигурацию. Сделать замер средней частоты этого участка f0 и его протяженности ΔF и по ним настроить приемник для поимки рыбок на частоту f0 и взять его горло не уже ΔF. При поиске относительных сигналов по ним определяют время задержки, считая его равным 1/ΔF. Далее охватывая сканированием значительные частотные области, можно определить «подозрительные» участки концентрации энергии возможных разумных сигналов. Наконец, в спектре могут быть спектральные признаки, которые не встречаются в естественных излучениях небесных тел. Это могут быть различные резкие вырезки, изломы, ямы — следы создавшего их разума.

Таким образом, мы приходим к выводу, что приемное устройство должно вести одновременно наблюдение за обеими сторонами медали — временной и спектральной. Это должен быть гибрид из обычного приемника и спектрографа. Некоторые элементы у них могут быть общие.

Насколько известно, таких устройств, учитывающих специфику поиска разумных сигналов, земляне еще не соорудили. Вот отличная задача для молодежи, ищущей приложения своим силам.

Узнаем ли золотую?

Наконец, пусть все условия выполнены. Золотая рыбка уже в неводе: она как раз угодила в главный лепесток антенны. Приемник был настроен на волну рыбки. Его горло было достаточно широким, и он ее тут же проглотил. Детектор соответствовал сигналам игреков и успешно разгрузил информацию.

Тогда — о радость! — на выходе приемника появляется долгожданная золотая рыбка. Но радоваться рано. Ее будут усиленно маскировать целые стаи рыб других неразумных пород (внешние и внутренние помехи различного рода). Как узнать среди них нашу золотую? Для этого надо одновременно вести визуальное наблюдение за обеими сторонами медали: формой сигнала во времени и формой его спектра. Первое выполняется подключением на выход приемника осциллографа, второе — спектрографа.

Предположим вначале, что нам повезло: сигнал племени игрек пришел еще достаточно сильным, «на голову» выше всех помех. И если он имеет вид простого гармонического колебания (модуляции нет), мы увидим нечто похожее на наш рисунок. Но игреки могут передавать информацию и так называемыми «телеграфными точками» (чередование Да — Нет), тогда картинки станут более усложненными.

Если передается неповторяющаяся информация с помощью двоичного сигнала, тогда спектральная картинка станет сплошной, а на осциллографе увидим неправильное чередование посылок Да — Нет.

Во всех трех случаях золотая обнаружена. Но самый интересный случай — третий — требует расшифровки. Надо, чтобы золотая заговорила человеческим голосом. Возможно ли это?

Возможно! Ведь заговорили же современным нашим языком таинственные письмена народов майя и египетская клинопись. Правда, способствующим обстоятельством здесь было то, что все эти ушедшие цивилизации развивались на нашей планете приблизительно в одинаковых с нами природных условиях. Кроме того, над разгадкой тайн древних письменностей ломали голову многие-многие ученые последующих, более развитых цивилизаций, да и трудились они довольно долго. А что нам пришлют умные игреки?

Полная неизвестность. Хотя недавно был проделан следующий обнадеживающий эксперимент. Участникам радиоастрономической конференции в Грин Бэнк (США) роздали ленту, на которой была записана хаотическая последовательность двоичных знаков (0 и 1). Общее число знаков составляло 1271. Делегатам сказали, что это сигнал неведомой нам цивилизации, и предложили расшифровать это послание. Многие из участвующих в эксперименте довольно быстро нашли разгадку. Вот путь их рассуждений.

Общее число двоичных знаков единственным образом может быть представлено в виде двух сомножителей: 41 × 31 = 1271. Возникает предположение, что это кадр телевизионного изображения, в котором 31 строка и 41 элемент в строке (можно считать и наоборот).

Далее просмотр ленты показывал, что большинство знаков — нули. Значит, изображение контурное. Развернем это изображение по строкам, нанося только единицы в виде черных точек. Это даст любопытную картинку. Она говорит о многом. В центре мы видим три существа. Вероятно, это семья: папа, ребенок и мама. Следовательно, инопланетные существа размножаются так же, как земляне. В левом верхнем углу, несомненно, их звезда.

Под нею, по вертикали, идущей через ее центр, нанесено восемь точек. Вот сколько планет имеет звезда. Слева от этих точек нанесены номера планет. Запись сделана в двоичной системе счисления, где за основу берется не десять, как в обычной, а два.

Это позволяет любое число записать набором нулей и единиц. Папа указывает рукой на планету с номером четыре, или в двоичной системе 001 (первая точка отбрасывается, это начало отсчета). Значит, на ней и обитает цивилизация игрек.

Справа от мамы — «метка роста», посредине которой изображено, также в двоичной системе счисления, число 11 (1101). Следовательно, рост взрослой особи равен 11 единицам некоторого масштаба. Участникам эксперимента было сообщено, что передача ведется на волне — λ = 21 сантиметру. Естественно принять эту величину за единицу масштаба. Тогда рост наших коллег равен 21 × 11 = 231 сантиметру, и это, наверное, лишь средняя величина. Если у них разброс от среднего может быть заметный, то играть землянам с ними в баскетбол трудновато.

Далее, над вытянутой рукой мамы изображено число шесть (110). Это может означать, что игреки — существа шестипалые. Поэтому весьма вероятно, что система их счисления двенадцатеричная. Верхнюю часть картинки предлагаем читателю расшифровать самому (обратите внимание на то, что волнистая линия отходит от третьей планеты!).

Кусок ленты с кажущимся хаосом Да — Нет принес огромную информацию, что еще раз подтверждает, что даже самое примитивное изображение содержит значительно больше информации, чем длиннющий буквенный текст. Это указывает на целесообразность использования при связи «зрячих» цивилизаций видимых изображений. «Дети тьмы» воспользоваться таким методом, к сожалению, не могут.

Единство физических законов в цивилизациях икс и игрек, наверное, приведет к использованию для первых передач простейших физических и математических закономерностей. Это могут быть числа π и l, ряд простых чисел, простые математические операции, таблица Менделеева и др.

Передача «основных тайн» одной цивилизации другой потребует большого потока информации и, конечно, специального языка. Наша цивилизация уже сделала первые шаги в этом направлении. Голландский ученый Фройденталь предложил проект универсального языка для такой связи. Язык этот получил название «линкос» и является чисто логическим творением. В нем нет сложных грамматических правил и еще более сложных исключений из них, нет синонимов. (Многие школьники с радостью, наверное, согласились бы изучать только линкос.)

Простота и логичность языка должны предельно облегчить заочное изучение его другими разумными существами. Но это не обойдется без жертв. Ведь на таком языке уже не скажешь:

Таким образом, у нас нет оснований считать, что наша цивилизация будет настолько тупоголова, что не сможет в конце концов расшифровать принятый разумный текст. Тем более что эта расшифровка будет проходить в братском содружестве с нашими полупроводниковыми коллегами — электронными быстродействующими вычислительными машинами.

Такой полупроводниковый брат будет весьма полезен в нашей радиоприемной установке не только для расшифровки четких космических посланий. А если они замаскированы шумами? Если золотая рыбка затеряна в косяке разных прочих неразумных морских рыб и чудищ и мы не увидим ее ни в осциллографе, ни в спектрографе? Тогда еще более понадобится нам наш полубрат. Подозреваемый в разумности сигнал мы обязаны будем записать и передать на исследование в машину. Там он подвергнется многократной обработке — его усреднят, профильтруют, разложат на простейшие (в том числе и в ряд Фурье, конечно), перемножат с местными и т. д. и т. п. Словом, допросят его по всем правилам современной науки. В теории информации это называется «оптимальной обработкой сигнала». Она еще не найдена для всех форм сигналов и, конечно, для всех возможных методов приема. Но из уже имеющихся формул вполне можно построить мост от Земли до Луны.

Извлекая из этого скопища функций и коэффициентов нужные уравнения и обрабатывая по ним смесь полезного сигнала (искомая рыбка) с помехами, можно добиться успеха. Особенно если сигнал многократно повторяется, а помехи еще соизмеримы с сигналом.

Спектральную картину сигнала так же полезно записать на ленту и вводить в машину вместе с записью временного хода. Это будет способствовать нашей космической рыбалке.

В итоге мы приходим к внушительной установке для обнаружения сигналов от других островов разума.

Первые рыбаки

Первая попытка захватить радионеводом золотую рыбку была сделана в той же радиоастрономической обсерватории Грин Бэнк в 1960 году.

Разработкой аппаратуры и поиском руководил выдающийся американский радиоастроном Дрейк. Он назвал свой эксперимент проектом «Озма» — в честь принцессы сказочной страны Оз, страны за тридевять земель, труднодостижимой и населенной фантастическими существами.

В основу проекта была положена идея Коккони — Моррисона: сигналы надо искать на волне «природного космического стандарта» (λ = 21 сантиметру).

Созвездия тау Кита и эпсилон Эридана явились той страной Оз, той игрек-цивилизацией, разумные существа которой, возможно, шлют нам сигналы.

Эти звезды давно на подозрении. Они похожи на наше Солнце и, возможно, имеют планеты (см. первую главу).

Расчеты строителей первого радиомоста показали: если оз-цивилизация излучает нам узкополосные сигналы передатчиком мощностью в миллион киловатт при диаметре передающей антенны в 200 метров, то мы их можем обнаружить узкополосным приемником с антенной диаметром в 25 метров.

Для приема была использована антенна диаметром в 27 метров и специальный приемник. В фокусе антенны были расположены два рупора, собирающие энергию приходящих лучей. Один из них концентрировал энергию лучей, приходящих от небольшого участка неба, расположенного недалеко от исследуемой звезды. Считалось, что если вокруг этой звезды вращаются планеты, посылающие нам сигналы, то их орбиты находятся в этом участке. Другой рупор собирал энергию от более удаленного соседнего участка неба, в котором наверняка нет планет наблюдаемой звезды. Оба рупора попеременно подключались к приемнику. Следовательно, радиотелескоп, не меняя положение антенны, смотрел то на звезду, то мимо. В одном состоянии приемник принимал шумовой фон неба, в другом — шумовой фон неба плюс сигнал (если оз-обитатели не забыли его послать!). Это дало возможность, грубо говоря, осуществить вычитание фона из смеси сигнала и фона. Кроме того, так как сигналы периодически прерывались, можно было применить при детектировании более совершенный детектор сигналов. Кстати, построенные на этих принципах детекторы широко применяются в радиоастрономии и получили название радиометров.

Радиометр проекта «Озма» имел на выходе узкополосный фильтр с полоской порядка 100 герц и мог выделить сигнал, лежащий ниже уровня шумов приемника. С фильтром был соединен самописец и громкоговорящая установка. Входная полоса пропускания приемника была в тысячи раз шире выходной. Это позволяло принимать волну длиной в 21 сантиметр с учетом возможных смещений ее в обе стороны из-за эффекта Допплера. При этом выходной фильтр в 100 герц смещался в широкой полосе, наблюдая каждую полоску в 100 герц в течение 1 минуты.

Когда-нибудь историки будущего захотят определить время, прошедшее с момента первой попытки до первого радиоконтакта. И тогда они установят: этот первый шаг был сделан в 4 часа утра 8 апреля 1960 года, когда звезда тау Кита только появилась над горизонтом.

«Впервые двуногое живое существо, называемое человеком, попыталось поймать сигналы от существ неизвестного облика из других миров», — пишет об этом моменте американский журналист Вальтер Салливан.

Программный механизм обеспечивал слежение антенны за перемещающейся звездой тау Кита. Наблюдения продолжались до полудня. Затем сменили «мишень» — перешли на звезду эпсилон Эридана. И тут случилось невероятное.

Самописец неожиданно начал записывать четко повторяющиеся импульсы. Громкоговоритель их звучно воспроизводил. Возбуждение присутствующих достигло предела. Поймать в первый же день сигналы из другого мира! Невероятно! Но эти импульсы длились ровно пять минут и исчезли. Через некоторое время они появились вновь. Надо было установить, где их источник: на Земле или на звезде. Для этого антенну отвели от наблюдаемой звезды эпсилон Эридана, и импульсы… не исчезли. Значит, это земляне сигналили землянам где-то вблизи приемного пункта и на волне, близкой к настройке приемника.

Далее в течение мая, июня и июля 1960 года продолжались систематические наблюдения. Разумные сигналы не были зарегистрированы. Золотая не попала в невод. А может быть, невод был слишком узок (по полосе пропускания) для широкополосной золотой рыбки? Может, сигнал был слишком сильно засорен шумами? Может быть… Ясно, что за первым шагом неизбежно последуют и другие. В том числе на усовершенствованной аппаратуре проекта «Озма» (так об этом заявил Дрейк).

Предполагается увеличить диаметр зеркала антенны до 45 метров и улучшить методы выделения и обработки информации. В частности, Дрейк считает, что надо искать информацию не только в амплитуде, но и в фазе принимаемых излучений.

Как читатель помнит, мы пришли к еще более широкому выводу: искать надо не только в амплитуде и фазе, но и в частоте и форме волны.

Второе замечание относится к выбору волны поиска длиною в 21 сантиметр. Водород — самый распространенный элемент во вселенной. Он повсюду. И всюду он излучает на этой волне. Это создает высокий уровень помех. В них может утонуть полезный сигнал. Будут ли именно ее использовать обитатели космоса для передачи — вопрос спорный. Надо искать на разных волнах.

Неудача проекта «Озма» отнюдь не обескураживает. Она естественна. Вероятность напасть на след игреков при первом кратковременном обследовании двух ближайших звезд ничтожно мала. Хотя и не равна нулю. Вместе с тем мы должны отдать должное пионерской работе создателей проекта «Озма». Они начали путь к разумным обитателям других миров.

И в Советском Союзе разработана аппаратура для поиска сигналов других цивилизаций; и в дни, когда выпускается эта книга, производится ее наладка и подготовка к длительному систематическому поиску. Что это за аппаратура?

Во-первых, она многоканальная. На выходе приемника имеется не один, а несколько десятков узкополосных фильтров. Во-вторых, диапазон ее работы может смещаться в радиоокне.

Далее, приемник имеет входную полосу в несколько мегагерц и охватывает значительно больший участок частот, чем приемник Озма.

Полоса выходных фильтров может регулироваться от единиц до нескольких сот герц.

Руководит этими работами известный радиоастроном профессор В. С. Троицкий.

Пожелаем же этому коллективу энтузиастов из Горького успехов в волнующих поисках радиовестников от многочисленных детей других солнц.

 

 

Откуда взялись?

Обсуждение проблемы внеземных цивилизаций привело нас к двум выводам.

Первый. Наличие разумных существ на планетных системах других звезд весьма вероятно. Чем больше радиус сферы поиска, тем больше в ней звезд, тем больше шансов встретить там очаги разума.

Второй. Современное состояние техники землян позволяет принять радиосигналы от очень удаленных звезд и передать сигналы ближайшим. Придет день, когда телеграф, телефон, радио и телевидение мгновенно разнесут весть о принятых сигналах по всему земному шару, и у землян тогда окажется два радиопраздника: День изобретения радио А. С. Поповым и День первого радиоконтакта. Этот день может случиться сегодня, когда твои, читатель, глаза скользят по этим строчкам, может завтра, а может и значительно позже. Предсказать эту дату не способна ни могучая королева случайностей — теория вероятностей, ни футурология: ведь таких событий еще не было у землян и каким случайным законам они подчинены, нам абсолютно неизвестно.

Вообразим вопреки всей этой неизвестности, что событие это в один прекрасный день произошло. Вот будет суматоха на старушке Земле: ни один ее обитатель не останется равнодушным к случившемуся.

Но не в этом дело. Нам надо будет отвечать далеким обитателям космоса. Что мы им скажем? Каков будет наш ответ? Сначала пойдет, конечно, вспомогательная информация. Начнется обучение их — игреков — нашей логике, нашему счету, нашей азбуке.

Наконец, потребуется передать главное: сообщить, кто мы такие и откуда мы взялись на этой планете; сообщить, что мы есть человеки, то есть Homo sapiens’ы; обрисовать нашу историю развития, социальные и технические достижения.

Сделать это надо будет кратко, объективно и доступно обитателям игрек-цивилизации.

Оператору или электронной машине, управляющей этим первым каналом связи Земля — звезда Игрек, потребуется текст таких посланий. Насколько автору известно, пока их нет, и пора подумать об этом. В этой главе полушутя-полусерьезно сделано несколько набросков на эту тему. Может, они дадут толчок к созданию более серьезных и глубоких творений такого типа?

Основная, более утилитарная цель главы — проследить зарождение цивилизации на планете, названной ее обитателями Земля. Это значит пройтись по «небольшой» цепочке всего лишь из трех звеньев: неживая материя → живая материя → мыслящая материя. Ведь эта земная цепочка — пока единственный у нас источник знаний о путях появления сообществ мыслящих существ во вселенной. И из него нам надо пить и пить! Он обязательно подскажет нам кое-что об икс- игрек- и зет-цивилизациях, об общих путях становления разума, о правомочности наших надежд на радиоконтакт. И конечно же, позволит чуть-чуть заглянуть в будущее землян. А это уже, если хотите, почти чаепитие с творцами сверхцивилизаций.

Адски горячая вселенная

Человеческая мысль, подобно штопору, все глубже ввинчивается в историю наблюдаемой вселенной. Острый конец его уже коснулся нашего далекого прошлого, предшествовавшего эпохе разбегания галактик. Ведь ему должен был предшествовать согласно самой ходовой гипотезе период, когда все было, условно говоря, «в одной точке», или «в одном яйце».

Какие же были размеры этого яйца и какая курица его снесла? Ученые, разрабатывающие модели вселенной, уже выдвинули ряд гипотез и на этот счет.

Возникла целая наука — космология, которая занята этим моделированием. Она должна дать ответ всего лишь на один-единственный вопрос (но на какой вопрос!): как устроена эта самая вселенная в целом и как она развивается в гигантском отрезке времени?

Жрецы космологии, безусловно, храбрые люди. Они шутя оперируют расстояниями в десятки миллиардов световых лет и отрезками времени в миллиарды лет. На ринге космологии идет сражение между несколькими моделями прошлого вселенной, например между «холодной» и «горячей».

По первой модели в те далекие времена сверхплотное вещество представляло собой «холодную» смесь ядер атомов водорода (протонов), электронов, нейтронов и других частиц.

По второй — температура этих частиц была очень велика, а плотность их излучения соперничала с плотностью вещества.

«Горячие» теоретики свои выкладки часто начинают с такой лаконичной записи: Δt = 1010; ρ = ∞; T° = ∞. Этот код расшифровывается просто. Нас отделяет от того страшного времени интервал, равный десяти миллиардам лет. Считается, что тогда плотность вещества и его температура были бесконечно велики.

Недавно «горячая» модель бросила «холодную» буквально в нокдаун. Получено экспериментальное подтверждение существования в те далекие времена высоченной температуры. Экспериментальное? Как можно экспериментом воссоздать то, что было 1010 лет назад? Читатель забыл, что в распоряжении модельеров есть Метагалактика с ее колоссальными просторами. Правда, космологи не упускают случая немного похныкать, что в их распоряжении имеется один, и только один, экземпляр вселенной, с которым они даже не могут экспериментировать.

Скажем прямо, они отлично используют те эксперименты в этом единственном экземпляре вселенной, которые ставит там сама Природа. Речь идет об обнаружении реликтового излучения, «живого» свидетеля далекого прошлого вселенной (см. главу вторую).

Измерения температуры этого излучения дали величину в 2,7 градуса по Кельвину. Теория модели «горячей» вселенной как раз и предсказывает, что излучение того «горячего» периода, с учетом остывания, должно быть такого порядка. Следовательно, этот вездесущий и устойчивый радиофон был излучен уже тогда, почти 1010 лет тому назад.

Что же происходило после рокового момента с ρ = ∞ и T° = ∞?

Произошел величайший взрыв, и началось расширение этого адски плотного и адски горячего облака. (Заметим, что дантов ад по накалу ему и в подметки не годился.) Как и при расширении любого газа, температура его стала падать. Сложное взаимодействие элементарных частиц и их излучений в конце концов привело к образованию водорода и гелия. На все на это ушла добрая сотня тысяч лет: сущая мелочь в космологическом масштабе времени. Температура вещества и излучения упала к этому времени до нескольких тысяч градусов. Материя равномерно и однообразно заполняла пространство. А когда это однообразие надоело и стало ей зело скучно, стали появляться (чего не сделаешь от скуки?) неоднородности, уплотнения материи и даже целые ее сгустки. Сказать по правде, убедительного физического толкования причин этого процесса модель пока не дает. Но на нет и суда нет!

Затем начался процесс уплотнения и нарастания этих сгустков. Чем внушительнее сгусток, тем больше его плотность, чем больше плотность, тем выше температура, чем выше температура… Температура вещества подскакивает снова до миллионов градусов, в огненном пекле формируются галактические скопления, галактики, звезды, квазары и т. д.

Вот этот взрыв огненного концентрата материи в роковой момент бесконечной температуры и бесконечной плотности и дал начало разбеганию галактик. Некогда единое плазменное облако разлетелось во все стороны несметным числом осколков.

Случилось все это по грубой оценке 9,5 миллиарда лет назад.

Радиус этой все расширяющейся сферической картины, достойной кисти лучших художников не только нашей планеты, достиг уже величины порядка 10–15 миллиардов световых лет. Имя осколка, на котором находимся мы с вами, читатель, всем известно: это Галактика. Не умаляйте себя — не забывайте писать ее с большой буквы и произносить с пафосом.

Правда, от этого Галактика не перестанет быть рядовым осколком с рядовой судьбой.

Разлетевшиеся при «взрыве взрывов» куски материи отнюдь не почили в своем исходном состоянии. Все они продолжают жить своей внутренней жизнью. В облачных скоплениях материи постепенно появлялись новые сгустки, которые неумолимо превращались в звезды. Вокруг звезд возникали планеты. Из звезд формировались гигантские скопления — галактики. Высвободив всю энергию, звезды затухали, превращаясь в состояние с обидным названием «черный карлик». Но на смену им вставали и встают новые звезды, новые горячие образования материи и т. д.

Наша звезда, которую мы гордо называем Солнце, в огромных каталогах существ иных миров затеряна, вероятно, под каким-нибудь скучным номером, составленным из непонятных нам знаков. Она находится приблизительно на половине своего жизненного пути, просуществовав примерно лишь 5 миллиардов лет.

Как и когда образовались планеты этой звезды, пока тайна, несмотря на обилие гипотез. Это могло случиться и в начале жизненного пути звезды, и несколько позже.

Колобок испечен

Нашу планету часто называют старушка Земля. И действительно, она уже сильно остыла. Покрылась твердой кожурой. Кое-где кожура имеет вмятины: там собралась вода, образовав моря и океаны. Кое-где кожура собралась в складки, вздыбилась: это морщины старушки, это ее мысли. Но как они прекрасны! Особенно высоко поднимающиеся, покрытые вечными снегами и ледниками горы. Многие из землян считают их самыми восхитительными местами на всей кожуре. Неудержимо влечет их туда неведомая сила. Камнепады и лавины, отвесные стены и гигантские трещины не пугают их. Преодолевая силу земного тяготения, умноженную увесистым рюкзаком, презрев комфорт, они излазили и покорили почти все из этих морщин. Что влечет их туда? Наверное, одно из проявлений духа человека — познавать все новое, неизведанное.

Под корочкой нашего колобка еще бушует «горячее» прошлое. Гарун Тазиев, облазивший почти все действующие вулканы Земли, не случайно назвал свои репортажи: «Встречи с дьяволом». То лава, то газы, то пепел, то гигантские каменные бомбы шлют из-под корки свои приветы.

Какой же возраст нашей планеты? По-видимому, все планеты нашей системы — это дети своей звезды. Следовательно, они должны быть моложе Солнца. Оценивая возраст Земли различными методами, в том числе и путем изучения радиоактивного распада свинца в ее коре, ученые пришли к выводу, что он составляет примерно 4,5 миллиарда лет.

Вот какое время потребовалось для превращения огнедышащего шара в современную обжитую планету с разумными (как они упорно себя называют, хотя это далеко не всегда вытекает из их деяний) обитателями.

Скромная табличка

Что же происходило с колобком дальше, после образования внешней корочки?

А происходило многое. Усилиями ученых многих стран в конце концов всю эту эпопею разрезали на пять частей и упаковали в скромную на вид табличку. Вот она, полюбуйтесь:

Скользя по ее графам сверху вниз, мы будем опускаться в глубочайший колодезь истории планеты.

Все пять эр развития Земли имеют название. И все они связаны со словом «жизнь» — древняя, ранняя, новая… Почему?

Дело в том, что остатки живых существ или окаменелости, сохранившиеся в слоях земли до наших дней, стали основными свидетелями истории планеты. Изменения температуры коры, климата, атмосферы, давления, радиации и других факторов неизбежно приводили к изменению форм жизни. Вот почему выбрали такой неожиданный на первый взгляд критерий для восстановления истории.

Но куда затерялся еще один миллиард лет в истории Земли? Ведь если сложить цифры в нашей табличке, то получим только 3,5 миллиарда. Он сознательно опущен. Самый первый миллиард ушел на естественное затухание бушевавшей огненной стихии. Ни о какой жизни еще не могло быть и речи.

Но вернемся к таблице.

Что же это за пять принципиальных этапов в истории нашей обители?

Для ответа на этот вопрос давайте совершим короткое путешествие по эрам этой таблички.

Наш корабль — мысль. Пока это единственное транспортное средство, на котором человек проникает в прошлое и будущее. Покинем привычный нам кайнозой и отправимся в самую древнюю эру — архей. Она отстоит от наших дней на три миллиарда лет с гаком. В путешествии нас будут интересовать не детали, а лишь узловые вехи, приведшие к появлению человека. Деталей тут миллионы, и все очень любопытные. Стоит увлечься одной-другой, и можно потерять путеводную нить. Кроме того, над автором всегда висит дамоклов меч краткости и четкости. Он безжалостно отсекает если и не голову автора, то хвост рукописи, заметно вылезающий за установленный объем. Да не осудит нас поэтому строгий читатель за большие скачки в нашем маршруте.

На архейской, или древнейшей, эре жизни мы не будем задерживаться долго. Скажем лишь, что сначала это была «геенна огненная». Потом, остывая еще в течение почти миллиарда лет, наша «капля» расплавленной материи стала принимать вид более приличный. Возникла первая твердая оболочка — кора. С течением времени (и остывания) она утолщалась, наращиваясь изнутри. На это ушли почти все образовавшиеся граниты и базальты. Металлы, как более тяжелые, опускались к центру Земли. Воды было очень мало на поверхности. Атмосфера только начинала формироваться. Огненный дьявол был уже закован в гигантскую шаровую клеть. Но он не сдавался и, часто ломая прутья, прорывался наружу. Даже сейчас, спустя несколько миллиардов лет, он напоминает о себе.

Земля была окружена гигантскими скоплениями газа и пара и выглядела так, как представляется нам сейчас Венера. По мере остывания сильнейшие ливни низвергались на Землю. Вода прибывала. Появились реки. Их воды начали свой бесконечный труд по разрушению верхнего слоя коры и переносу солей в моря и океаны. Наконец образовался тот «густой, теплый, соленый бульон», в котором, по-видимому, и произошло самое удивительное и самое таинственное событие в истории Земли — зарождение жизни из неживой материи.

Тайна сия велика есть!

«О, решите мне загадку жизни, мучительную древнюю загадку, над которой билось уже столько голов, — головы в шапках, расписанных иероглифами, головы в тюрбанах и черных беретах, головы в париках и тысячи других бедных потеющих человеческих голов…» — воскликнул Г. Гейне.

С одной стороны, все мы легко можем отличить живое от неживого и дать, казалось бы, определение этому столь популярному в языке сочетанию из пяти букв — жизнь.

С другой — явление жизни столь сложно и многообразно, что дать ему краткое исчерпывающее определение пока не удается. Успехи кибернетики в создании роботов и их теоретической базы еще больше запутали ситуацию. Ведь принципиально хорошо сработанный робот сможет, как все живое, приспосабливаться к изменению окружающей среды, сможет «размножаться», сможет улучшать свое потомство и т. д.

Спрашивается, есть ли он живое существо?

Далее, нам известно только единичное явление жизни (хотя и представленное в феноменальном числе классов, отрядов, надотрядов, родов, видов, подвидов), только в условиях нашей планеты.

А какие формы она может принять в других условиях? Ведь одним из удивительных ее свойств является адаптация к окружающим условиям. На ум приходит, например, образ мыслящего и творящего океана — мозга на планете Солярис, рожденный фантазией Станислава Лема.

Земная наука сегодня еще не может дать исчерпывающего определения явлению жизни. Тем более она не может создавать живое из неживого в своих лабораториях. Вместе с тем очень многие таинства этого явления уже раскрыты.

Живая материя характеризуется, во-первых, своим бессмертием. Эстафета жизни в мире живого передается от одних носителей к другим, от предыдущих к последующим: отдельные особи погибают, а вид продолжает жить. Это известный всем нам процесс размножения, в котором мы с вами, читатель, лишь некие промежуточные звенья. Процесс может идти только при условии передачи информации о своей структуре от одного «бегуна» к другому. Только такая передача создает наследственность, повторяемость.

Представим себе, что на восходе жизни возникло одновременно несколько видов живых организмов. Все они начали размножаться — воспроизводить огромное число точных копий, себе подобных. Этот скучный мир неизменных точных копий очень скоро погиб бы. В борьбе за существование, за захват пищи погибли бы менее совершенные. Остались бы бесчисленные копии одного самого стойкого вида. (В одном фантастическом романе описана ситуация, перекликающаяся с данной. Был сконструирован аппарат, который воспроизводил живых и уже вполне взрослых людей. Но из-за ошибки при расчетах он начал выпускать абсолютно одинаковых неизменных индивидов. Скоро весь город наполнился этими двойниками, в одинаковой одежде, одновременно улыбающимися. И все они погибают.)

Но вернемся к победившему виду. Даже этот самый совершенный вид недолго бы существовал. Ведь он принципиально лишен возможности приспосабливаться к меняющимся внешним условиям. Он неизменен. Он живой труп. Он обречен. Условия на поверхности Земли меняются. Меняются условия существования живой материи. Значит, для длительного существования простое копирование не годится, нужна изменчивость живого организма. Эту изменчивость, или мутацию, мы встречаем в любом живом организме.

Представим наследственную информацию, передаваемую от «родителей к детям», в виде длинной последовательности двоичных чисел: 1001110100101100… Переносчиками этой информации в биологических системах связи являются в основном нуклеиновые кислоты — ДНК и РНК. В их молекулярной структуре записана эта информация. При ее считывании и запоминании в нарождающемся организме время от времени возникают случайные ошибки: некоторые единицы записанной выше последовательности превращаются в нули, а некоторые нули — в единицы. Картина очень похожая на действие шумов в начале связи.

Но в канале связи шумы всегда вредны (кроме особых специальных случаев), а здесь они могут быть и полезны. Искажение наследственной информации приводит, как правило, к мутации, к нарушению точного сходства организмов потомков и родителей. Крупные ошибки приводят к уродству, мелкие — к изменениям, внешне даже незаметным.

Ошибки могут улучшать вид — делать его более приспособленным к среде, более совершенным, и тогда мутации полезны. Однако с такой же вероятностью может быть и обратная картина.

В чем же польза от этой хитрости Природы? На помощь приходит закон естественного отбора, или закон борьбы за существование. Он был открыт Дарвином только в прошлом столетии, но не ждал, пока его откроют люди, и действует уже миллиарды лет — с самого зарождения жизни. По этому суровому закону в длительном процессе борьбы за существование, грубо говоря, выживают сильные, а слабые погибают. Но нам нужна более точная формула этого закона, во власти которого все живое. И ученые сформулировали его так: в процессе естественного отбора сохраняются и передаются по наследству признаки, способствующие максимальному приспособлению живых существ к окружающей среде и их выживанию как вида.

Вот это стремление всякой живой материи сохранить себя как вид и нейтрализует или подавляет вредные мутации и закрепляет полезные.

Случайно захлопнулся сейф. Вам обязательно его нужно открыть. Делается это элементарно. На дверце имеется наборное цифровое устройство. Достаточно набрать присвоенный данному сейфу код — и он сам гостеприимно откроется. Но о ужас! Вы забыли этот проклятый код. Он где-то лежит в памяти и, конечно, всплывет. Но когда? Остается единственный выход — перебор всех возможных комбинаций наборного устройства. Если там, например, четыре диска и на каждом нанесено по десять цифр (0, 1, 2… 9), то общее число комбинаций составляет 104 = 10 000. Минимальное время на установку одной комбинации будем считать 2 секунды. Тогда на «проигрывание» всех кодов потребуется 6 часов очень напряженной работы. (В подобную ситуацию можно попасть на вокзале в автоматических камерах хранения багажа.) Перебор комбинаций может идти в любом случайном порядке. Негодные комбинации вы отбрасываете. Но вот наконец та единственная, нужная, и сейф открылся.

Приблизительно по этой же случайной методике идет поиск новых, более совершенных форм путем мутации в Природе. Мутация плюс естественный отбор и двигают эволюцию: от примитивного к сложному, от сложного к более совершенному и т. д. Только благодаря этим двум процессам жизнь смогла достигнуть столь удивительного расцвета на нашей планете.

С чего все началось?

Наверное, началом можно считать появление молекулы, способной к удвоению. При этом она должна была быть настолько устойчивой, что время процесса удвоения было меньше времени ее разрушения под воздействием среды.

В «теплом, густом, соленом бульоне» имелись к этому времени основные компоненты для образования живой материи — аминокислоты, сахар, полифосфаты и т. д. Как же произошло объединение атомов в гигантскую молекулу, обладающую свойствами живого вещества?

Тайна сия велика есть! Проникнуть в нее пока не удалось. Одна из гипотез приписывает все Его Величеству Случаю.

Органические молекулы, или «строительные блоки» живой материи, в невероятно большом количестве и невероятно долго совершали свое хаотическое плавание в «питательном бульоне». Сталкиваясь, они образовывали различные, более сложные объединения. В некий момент, прекрасный для всех поколений людей, прошедших и еще пройдущих по планете, образовалась конфигурация молекулы, способной к жизни. Она и породила в длинной цепи эволюции все разнообразие жизни. Вероятность такого одиночного «акта созидания» равняется исключительно малой величине. Но ведь и опытов в бульоне было несметное число. Известный советский биофизик профессор Л. Блюменфельд считает, что возникновение живой материи из хаоса «строительных блоков» не более удивительно, чем возникновение планетной системы из газового облака.

Такова одна из гипотез. Таковы догадки ученых. А как было на самом деле? Пока неизвестно. Опыты по искусственному созданию живой молекулы идут широким фронтом. Нам остается надеяться, что они увенчаются успехом. Тогда яркий свет озарит загадку.

Однако нам пора вернуться к нашей скромной, но очень емкой табличке. Что же случилось дальше?

Сотни миллионов лет, а может, и тысячи ушли на то, чтобы эволюция превратила живые молекулы в простейшие организмы. Следы их найдены в слоях Земли, возраст которых не менее 3 миллиардов лет. И самое удивительное — это наши «хорошие» знакомые: сине-зеленые водоросли. Создания эти одноклеточные, микроскопические и ведут растительный образ жизни. Считают, что горные породы известняки есть результат длительного напластования этих погибших мельчайших организмов.

Следовательно, архей есть период зарождения простейших форм жизни.

Опуская детали, переходим к протерозою, или к эре ранней жизни.

Бифуркация жизни

Здесь мы видим новое чудо — древо жизни раздваивается, или, говоря высоким ученым стилем, бифуркирует.

Отныне все живое образует два мира — растительный и животный, мир флоры и мир фауны.

Сообщество растений становится все более разнообразным и состоит из бактерий, водорослей, грибов. Мир животных пока примитивнее и представлен только одноклеточными; позже появляются простейшие многоклеточные — моллюски, губки, кишечнополостные.

Возникновение животного мира легко понять из следующего примера. Обратимся к существующим еще и в настоящее время одноклеточным организмам из группы жгутиковых. Они, как животные, обладают способностью к передвижению, но питаются, как растения, используя фотосинтез. Если некоторые их виды поместить в темноту, то они теряют зеленую окраску и начинают питаться аналогично животным — путем обволакивания и всасывания частиц пищи. Группу жгутиковых ботаники относят к растениям, а зоологи — к животным.

Жизнь по-прежнему находилась только в воде. Бульон не только питал, но и хорошо защищал от сильной радиации. Суша была безжизненной пустыней. Огненный дьявол под коркой земли не унимался. То он воздвигал новые горные хребты и разрушал старые, то развлекался гигантскими фейерверками, изливая из жерл вулканов на поверхность потоки лавы и магмы.

Вторая строчка нашей таблицы тянулась очень долго — более миллиарда лет. Но всему приходит конец.

Гей, на сушу!

Наступила палеозойская эра, или эра древней жизни. Она длилась более 300 миллионов лет.

Что же нового произошло на Земле за это время?

Очень многое. Живая материя начала свое победоносное наступление на сушу.

В бульоне становилось тесно. К тому же зеркало морей и океанов под действием ряда факторов уменьшилось в этот период. Образовалось много изолированных лагун — отмирающих участков моря. Вода в них становилась пресной. Питательность бульона катастрофически падала. Великий закон естественного отбора подсказал выход.

Как вы думаете, кто сделал первые шаги на сушу? Их сделали… мирные, лирические, тихие водоросли!

Процесс освоения суши был длительным и, как сказано в одном исследовании, «стоившим многих жертв». В самом деле, ведь переход на сушу полностью преобразил растительные формы, плававшие в бульоне. Появились корни для добывания воды и солей из почвы. Появились листья — уловители и преобразователи солнечной энергии (нашим миниатюрным транзисторам еще очень далеко до этих природных приемников лучистой энергии и по красоте, и по габаритам, и по надежности). Появился объединяющий стебель с массой тончайших капиллярных каналов связи, по которым вверх и вниз непрерывно движется эликсир жизни, а также кора — эта броня растения, защищающая эликсир от испарения, а само растение от солнечных ожогов.

Но лиха беда начало.

К концу палеозоя Землю уже покрывала буйная разнообразная растительность. Огромные папоротниковые деревья достигали в высоту полсотни метров.

В морях возникло много видов новых животных. Появились первые позвоночные животные — бесчелюстное рыбообразное существо, родственник современной миноги. У них хребет был еще хрящевой, но в коже уже были кости. Они, как доспехи у рыцаря, защищали голову и грудь. Обругать их бесхребетной тварью можно было уже только в переносном смысле.

Почему возник скелет?

Он понадобился рыбам для борьбы с водной стихией. Скелет дал, например, устойчивую опору телу для движения против течения.

Таким образом, природа запатентовала идею позвоночного строения, которым значительно позже наделила и нас с вами, читатель, почти 500 миллионов лет назад.

Появилось много видов рыб. Но один особенно примечательный: его представители — двоякодышащие. Кроме жабр, они имели примитивное легкое. Таких животных и сегодня можно встретить в водоемах Южной Америки, Южной Африки и Австралии. Они обитают в водах, пересыхающих в летнее время. Легочное дыхание спасает их в этот период. Удалось подсмотреть любопытную картинку из их жизни. Оставшись «на мели», они хоть и дышат, но находятся на грани голодной смерти, ибо не воздухом единым питается живое. Но голь на выдумки хитра! Двоякодышащие научились ходить, опираясь на свои длинные жесткие плавники. Их походка не блещет грацией, но таким способом они находят пищу и даже перебираются в соседние близкие водоемы.

Ну и что?

А то, что они хоть и не стали прародителями всего животного мира на суше нашей планеты, но путь указали. Ими оказались их близкие родственники — кистеперые рыбы.

С помощью плавников эти рыбы стали совершать сначала очень короткие ознакомительные прогулки на сушу. Понравилось: не было морской тесноты и прожорливых акул, которые бесчинствовали, и была уже растительная пища.

Далее эволюция сделала свое дело: плавники трансформировались постепенно в конечности для ползания, жаберное дыхание перешло в легочное. Так появились первые земноводные, или амфибии. Окаменелые кости такого первого полуобитателя суши найдены. Они относятся к середине палеозоя. Эти первые «землепроходцы» названы стегоцефалами. Мне такое имя как-то несимпатично. Прародителю всего двигающегося по земле можно было подыскать более благозвучное название.

Стегоцефалы, освоив сушу, не порывали с водой. Только дальнейшее развитие привело к появлению животных, полностью потерявших связь с родной стихией. Это были пресмыкающиеся, или рептилии.

Великое разнообразие их появилось к концу палеозоя. Топтали они и наши края. Найдено целое «кладбище» пермских пресмыкающихся — парейазавров — десятки полных скелетов. Эта коллекция является гордостью Палеонтологического музея Академии наук СССР.

Кстати сказать, экспонаты музея — окаменелые остатки живых существ разных периодов истории Земли — зрелище настолько захватывающее, что ты забываешь, в каком периоде сам живешь. Но почему-то в музее довольно пустынно. И когда остаешься наедине с огромными неуклюжими грозными скелетами парейазавров, найденными русским ученым Амалицким, по спине пробегает мороз. Кажется, что 250 миллионов лет, отделяющих нас во времени, исчезают и эта махина, размером с хорошего быка, с квадратным бугристым черепом и зубами в виде острых лопаточек, сейчас двинется на тебя…

Обязательно побывайте в музее!

Любопытно, что возможность такой находки была теоретически предсказана Амалицким в конце прошлого века. Ему не поверили. Денег на раскопки не дали. Но он не отступил. Два года вдвоем с женой вели они поиски и раскопки. Семейная экспедиция увенчалась успехом: ископаемые были найдены! Это известие стало мировой сенсацией.

Эра гигантов

За палеозоем наступил мезозой, или эра средней жизни. Начало его отстоит от наших дней более чем на 200 миллионов лет. Он охватывает отрезок времени приблизительно в 150 миллионов лет!

Потрясающие изменения произошли за это время в животном и растительном мире.

Условия существования на планете менялись. Суша расширялась, водные просторы уменьшались. Стегоцефалы, не утратившие связи с водой, хирели. Власть на Земле захватывали пресмыкающиеся. К середине мезозоя они достигают удивительного расцвета. Кроме суши и моря, они завоевывают и… воздушный океан.

Одной из первых групп мезозойских пресмыкающихся были архозавры, или родоначальные ящеры. Они впервые в истории живых существ освоили двуногое хождение. Это легко узнается по найденным скелетам — задние конечности сильные и массивные, передние слабые, вырождающиеся (конечно, от безделья!).

В чем причина перехода к менее устойчивому двуногому хождению? По одной из гипотез, это связано с заселением больших открытых пространств суши. Надо было видеть как можно дальше, чтобы вовремя заметить опасность или добычу.

На суше появляется новая группа пресмыкающихся — динозавры, или ужасные ящеры, хищные и растительноядные. В воде мы встречаем хорошую знакомую — черепаху. Она ухитрилась дожить до наших дней, претерпев за истекшие 200 миллионов лет незначительные изменения. Секрет такой устойчивости в известной мере заложен в блестящей конструкторской разработке внешней брони черепахи.

Но главными властителями вод были ихтиозавры, или рыбоящеры. Они появились в результате обратного процесса — освоения моря земными пресмыкающимися (теперь уже на земле становилось тесно). Размер их достигал 3–5 метров, и, «говорят», даже акулы их побаивались.

Под влиянием водной среды ихтиозавры уподобились рыбам по форме, а их конечности превратились в ласты.

Размножение ящеров шло столь интенсивно, что им стало тесно на суше и на море. Началось освоение воздушного океана. Появились первые летающие ящеры. Рекордсменом тут, видимо, был птеринодон с размахом крыльев до 8 метров.

К середине мезозоя появились различные виды ящеров. Один из наиболее поразительных динозавров этого периода был диплодок, или двудум, — одно из самых крупных животных, когда-либо живших на нашей планете. Длина диплодока около 30 метров, вес — десятки тонн. Он имел гигантский хвост и сильно вытянутую шею. У него было два мозга — головной и крестцовый:

Видимо, передавать «команды управления» из головы и принимать сигналы от удаленных точек тела без ретрансляции в средней части этого гигантского тела было невозможно. Поэтому природа соорудила мозговой ретранслятор. Таким образом, идея передачи сигналов путем ретрансляции (например, с помощью спутника «Молния») используется в мире живой природы давным-давно.

На ретранслятор, вероятно, были возложены и второстепенные функции управления и координации этой махины. По-видимому, двудум жил в воде, отлично понимая и успешно пользуясь законом Архимеда. Там ему было легко передвигаться: рост позволял свободно гулять в глубоких водоемах. Питался он водной и прибрежной растительностью.

В мезозое появляется еще один класс позвоночных — птицы. Самая древняя из обнаруженных археологами птиц получила название археоптерикс, или древнее крыло. Этот вид — мост между пресмыкающимися и птицами. Клюв у археоптерикса имел зубы, как у пресмыкающихся. Хвост был не короткий, птичий, а длинный и насчитывал до 20 позвонков. Передние конечности сохранились и торчали из-под крыльев…

Как представить эволюционный путь возникновения такого гибрида?

Предполагают, что такие птицы могли развиться из рептилий, хобби которых было лазанье по деревьям. Начали они с простейшего планирующего полета с дерева: ведь это был быстрый и безопасный способ ухода от врагов. Но посадка на матушку землю тоже, наверно, стоила «больших жертв», пока не сформировались органы планирующего полета. Они-то и обеспечили мягкую посадку.

Археоптерикс был размером с ворону.

В середине мезозоя появляются наши знакомые — лягушки, крокодилы и ящерицы.

Но нам мезозой дорог не хвостатыми летающими рептилиями, и не гигантами типа диплодока, и не плачущими крокодилами (подарившими свое имя столь остроумному журналу). Он нам дорог… небольшими лесными зверьками с большим будущим. Они произошли от рептилий и не превышали по размеру кошку или зайца. Это были первые млекопитающие, давшие начало классу высокоорганизованных позвоночных животных.

Дальнейшая судьба основных видов пресмыкающихся была довольно печальна. К концу мезозоя началось «великое вымирание» ящеров. Вероятная причина — резкое изменение условий существования.

Огненное ядро продолжало сотрясать кору. Появились новые горные цепи. Суша теснила воду. Менялся климат. Менялась растительность. Ящеры не смогли или не успели приспособиться к новым условиям и вынуждены были уступить свое господство, следуя закону Дарвина, более совершенным существам, к которым и мы с вами, читатель, имеем почти прямое отношение.

Молоко матери

Следующая, и последняя, эра — кайнозой, или эра новой жизни. Она продолжается и сейчас; в ней мы и живем, читатель. Эта эра охватывает последние 70 миллионов лет геологической истории Земли и называется иногда «веком млекопитающих». Чем же млекопитающие отличаются от других видов?

Многим. Детеныш вынашивается самкой в утробе и появляется на свет сравнительно сознательным.

Самка вскармливает детеныша собственным молоком, и это, по-видимому, лучшая пища из всех возможных.

Мозговая коробка имеет относительно больший объем, чем у пресмыкающихся, в связи со значительным развитием головного мозга.

Кайнозой на фоне предыдущих эпох — небольшой отрезок в истории. Этот отрезок принято делить на два периода: третичный и четвертичный. Граница их проходит где-то у самой верхней кромки кайнозоя и отделяет последний миллион лет. Это величайший Рубикон в истории планеты: здесь начал формироваться человек. Но не будем забегать вперед. Вернемся к третичному периоду. Как шла эволюция млекопитающих? Как этот процесс привел к становлению человека?

На Земле сохранились, как это ни удивительно, живые свидетели перехода от пресмыкающихся к млекопитающим. Сегодня их можно видеть в зоопарках, где они сидят в клетках под вывесками: «Утконос и ехидна (Австралия)». Научное их название тоже необычное — однопроходные, или клоачные. Такому неблагозвучному имени они обязаны объединенной конструкцией своего мочеполового и заднепроходного отверстия. Размножаются клоачные еще как пресмыкающиеся: путем откладывания яиц. Однако, несмотря на отсутствие молочных сосков, своих детенышей самка вскармливает молоком. Каким образом? Природа нашла удивительно простой выход — молоко выделяется через мелкие потовые отверстия на поверхности тела (опять-таки идея объединения двух функции в одном органе). По-видимому, вынашиваемое ехидной в сумке или высиживаемое утконосом яйцо было очень уязвимо. Более надежным оказалось вынашивание плода внутри и рождение живого потомства. По этому пути и пошло развитие.

На одном из направлений этого пути стоят сумчатые, или двуутробные, тоже сохранившиеся до наших дней. Их крохотный детеныш, размером в 2–3 сантиметра, рождается недоразвитым и донашивается в сумке: во второй утробе. Самка уже имеет молочные соски, расположенные тоже в сумке. Детеныш крепится к ним с помощью природной присоски — соски.

Но и эта конструкция не явилась совершенством, хотя сама по себе сумка на теле могла бы быть полезна и людям.

В борьбе за жизненную стойкость потомства был найден третий путь: вынашивание плода внутри и рождение его уже почти способным к самостоятельной жизни.

Этот восторжествовавший на Земле класс млекопитающих получил название одноутробных, или плацентарных. (У них зародыш питается через плаценту — место прикрепления плода к телу матери.) К этому подклассу относится и человек. Но об этом позже.

Первыми плацентарными млекопитающими были маленькие лесные зверьки — грызуны. Они заварили всю дальнейшую кашу, сами того не подозревая. Идея, заложенная эволюцией и отбором, была столь удачна, что от них образовалось более 6 тысяч различных видов, более 2 тысяч из которых живут и сейчас.

Среди разнообразия творений Природы оказалась одна частная группа — приматы. Из нее вышел и начал свое победное шествие по планете человек.

Путь от грызунов до приматов был сложен и долог. Но когда видишь непрерывно жующих и грызущих в театре, на лекции, в автобусе, то кажется, что это было не так уж давно.

Новые актеры — приматы

Эволюционную линию приматов начинают, по-видимому, древесные насекомоядные зверьки, похожие на белок. До наших дней сохранились два их вида, претерпевших незначительные изменения. Это лемуры и долгопяты. Больше всего им нравится климат и красоты Мадагаскара. Там их очень много. Лемуры, или предобезьяны, — это небольшие зверьки, ведущие древесный образ жизни. Они активно действуют ночью или в сумерки, имеют отличный хвост-парашют и вытянутую морду.

Долгопят меньше лемура. Он имеет длинные задние ноги и передвигается прыжками. Морда у него тупая — возможно, это первый шаг к плоскому человеческому лицу. На дереве лемур чувствует себя очень уверенно, так как пальцы у него снабжены присосками. (Не плохо, если бы сохранились они хотя бы у альпинистов для присасывания к крутым скалам.)

Ученые считают, что от маленького древесного обитателя долгопята и произошли обезьяны. (Кто захочет лично засвидетельствовать свое уважение и благодарность нашему далекому предку, должен отправиться на Филиппинские острова — единственное место, где они сохранились.)

К середине кайнозоя возникает большое разнообразие обезьяньих племен, а их особи при этом явно укрупняются. (Кстати, эта тенденция наблюдается у всех млекопитающих.)

Многие из возникших видов обезьян дожили до наших дней. Их делят на две группы. Критерий деления очень простой и наглядный — нос обезьяны. С широким носом в одну группу, с узким — в другую. Типичным представителем широконосых является маленькая древесная обезьянка капуцин. Этот вид приматов сделал свой хвост предметом гордости и совершенства. Он и качели в счастливые минуты развлечений, и собственная «веревочная» лестница, и длинная ловкая рука для доставания пищи с земли или из узких щелей и т. д.

К узконосым обезьянам относят гиббонов, орангутангов, горилл и шимпанзе. Они-то и стоят ближе всего к человеку. Поэтому было бы бестактным не рассказать о них подробней (особенно если вспомнить парадокс Г. К. Лихтенберга: «Среди животных ближе всего к обезьяне стоит человек»).

Руки у гиббона очень длинные. Обстоятельство это имеет свои преимущества: он может, например, доставать предметы с земли, не утруждая себя сгибать позвоночник. Его любимый способ передвижения… акробатический. Несколько махов на гигантских своих рычагах — руках — и стремительный бросок тела к ветке, отстоящей на добрый десяток метров. Этот прекрасно отработанный комплекс движений тщательно людьми изучен и получил научное название — брахиация: по-видимому, цирковые акробаты на трапециях похитили эту технику у гиббонов. Орангутанги крупнее гиббонов; живут только на деревьях; также имеют длинные руки, но не такие ловкие циркачи.

Шимпанзе в основном живут на деревьях, но, будучи любознательными существами, по нескольку часов в день проводят на земле, разгуливая на задних конечностях, чуть-чуть опираясь руками о землю.

Горилла — самая крупная обезьяна из живущих в наше время. Рост ее достигает двух метров, а вес 200 килограммов. Жизнь горилл протекает в основном на земле. Акробатики на деревьях от них не жди: гориллы и тяжелы, и способности цепко и точно хвататься за ветки развиты у них слабо.

Узконосых обезьян относят к так называемым человекообразным. Из них наиболее близко к человеку по своему строению и развитию стоит шимпанзе. Поэтому она, вероятно, и ведет себя так фамильярно с человеком — всегда строит ему рожи.

По-видимому, человек и человекообразные обезьяны имеют одного предка. От него пошли две ветви. Вначале они шли почти рядом и предоставляли возможность перескакивать с одной ветки на другую: выбирать себе путь либо в обезьяны, либо в люди. И такие перебежчики, наверное, были. Но дальше ветви разошлись. Человек уже не станет на четвереньки и не вернется на дерево. В животном мире примеры обратной эволюции, от высшего к низшему, встречались: для Homo sapiens’а это исключено, и в этом принципиальное различие человека и животного. Но об этом ниже.

Ищите человекообезьяну!

Самым сенсационным утверждением Ч. Дарвина, творца эволюционной теории развития живой материи, было, конечно, утверждение: «человек произошел от обезьяны». Ему не верили. Его осуждали. Его ругали. Люди не хотели иметь такого предка и считали оскорбительным быть в родстве с какой-то мартышкой; той самой, над которой издеваются в зоопарках; той самой, которая выделывает дурацкие номера в цирке; той самой, имя которой стало нарицательным для выродков рода человеческого.

Какие основания у сэра Чарлза Дарвина так оскорблять человечество? Где прямые доказательства? Если стать на эту «абсурдную» точку зрения, то где же следы и остатки этих переходных обитателей Земли — полуобезьян-полулюдей?

У Дарвина их не было или почти не было. Но стройное логическое здание построенной им теории эволюции видов делало свое дело. Появилось много сторонников этой теории. Наиболее смелые и энергичные устремились на поиски следов наших предков и, не жалея живота своего, копали и долбили землю, проникали в древние пещеры, просеивали сотни тонн земли… За 100 лет, прошедших со времени появления работ Ч. Дарвина, эти поиски блестяще подтвердили его предвидение.

Чего только нет среди находок: зубы, отдельные кости, челюсти, черепа и даже скелеты! Иногда вместе с костями находили и первые примитивные орудия труда.

Все это позволило восстановить приблизительную картину формирования человека.

Общим предком обезьян и человека считают дриопитека (название происходит от двух греческих слов «дрио» — дерево, «питек» — обезьяна).

Дриопитек обитал в конце третичного периода. Родословную свою он ведет от полуобезьяны долгопята, был заметно крупнее долгопята, но обитал там же — на деревьях. Питался в основном растительной пищей, но не упускал случая полакомиться и насекомыми.

Вотчиной дриопитека были густые тропические леса, где он обитал не так уж давно — один-два десятка миллионов лет назад. По найденной челюсти установили, что у него клыки еще сильно выдаются из зубных рядов. Но вместе с тем найдена одна деталь, которая почти одинакова у него и у нас с вами, читатель, — это рельеф, рисуемый бугорками на больших коренных зубах. Ему дано красивое название: «узор Д». И этот узор неопровержимо доказывает наше родство с древесной обезьяной третичного периода.

До наших славных дней дошли только две ветки генеалогического древа наших прародителей. Одна — цветущая ветвь — род человеческий во всем своем разнообразии. Вторая — скромная ветвь — человекообразные обезьяны: гиббоны, орангутанги, гориллы и шимпанзе. Многие другие ветви зашли в «эволюционные тупики» и безвозвратно исчезли с лика планеты.

Нельзя сказать, что человек находится в плену своих родственных чувств к обитателям второй ветви. Так, в энциклопедии мы читаем: «Многие обезьяны служат предметом охоты (используется мясо, шкура); обезьян также ловят для содержания в неволе».

С другой стороны, они сами виноваты — ведь они «не захотели» идти с нами тропой труда и активного приспособления к природе. Вот еще один пример, подтверждающий народную мудрость: «Обуяет лень, проживешь как пень».

На рубеже третичного и четвертичного периодов кайнозоя наш общий древесный предок еще очень редко попирал землю своими конечностями. Его обителью была верхняя часть леса. Там он находил пищу и даже воду (на листьях), удобные места для сна, огромные спортивные залы для утренней гимнастики и коллективных игр.

Наверное, потому весной, когда в первый раз вырываешься в лес из цепких объятий города, зов древесного предка будоражит тебя. Ты кидаешься к первому дереву, появляется откуда-то и сила, и ловкость, вот ты уже на макушке, лихо раскачиваешься на ветвях и обязательно издаешь какие-то нечленораздельные дриопитекские звуки.

Миллионы лет дриопитеки жили в лабиринте ветвей. Они совершали ближние и дальние походы по ветвям деревьев, и не в одиночку, а целыми стадами. Цели были различные — добывание пищи, разведка, самодеятельный туризм (идея планового туризма возникла несколько позже), кочевые походы. Их организм приспосабливался к этому сложному древесному образу жизни. Прыжки с ветки на ветку, с дерева на дерево требовали не только хорошей мускулатуры, но и острого зрения, быстрой ориентировки.

Глаза, смотрящие у большинства животных в разные стороны, начали сближаться и смотреть вперед. Появилось объемное и цветное зрение (современное телевидение еще не достигло уровня дриопитека: в лучшем случае оно дает пока плоскую цветную картину). Усложнился мозг и нервная система. И все это дал лес. Мы должны ему кланяться в пояс. А вместо этого неблагодарные потомки дриопитека часто без всякой нужды калечат деревья, «украшают» их своими именами… Дриопитек задал бы им трепку.

Какая же сила толкнула этих ловких лесовиков спуститься на землю? Наверное, этой силой было опять-таки изменение условий существования. Климат становился холоднее. Листьев и плодов становилось меньше. Леса редели. В борьбе за существование часть дриопитеков спустилась на землю. Это сделали, наверно, те, кто привык двигаться по деревьям почти вертикально. Тело у них подымалось вверх за счет выпрямления задних конечностей. Передние конечности служили в основном для поддержания равновесия. Возможно, это были жители «нижнего этажа» зеленого дома, где мощные ветви дают хорошую опору. Естественно, они перенесли на землю свою привычку двигаться, сохраняя почти вертикальное положение тела. Но при этом руки стали не у дел. Они были хорошо развиты на деревьях, и, естественно, безделье их тяготило.

Ожесточенная борьба за существование подсказала, как использовать свободные руки. Идея осенила дриопитека. Он и был первым на нашей планете изобретателем. Его авторская заявка за номером один, к сожалению, не сохранилась. Попробуем сформулировать ее языком современных патентных формул, правда, закостеневших несколько сот лет назад. Получаем следующее: «Новый способ добычи пищи и защиты от врагов, отличающийся тем, что с целью увеличения природной силы передние конечности действуют, вооружившись палкой или камнем».

Наличие камня или палки в руках и большой обзор местности благодаря вертикальному положению тела делали каждую особь более сильной. Но жили ведь они не в одиночку. Уже тогда нашим далеким предкам было ясно, что коллективу легче противостоять всем невзгодам суровой жизни. И они жили всегда стадами. Даже небольшой такой коллектив в 15–20 особей с дубинами и палицами мог постоять за себя! Миллионы лет эволюции подтвердили правильность этой ставки на объединение. Но и сейчас иногда попадаются «особи», которые забывают о воспитавшем их «стаде», об их органической принадлежности к коллективу. Я думаю, лучшим лекарством для них будет изучение жизни наших далеких предков.

Однако вернемся к поискам промежуточных звеньев в цепи «обезьяна — человек».

Детективы за работой

Первым таким детективом был молодой голландский врач Евгений Дюбуа. С затаенной мечтой найти далекого предка он покинул родину и отправился на Яву. Почему на Яву? Да ведь там в изобилии жили потомки этого общего предка — обезьяны. И совершилось почти чудо (с точки зрения теории вероятностей). Дюбуа легко находит остатки обезьяночеловека — часть черепной коробки, зубы и полуметровую бедренную кость. Это случилось в 1891 году. Бесценная находка была найдена при раскопках древнего слоя на крутом обрыве берега реки. Объем черепной коробки таинственного предка составил приблизительно 900 кубических сантиметров. У современной гориллы он составляет 500 кубических сантиметров. У современного человека приблизительно 1400 кубических сантиметров. Сложив эти объемы и поделив пополам, мы получаем объем незнакомца с Явы! Он получил название «питекантроп эректус», или обезьяночеловек прямоходящий. А жил он приблизительно 500–600 тысяч лет назад. Десятки лет продолжался спор: «Есть ли это прародитель рода человеческого или не есть?» Но Шерлоки Холмсы науки не ждали окончания этих споров, они продолжали поиски…

Двадцать лет велись раскопки на Драконовом холме близ Пекина. Ученые разных стран сменяли друг друга. Толчком к этим поискам был… зуб из пекинской аптеки. Он продавался среди зубов других животных как талисман здоровья. Но это был странный зуб — нечто среднее между зубом человека и обезьяны. Раскопки привели к открытию нового предка. Его назвали синантропом. Он обитал в гигантской пещере Чжоукоудян, пользовался грубо обработанными рубилами из кварца и уже знал огонь. Жил синантроп приблизительно 400 тысяч лет назад. Объем его черепа больше, чем у питекантропа, и составляет в среднем 1050 кубических сантиметров. «В среднем» потому, что всего было найдено около тридцати костных остатков синантропов. Эта грозная когорта свидетелей нашего прошлого заставила многих противников учения Дарвина прикусить язык.

Теперь, читатель, шагнем от синантропа еще на пару сотен тысячелетий вперед. Опустив ряд находок, мы попадаем в гости к неандертальцам.

Название им дано по долине Неандерталь в Германии, где были найдены первые кости скелета. Затем их остатки были обнаружены в различных местах Европы, Азии, Африки. По-видимому, неандертальцев было очень много — миллионы. Жили они в основном в пещерах. Один из поздних типов неандертальцев, населявших Европу, жил около 50 тысяч лет назад. Это так называемый шапельский человек (по имени пещеры, в которой он был найден). Могучий, широкоплечий, коренастый, ростом несколько ниже нас. Лоб покат, но верхняя часть черепа больше, чем у современного человека. Объем мозга, самое удивительное, несколько превышает наш. Жил он в суровое время последнего наступления ледников. Спасали людей пещеры, огонь, шкуры и, главное, физическая сила, умноженная на силу развитого мозга. Может, в этом тяжелом поединке с природой и кроется загадка столь большого объема мозга неандертальца. Первые неандертальцы, как установлено по найденным костям, появились раньше нас приблизительно на 200 тысяч лет. Неандерталец совершенствовал дальше палку и камень: об этом говорят находки. Он умел заострить свое деревянное копье на костре. Изготовлял кремневые ножи и скребки. Острые кости использовал как шило.

Питекантроп и синантроп только начинали обмениваться звуками. Неандерталец, полностью встав на путь коллективной борьбы за существование, пошел дальше. Изучение отпечатков извилин внутри черепа и костного строения указывает на наличие более развитой речи.

Найден ряд захоронений неандертальского человека.

Так, в Крыму найдено захоронение в гроте Киик-Коба. Здесь скелет лежал в искусственном углублении, вырубленном на дне пещеры. Поразительно то, что углубление вырублено точно по форме скелета.

Эти и другие находки показывают, что неандертальцы уже хоронили своих предков; питекантропы и синантропы этого не делали. Более того, неандертальцы уже начали задумываться над закономерностями окружающего мира. Ответа, естественно, они не находили, и это их толкало на путь обожествления сил природы.

Homo sapiens

Сделаем еще один шаг к современности. Подойдем к верхнему краю нашей таблички, который уже почти смыкается с современностью.

Темпы развития человека нарастают. Шаг получается, относительно предыдущих, маленький. Всего каких-либо 20 тысяч лет. Но какие удивительные изменения! Мы встречаем уже почти современного человека. По месту первой находки (грот Кро-Маньон во Франции) он получил свое название «кроманьонец». Это уже совсем человек.

Суровая борьба за существование в ледниковый период ускоренно его формировала. Многие звери в тот период, не выдержав тяжелых условий, вымерли, часть приспособилась, появились шерстистые носороги, волосатые слоны — мамонты.

Человек же шел своим путем. Он приспосабливался к суровой природе не столько изменением тела, сколько совершенствованием орудий труда и увеличением силы коллектива. У него уже появились копья и дротики с каменными и костяными наконечниками, резцы, проколки, сверла. Сам человек окончательно распрямился, рука стала более ловкой. Изучение костных находок говорит, что он тоже был «правша». Мозг стал куда более совершенным. Челюсти уже не выдавались вперед, как у неандертальцев, отчетливо обозначился подбородок.

Жили эти люди большими когортами и занимались в основном охотой на крупных зверей. Это были очень опасные поединки. Но сметливость кроманьонцев, массовость операций, оперативная связь звуками-словами между смелыми охотниками приносили победу. Человек выжил в этой борьбе. И не только выжил. За этот период он шагнул на высший пьедестал Природы и стал Homo sapiens — человек разумный, человек мыслящий. Ему осталось немного потрудиться — совершенствуя орудия своего труда (а следовательно, и себя), — чтобы пройти путь от каменных орудий до вычислительных машин и космических полетов, атомных реакторов и попыток установить радиоконтакт с внеземными цивилизациями…

Мы говорим «немного» потому, что главное было сделано. На Земле появилось существо, которое органически не может стоять или топтаться на месте. Его разум толкает его нести факел прогресса вперед и вперед.

Кроманьонец подарил нам даже свое духовное наследие, свое искусство. Оно украшает пещеры — его жилища. Тематика? Конечно, звери и охота на них. Тут изображения мамонтов, носорогов, быков, лошадей, оленей. Эти первые ростки духовной жизни человека поражают своей правдивостью и вместе с тем неким обобщением образа. Дается самое главное. Там есть то, что некоторые современные художники теряют, «сверхобобщая» образ до полной неузнаваемости.

Но нам пора кончать. Мы уже давно бродим по нашей табличке, по далекому прошлому нашей планеты. Исторический туризм, как и всякий другой, требует отдыха. Вернемся в наш привычный XX век, в его комфортабельную вторую половину. Ведь впереди еще разговор о современном человеке. Что он такое есть? И можно ли его сущность легко и просто сообщить радиограммой обитателям игрек-цивилизации?

Что же следует из нашего путешествия и какие выводы можно сделать?

Давайте их вместе сформулируем.

Во-первых, мы ощутили, сколь сложен и долог путь образования живой материи. На это требуются миллионы и миллиарды лет. Краткого пути, по-видимому, принципиально нет (если исключить возможность переноса жизни с других планет). Некий подобный путь должен быть, вероятно, на любой планете, где зародилась жизнь.

Во-вторых, основные законы развития живого — естественный отбор и мутации — действуют, видимо, не только на нашей планете. Как и законы физики, они имеют всеобщий характер. В каждой цивилизации рано или поздно рождается свой Дарвин и устанавливает их.

В-третьих, путь к разуму лежит только через активную борьбу за существование и труд, труд, труд. Более легкого — «царственного» пути, по-видимому, быть не может. Для труда нужны специальные органы. Они неизбежно должны быть в том или ином виде у обитателей иных разумных сообществ.

В-четвертых, становление разума в непрерывной борьбе и труде закладывает в его носителе неугасаемое стремление к прогрессу, к познанию нового, к подчинению себе могучих сил природы.

Это и вселяет надежду на наличие сверхцивилизаций во вселенной. Надежду на приход их радиокораблей, плотно набитых информацией, в нашу земную глушь.

Кто такие?

Я наивно считал, что найти ответ на вопрос «Что такое человек?» дело пустяковое. Надо лишь взять на себя труд заглянуть в копилку мудрости людской — в книги, в энциклопедии, толковые словари, древние манускрипты. Заглянул. Шли дни, недели. Чем выше становилась пирамида просмотренного, тем слабее становилась надежда. Определений было много, и разных. Но все они охватывали часто очень существенные, но лишь отдельные стороны человека. Более того, они предназначались для внутреннего, земного пользования. А на Земле и так все прекрасно знают, что есть человек. И нет, казалось бы, необходимости тщательно разжевывать эту тему.

Но ведь наш потенциальный радиокорреспондент из игрек-цивилизации и одним глазом не видел ни толпу человеческую, ни даже один-одинешенький экземпляр землянина. Как ему, например, объяснишь такую двойственность человека: с одной стороны, род человеческий слагается из почти одинаковых человеческих существ, которые объединяются в большие коллективы (государства) и в основном живут по установленным в данном коллективе обычаям и законам, а с другой — каждый отдельно взятый человек исключительно индивидуален, и нет на Земле двух одинаково прожитых жизней.

Можно ли описать улыбку землянина, которая в один миг делает его лицо красивым и добрым, ласковым и веселым.

В конце концов я понял безнадежность затеи найти сегодня всеобъемлющее определение человека, годное для «внешнего пользования», для посылки его в космос. Оно еще не найдено землянами. Оставался единственный путь: как-то объединить лучшие из высказываний человека о самом себе, стараясь охватить возможно полнее всю его многогранность. Этот материал с некоторыми комментариями и приводится ниже.

Слово философам и ученым

Одно из самых древних определений принадлежит Аристотелю: «Человек есть общественное животное, инстинктивно стремящееся к совместному сожительству…»

Но ведь человек отнюдь не единственное такое общественное животное на Земле. Муравьи, например, в этом смысле еще больше проникнуты духом совместной жизни. Каждая особь буквально не задумываясь жертвует собой для блага своего сообщества. Достаточно вспомнить строительство живого моста из миллионов погибающих особей через водную преграду, по которому без сострадания проходит основная муравьиная гвардия.

Этот акт самопожертвования для общего блага есть, безусловно, и у людей. Но диктуется он уже не столько инстинктом, сколько сознанием (при этом находятся особи, у которых и сознание и инстинкт помалкивают).

Кстати, отметим, что «цивилизации» общественных насекомых — все те же муравьи, пчелы, осы, термиты — существуют уже десятки и сотни миллионов лет. Удивительно, что они мало изменились за это время. Внешне мы находим у них много элементов, характерных для нашей цивилизации: трудолюбие, вошедшее в поговорку, строительство грандиозных, архитектурно сложных жилищ, своеобразное земледелие и скотоводство, сбор и запасание пищи впрок, даже войны и рабство.

Казалось бы, все подготовлено к решающему шагу. Но этот шаг к разуму так и не сделан. Эволюция у них почти застыла или идет чрезвычайно медленно вот уже десятки и сотни миллионов лет. Может, все уперлось в слишком малые геометрические размеры насекомых? Нет вместилища для развитого мозга? Но мы знаем из предыдущего раздела, что эволюция может и укрупнять особи.

Тайну этого застоя в развитии еще предстоит открыть науке.

Может быть, этот шаг, не сделанный у нас, был сделан на других планетах, в других условиях? И это привело, говоря на нашем языке, к «разумной цивилизации насекомых»?

Но вернемся к определению Аристотеля. Оно охватывает только одну, но весьма существенную черту, свойственную человеку и, как мы видели, ряду других животных.

Из этого определения уже следует, что понять и определить сущность человека невозможно вне общественных отношений, в которых он формировался и живет.

Бенджамена Франклина большинство знает как смелого исследователя молний. Но не все знают его краткое и глубокое определение: «Человек — животное, создающее орудия труда». Обратите внимание на слово «создающее».

Наблюдения показывают, что иногда и обезьяна может усилить свои действия, используя палку или камень. Но это случайные природные орудия, которые по ненадобности тут же бросаются и забываются.

Человек же сознательно создает эти орудия труда. Начав с той же случайной палки и камня, он пошел дальше, стал выбирать подходящую их форму и размеры, изменять их, усложнять.

И этот процесс совершенствования орудий труда, начатый около миллиона лет назад нашим знакомым дриопитеком, непрерывно продолжается и сегодня. И все люди участвуют в этом неотвратимом процессе, являющемся их потребностью. Создание все более совершенных орудий труда, конечно, не самоцель. Оно лишь средство для воздействия на окружающую природу. Какая пружина движет этот процесс? Почему не остановиться на достигнутом? Не отдохнуть?

Это было бы противно человеческой природе. Длинный жестокий путь борьбы за существование привил человеку необходимость и потребность в непрерывном движении вперед. А это в первую очередь совершенствование своих орудий труда, расширение своих знаний, проникновение в тайны неизведанного…

Чем активнее та или иная «особь» рода человеческого участвует в этом процессе, тем сильнее в ней пульсирует эта человеческая сущность.

Будем надеяться, что Б. Франклин не обидится на нас, если мы этот дух усовершенствования введем в его определение:

«Человек — животное, не только создающее орудия труда, но и непрерывно их совершенствующее».

Да не подумают обитатели иных миров, что это и есть единственное отличие человека от животного. Дело в том, что, совершенствуя орудия труда, их творец или производитель неизбежно меняет и себя.

Чем совершеннее создавались орудия, тем большей становилась пропасть между человеком и животным. В этом смысле и надо понимать слова Ф. Энгельса: «Труд создал самого человека». Так мы приходим к типичной системе с обратной связью, которую наглядно демонстрирует рука человека. По меткому замечанию Ф. Энгельса: она не только орган труда, но и его продукт. Не будь труда, она осталась бы лапой с когтями.

По цепи обратной связи труд как бы благодарит человека и делает его еще более искусным умельцем, еще лучшим творцом нового.

И у человека, и у его предшественников труд был коллективным. Согласованные действия требовали передачи информации от одного индивида к другому. Одним из первых результатов обратной связи явился обмен простейшими звуковыми сигналами. Затем звуки постепенно превратились в членораздельную речь. Но обратная связь продолжала действовать. Появилась азбука и письменность, или «письменная речь», как лингвисты довольно странно называют все, что написано. Это был гигантский скачок: у человечества появилась коллективная память. Накопленный опыт стал фиксироваться и передаваться из поколения в поколение.

Но пойдем дальше. В древности человека определяли как говорящее животное. Сегодня мы знаем, что обмен информацией с помощью звуков, и не только звуков, широко распространен и в животном мире. Хотя овладеть человеку хотя бы одним из этих языков пока, к сожалению, не удается, однако кое-что уже сделано. Так, издаваемые дельфином звуки записывают на пленку, изучают, классифицируют и пытаются снова передавать их дельфинам. Правда, это милое умное создание и ухом не ведет и про себя, наверное, улыбается: «Нас не проведешь. Слишком грубо работаете, двуногие сухопутные братья!» Но лиха беда начало!

Ну, а какие же еще отличия от животного возникли у человека в процессе многовекового труда?

Один из ответов мы находим у того, кто «докопался» до истоков человека, у Чарлза Дарвина. (В благодарность за находку наших предков долгое время имел хождение афоризм: «Человек произошел от Дарвина».) Вот что сказал ученый: «Человек — существо, способное обдумывать свои прошлые поступки и побуждения к ним, одобрять одни и осуждать другие».

Сегодня, пожалуй, уже нельзя так категорически утверждать, что только человек это может делать. Многие, например, считают, что дельфины, спасавшие не раз тонущих людей, тоже умеют оценить эти акты помощи как положительные… И в то же время мы знаем по себе, что далеко не всегда анализируем свои прошлые поступки, не говоря уже о настоящих и будущих.

Но способность к мысленному моделированию (говоря модным машинным языком) прошлого и будущего и к анализу этой модели, безусловно, есть коренное отличие человека от животного. И сделал это труд. На какой-то стадии развития абстрактное мышление стало необходимым для дальнейшего совершенствования орудий производства, для дальнейшего прогресса.

Здесь уместно вспомнить слова К. Маркса: «…Пчела постройкой своих восковых ячеек может посрамить некоторых архитекторов. Но самый плохой архитектор от наилучшей пчелы отличается с самого начала тем, что прежде чем строить ячейку из воска, он уже ее построил в своей голове».

Мысль человека сначала проникала очень недалеко в прошлое и еще меньше в будущее. Постепенно люди эти границы раздвинули. Добрались даже до закономерностей, которые объясняют появление на планете Homo sapiens’а. Это дало право Тейяру де Шардену, одному из открывателей синантропа, так определить разумное существо:

«Человек — не что иное, как эволюция, осознавшая самое себя… Осмысливая самое себя в человеке, эволюция становится в какой-то мере способной направлять и ускорять самое себя».

В самом деле, человек, воздействуя на природу, приспосабливает ее к себе, меняет условия своего существования и тем самым меняет ход своей эволюции (животное лишь приспосабливает себя к природе).

Это, если хотите, косвенное воздействие на эволюцию. Сейчас человек уже вплотную подошел к прямой атаке. Изучается задача непосредственного воздействия на информацию, которая передает наследственные признаки от родителей к детям, исследуется проблема введения принудительных, желательных для человечества мутаций. Поэтому человека в будущем, по-видимому, можно будет определить так:

«Человек — единственное животное, способное предопределять свою собственную эволюцию».

Как пойдет в будущем эволюция человека с учетом этих и ряда других возможностей? Этой проблемой занимается новая наука — футурология. К ней мы и отсылаем читателя.

Раскроем Большую Советскую Энциклопедию. Там мы находим определение, объединяющее многое из сказанного выше: «Человек — общественное существо, представляющее собой высшую ступень развития живых организмов на Земле, способное производить орудия труда, использовать их в своем воздействии на окружающий мир и обладающее сложно организованным мозгом, сознанием и членораздельной речью».

Но что значит общественное существо? Там же читаем: «Сущность человека как совокупность общественных отношений заключается в том, что практическая и теоретическая его деятельность по своему содержанию, по форме, по способу возникновения и развития, а также по стимулам, вытекающим из потребностей, носит общественный характер».

Однако есть философские течения, которые отрицают этот исторический факт. Так, Ф. Ницше устами своего пророка Заратустры дает такое определение: «Человек — это канат, протянутый между животным и сверхчеловеком — канат над бездной. Опасна каждая минута перехода, опасно взглянуть назад, опасен испуг и остановка.

В человеке велико то, что он — мост, что он не цель; он восход и закат — вот что можно любить в человеке».

Но что такое сверхчеловек? По Ницше, это человек сильной воли, индивидуалист, призванный повелевать, ставящий себя выше общества, его породившего. Ход истории якобы определяется волей этих одиночек, стоящих «по ту сторону добра и зла». Им все дозволено.

Стать на точку зрения Ницше — это значит делить обитателей планеты на сверхчеловека и на покорное ему стадо, на рабов.

Эта философия была идейной базой фашизма, который стоил землянам многих десятков миллионов жизней.

На эту философию, по существу, опирается всякий культ отдельной личности из рода человеческого.

К сожалению, это позорное явление еще встречается. Все это глубоко противно общественной природе человека, и мы полностью отвергаем и определение человека, и философию Ф. Ницше, и всякий культ личности.

Вернемся к БСЭ. Обе ее формулы, несмотря на многословность, все же не раскрывают всех тайн человека.

Где чарующий мир искусства, созданный человеком? Где таинство любви, свойственное только человеку? Где… Наконец, где индивидуальность каждого из разумных обитателей нашей планеты?

Ведь обитатель иной цивилизации, заглянув в наши энциклопедии, подумает, что земляне — эти неутомимые труженики своей планеты — некие копии друг друга, почти серийные биологические роботы, неотличимые друг от друга.

Итак, философы и ученые не дают полного ответа на наш вопрос.

Давайте продолжим наш поиск у писателей и поэтов. Ведь это признанные знатоки многоликой души человека. Пусть они дорисуют портрет землянина.

У писателей и поэтов

Первое, на что здесь наталкиваешься, — это восхваление себя самим человеком. Какое тут разнообразие красок: венец творения Природы, царь Земли, вершина эволюции, слепок с Вселенной, самое любопытное явление… Или даже так:

Но все это имеет и свое оправдание. Ведь род людской пока одинок. Контакт с инопланетянами пока лишь мечта. Поэтому некому извне похвалить одинокое людское племя за дела его. А сделало это многоумное племя немало: оторвалось и навсегда ушло из царства животных, смастерило машины и электронику, усилившую силу рук их и мозга в сотни и тысячи раз, проникло оком своим в окружающую вселенную на миллиарды световых лет, разорвало могучие силы тяготения планеты своей (хотя еще не разгадало их тайны) и уже оставило отпечатки ног своих на ближайшем космическом теле… Основания, как видите, для гордости, безусловно, есть.

Второе смягчающее обстоятельство — человек не только хвалит себя, но не упускает случая и посмеяться над собой.

Идем дальше. Нас встречает вдохновенная песня труду и труженикам. Вот слова Максима Горького: «Именно в труде, и только в труде, велик человек, и чем горячее его любовь к труду, тем более величественен он сам, тем продуктивнее, красивее его работа». Именно труд является глубочайшим выражением человеческой сущности. Особенно если он коллективный, дружный, свободный. Ведь творчество человека, его смекалку, его догадку формирует труд и только труд. Путь творчества начался с использования палки и камня и привел сегодня к удивительным творениям, на перечисление которых не хватило бы страниц в этой книге. В творчестве, в создании нового, в познании неведомого человек получает наибольшее удовлетворение, наибольшую радость от труда своего и плодов его. Служители муз называют творчество крыльями человека. На них он и летит в неизведанные выси. А крылья, как мы видели, растут только от летанья…

Неизменным спутником человека в его труде и борьбе является мечта. Этот, казалось бы, зыбкий мир грез и фантазии является могучим двигателем. В. Брюсов так и определяет ее:

Мечта не имеет границ. Дай человеку все, о чем он мечтает, и тут же у него появится новый, дерзкий полет мысли.

Мечта, фантазия и образное восприятие окружающего мира человеком породили искусство. Представим такую картину. Наш гость — посол иной цивилизации, — отдав должное земному экономическому базису, направился в храм искусств.

Он карабкается по надстройке из одного этажа в другой. Он поражен. Все виды искусства вертятся буквально вокруг одной темы. Всюду воспевается некое совершенно неведомое для пришельца чувство.

Как его только не именуют жрецы храма: сфинкс, тысячелетняя загадка, сладчайшая из тайн, четвертое измерение жизни, сплав всего лучшего… В обыденной речи земляне его обозначают простым сочетанием букв — любовь.

Слово это и его смысл известно и понятно любому обитателю Земли. Вместе с тем ученые мужи бессильно разводят руками, когда заходит речь об определении и анализе этого магического слова. Вероятно, безнадежно пытаться объяснить его смысл обитателям других планет, если беднягам это чувство неизвестно. Так что же такое любовь?

В древнем индийском трактате «Ветки персика» читаем: «Три источника имеют влечения человека: душу, разум и тело. Влечение души порождает дружбу. Влечение ума порождает уважение. Влечение тела порождает желание. Соединение трех влечений порождает любовь».

Сила этого тройного чувства необычайно велика. Оно действует как увеличительное стекло. Из тысяч людей выделяется один-единственный, он мгновенно увеличивается, приближается, растет… И вот он уже занимает в любящей душе столько места, сколько все остальные миллионы обитателей Земли.

Поток чувств меняет человека. В нем просыпается кто-то другой, сильный, возвышенный. Открываются некие новые тайники сознания и чувств.

Даже законы физики не выдерживают такого водопада чувств. Они отступают. Время теряет свой равномерный ход. Вот как это описал один влюбленный землянин:

«В часы любви время исчезает — исчезает почти буквально, его не ощущаешь, оно перестает быть. И вместе с тем каждая секунда насыщена такими бездонными переживаниями, что время как бы останавливается и от одного удара пульса до другого проходит вечность».

Когда же исторически зародилось у людей это всепобеждающее чувство? Когда оно пришло на смену биологическому половому влечению?

Это произошло, по-видимому, тогда, когда на смену групповому браку пришла семья современного типа, когда матриархат сдал свои позиции.

Самый древний свидетель любви всем хорошо известен: это голова Нефертити. Камень донес до нас через тысячелетия и красоту, и высокий дух ее. Недаром ее копии в миллионах экземпляров разошлись по всему миру.

По-видимому, оригиналу были доступны все чувства современного человека. И действительно, фараон Эхнатон оставил много свидетельств своей любви к Нефертити. Тысячелетия не стерли их.

Человек, естественно, унаследовал от своих животных предков инстинкт полового размножения. Но труд и разум превратили этот инстинкт в высший взлет человеческих чувств, в стимул полного раскрытия личности.

Таким образом, способность и потребность любить — это еще одна черта, определяющая человека разумного. А. Блок говорил: «Только влюбленный имеет право на звание человека».

Исследователи будущего человечества считают, что это удивительное чувство будет прогрессировать, будет сопутствовать почти всей жизни человека. Поэтому человека будущего иногда называют «человек любящий».

Ряд любопытных определений человека мы находим в увлекательном романе французского писателя Веркора «Люди или животные?». Английский парламент, отбросив все текущие дела, вдруг занялся выработкой определения человека. Оно срочно понадобилось в связи с тем, что было обнаружено неизвестное до сего времени племя человекообезьян, которых условно назвали тропи.

Предприимчивая английская фирма всеми правдами и неправдами пытается доказать, что тропи — животные. Признание их животными открывало фирме возможности широкой эксплуатации их как рабочего скота. Группа же ученых, открывших тропи, доказывает, что это люди. Решение проблемы требует проведения четкой границы между человеком и животным. Начались ожесточенные дебаты.

С разумом, как основным отличительным признаком человека, было покончено довольно быстро. «И в самом деле, с одной стороны, никак не назовешь глупыми многих животных, а с другой — вряд ли свидетельствуют о мудрости человека такие его заблуждения, несвойственные даже животным, как фетишизм или колдовство».

Маленькая старушка квакерша внесла на рассмотрение такое определение: «Человек — единственное в мире животное, способное на бескорыстные поступки… Доброта и милосердие присущи лишь человеку, только ему одному». Но пример с собакой, которая погибла в огне пожара, спасая человека, обескуражил квакершу.

Джентльмен с безукоризненным оксфордским произношением и весь накрахмаленный утверждал, что только искусство отличает человека от животного. Но так как он не смог дать определения искусству, то и этот критерий был отброшен.

Была попытка использовать амулеты как основной признак человека. Они есть у людей, и нет их ни у одного животного.

Но как тогда быть с людьми, которые полностью отвергают чудодейственное свойство амулетов и не носят их на своем теле?

Человек, особенно одна его половина, очень заботится о своей внешности (иногда даже делает это своим культом). Животное, как правило, выше этого. Нельзя ли на этом пути найти критерий? Но киска, моющаяся на солнышке, разрушает и эту надежду.

В конце концов парламент под давлением духовенства принимает определение, по которому человек отличается от животного наличием религиозного духа. При этом религиозному духу дается широкое толкование — от веры в бога до колдовства и ритуального людоедства.

Несостоятельность принятого парламентом определения весьма прозрачна: как быть с первобытными людьми, которые уже выделились из животного мира, но еще не создали себе религии? Как быть с доброй половиной современного населения земного шара, не верующей ни в бога, ни в черта?

Но тем не менее тропи повезло. У них были обнаружены зачатки религиозного духа. Они поклонялись огню. Это позволило принять их в члены «человеческого клуба».

Как мы уже отмечали, человек есть осознавшая себя эволюция. Он, хотя бы в общих чертах, распознал окружающий мир и себя самого. Но иногда это изучение самого себя превращается в самолюбование и самовозвеличивание. Вот против таких «особей» и направлена ядовитая стрела: «Человек — это самовлюбленная обезьяна». Это некий культ поклонения самому себе. И стезя эта очень опасна. Она приводит прямиком к тщеславию, к чрезмерной жажде славы. И часто без всяких на то оснований.

Но человек тщеславный, как подметил Л. Н. Толстой, подобен дроби. Числитель этой дроби то, что есть человек на самом деле. Знаменатель — то, что он о себе думает. По законам арифметики, чем больше знаменатель, тем меньше дробь.

Будем надеяться, что у читателей и у автора этой книжки с дробью все в порядке. Она близка к единице. И вообще не будем так сильно сгущать краски. Во-первых, не так уж много землян страдает вирусом самолюбования. Во-вторых, у землян есть еще одно универсальное средство от пороков. Это… способность посмеяться над самим собой. Часто он замечает, до чего он смешон. Его одолевает хохот, и он излечивается!

* * *

Итак, читатель, в поисках определения человека мы с вами изрядно побродили. Нашли массу признаков, отличающих человека от животного. Тут и основные, решающие, которые определили превращение обезьяны в человека, и ряд второстепенных, но тоже присущих только человеку. Вместе с тем полного определения мы не нашли. По-видимому, это дело будущего. Один философ по секрету сообщил мне, что намечается организация даже специального института по этой проблеме. И давно пора! Ведь впереди контакты с иными формами живой материи, с иными «продуктами» эволюции. Пока же человек, познавший, откуда он взялся, познавший свое скромное место во вселенной, познавший… — себя познал мало. Он еще не может четко определить, что есть мыслящая материя, и тем более не может телеграфно записать, кто он есть, и бросить это по радиоволнам в окружающую бездну.

Есть ли пятна?

Из предыдущего следует, что обитатель планеты Земля отличное создание. Это и труженик и творец. Он неутомимо познает законы Природы, неутомимо совершенствует свои орудия труда. Он начал с малого — увеличил свою силу, взяв в руки камень или палку. Сегодня он уже увеличивает силу своего мозга, доверяя вычислительной машине решать многие свои задачи. Он наделен фантазией. На ее волнах он может уплывать и в прошлое, и в будущее. Отражение окружающего мира в его сознании породило тончайший мир искусства. Временами его пронзает удивительное чувство — любовь. Оно раскрывает все дремавшие в нем способности и порождает новые.

Каждый человек индивидуален, но он не может жить вне общества, не трудиться на его благо. Все, что достигнуто землянами, — плод коллективного труда многих поколений. Будущее еще прекрасней, там…

Но у обитателей иных планет, иных цивилизаций может возникнуть законный вопрос:

— Ну, а есть ли темные пятна или хотя бы пятнышки на этом идеальном существе? Есть ли пятна на историческом пути развития рода людского?

Без ответа на этот вопрос написанное выше об обитателях нашей планеты было бы слишком однобоко.

Радиоконтакт с инопланетянами потребует, безусловно, освещения и солнечных, и теневых сторон бытия людского.

Раз мы взяли на себя смелость обрисовать, хотя бы контурно, землян, то надо прямо ответить и на этот вопрос: да, есть! И большие и малые!

Большие — это зияющие черные пятна в истории жителей Земли, тормозившие и тормозящие прогресс человечества.

Мелкие — это крохотные черные пятнышки и у рода людского, и у отдельных «особей».

Не пугайтесь, читатель. Мы не собираемся углубляться в анализ этих пятен. Большие нам не по силам, мелких так много, что глаза разбегаются. Поэтому мы для подкрепления нашего ответа лишь чуть-чуть коснемся больших, а о мелких скажем несколько слов.

БОЛЬШИЕ. — Еще знаменитый Козьма Прутков в свое время говорил: «Взгляни на Солнце, прищурь глаза свои, и ты смело разглядишь на нем пятна». Если взглянуть на ленту человеческой истории, то в глаза бросаются два наиболее зловещих черных пятна. Одно из них — религия, или вера в некие сверхъестественные силы, управляющие миром. Второе — эксплуатация, или присвоение плодов труда одного человека другим. Эти две язвы рода человеческого надолго задержали развитие земной цивилизации и привели к гибели неисчислимого числа обитателей нашей планеты. Не подумайте, что эти пятна независимы. Они взаимодействуют. Между ними и прямая, и обратная связь. Они и явно, и тайно усиливают действия друг друга.

А ведь было время, когда этого позора не знало человечество. Человек, выделившись из животного царства, не знал ни религии, ни эксплуатации. Жизнь его была сурова, жестока, это была в полном смысле ежедневная, ежеминутная борьба за существование. Но она была и прекрасна. Наши далекие предки не знали этих пятен.

Исследования показывают, что питекантроп, синантроп, неандерталец еще не знали религии. Но у кроманьонца уже обнаруживаются следы культовых обрядов. Под действием грозных и непонятных сил природы в его уже развитом мышлении возникают фантастические их отражения. Возникает пустоцветный паразитический побег, как его определил В. И. Ленин, на живом древе истинного, плодотворного человеческого познания. Паразит этот оказался очень живуч. Он еще не зачах полностью и в наше, как его любят называть земляне, просвещенное время. И этим он обязан второму пятну, которое его питает.

Долгое время планета Земля не знала и эксплуатации. В борьбе за существование наши предки объединялись в племена. Этот первобытный коллектив не знал паразитов. Там все трудились. Все, или почти все: орудия труда, жилище, добываемая пища — было достоянием племени и делилось между всеми. Это был пример равенства людей, которого никак еще не может достигнуть современное человечество.

Но человек непрерывно совершенствовал орудия труда и увеличивал свою власть над Природой. Вот он уже добывает больше, чем потребляет. Появляется обмен, появляется самое страшное: «мое» и «твое». Возникает экономическое неравенство между людьми. Зарождается эксплуатация человека человеком. Далее события развивались лавинообразно. Происходит расслоение общества на классы, на имущих и неимущих, на работающих и присваивающих плоды их труда, на господ и рабов. Имущие для удержания своей власти используют насилие. Появляются государства, войска, тюрьмы. Используется и религия. Она призвана оправдать социальное неравенство людей. Религия утверждает вопреки истории, что все это извечно и ниспослано свыше.

Всю власть на планете захватывают небольшие кучки имущих, которые ухитряются держать ее тысячелетиями.

Если рассказать эту грустную историю обитателям иных миров, которых миновала сия чаша, то они не поверят, сочтут ее жестокой сказкой. Как могли немногочисленные эксплуататоры подавить волю необозримой армии тружеников Земли? Как?

Но история человечества неопровержимо свидетельствует этот факт. Она, по существу, и есть история классовых баталий угнетенных и угнетателей.

Более того, эти баталии продолжаются и сегодня. Совсем недавно, каких-то 50 лет назад, было наконец уничтожено позорное пятно эксплуатации лишь в одном из государств Земли. За это время к нему присоединился ряд других народов. На планете образовались два лагеря.

В лагере свободного труда, где все решают сами труженики, обитает около трети всех жителей планеты. Они образуют лагерь социализма.

Ему противостоит лагерь капитализма. Здесь осталось все по-прежнему.

А религия? В первом лагере она потеряла опору, держится лишь на пережитках в сознании людей и доживает свой век. А во втором она по-прежнему служанка власть имущих.

Но лагерь эксплуатации обречен. Это неопровержимо доказано и теорией, и практикой землян. Эксплуатация неизбежно рождает труженика — своего могильщика. А не рождать не может. И труженик неминуемо сотрет все неравенства между людьми. На нашей планете снова настанет золотой век. Но на неизмеримо более высокой социальной и технической основе.

А как на других обитаемых мирах? Везде ли мыслящие существа проходят столь тернистый путь к свободе или такой удел достался только землянам?

Если будет контакт с иными мирами, то и эта тайна будет раскрыта.

Большие пятна подсказывают нам, что развитие человечества идет не по прямолинейному пути прогресса. Оно совершает большие зигзаги под действием злых тормозящих сил. Но людская лавина в конце концов сметает все это и уносится вперед, вперед, вперед…

Стоп! Так как автор не собирался углубляться в анализ больших мрачных пятен истории землян, то на этом кончим.

МЕЛКИЕ. Для начала, читатель, взглянем на нашу планету издалека, из космоса. В хорошую подзорную трубу мы увидим, что некая сила заставила многих обитателей планеты скопиться и жить в отдельных точках поверхности Земли. Там образовались гигантские человеческие муравейники. Скученность в них невероятная. На небольших клочках земли умещается по нескольку миллионов человек. Жилища их лепятся друг к другу. Громоздятся вверх на много десятков метров и углубляются в землю. Между ними оставлены лишь узкие просветы для движения.

Пришельцы из других миров, увидев Землю, наверное, дадут ей обидное название «Планета муравьиных куч». И у них будут основания для этого.

Кучи имеют даже свою атмосферу.

Чем дышит житель города-гиганта? Во-первых, это, конечно, выхлопные газы автомобилей. Волны бензинового газа бушуют в муравейнике. Во-вторых, это дым и копоть заводов, потоки пыли. Рекорды бьет в этом смысле самый крупный муравейник — Нью-Йорк. В него уже наползло 15 миллионов обитателей. Что будет дальше?

В этой куче, например, из воздуха за год выпадает на бедные головы жителей 1,4 миллиона тонн только окиси углерода и 200 тысяч тонн пыли и сажи, не говоря уже о многих других «дарах» его нежно-голубого неба.

Конечно, все это не проходит бесследно. Дайте горожанам чистый воздух полей, лесов и гор, и они выбросят за борт многие свои недуги, они будут творить и радоваться жизни куда лучше…

Людские муравейники расползаются, как каша, во все стороны, поглощая все новые площади нетронутой природы, и как гигантский магнит втягивают в себя новые массы людей. Правда, уже сделаны первые усилия остановить этот процесс. Особенно они заметны в социалистических странах. Это зеленые города-спутники, научные центры и заводы среди лесов и полей, ограничение роста населения городов.

Но пойдем дальше и скажем несколько слов об образе жизни обитателя нашей планеты.

Для всего пути в миллионы лет от дриопитека до современного человека, если исключить крохотный последний участок, характерна высокая физическая активность. Тут и изготовление орудий труда, и охота, и защита от врагов, и земледелие, и скотоводство, и т. д. Нашего предка этого периода по праву можно назвать «человек динамический» — Homo dinamicos!

Но что же случилось на последнем участке? А случилось вот что. Умственная деятельность стала теснить физическую. В этом смысле «роковым» было изобретение азбуки и начало книгопечатания. Опыт человечества стал накапливаться в книгах и передаваться как эстафета от поколения к поколению. Появилась армия тех, кто пишет, и во сто крат большая армия, которая все это читает и изучает (и конечно, нещадно критикует).

Боец такой армии, численность которой все время нарастает, работает, как правило, сидя. Мысль у него действительно временами очень динамична, но вот тело все время статично. Так появляется новый вид — «человек статический», или Homo staticos.

В современном мире эта разновидность человека стала очень популярна. Два основных фактора этому способствовали. Первый — увеличение роли науки в современной жизни. На нашей планете имеются сейчас сотни тысяч, а может, и миллионы очагов науки. В них человек статический. Он сидит и думает, читает, считает, пишет, чертит, дремлет…

Второй фактор — это автоматизация процессов труда. Очень многое уже делает машина, а еще больше — будет делать. Человек опять-таки только сидит у пульта, наблюдает за приборами, нажимает кнопки.

Если бы человек сидел только на работе, было бы полбеды. Но ведь он сидит (или стоит) часа два ежедневно в городском транспорте. Сидит в кино, театре, на собраниях, конференциях… Наконец, у человека сидячего в последнее время появился могучий покровитель — это… телевизор.

Итак, по мере развития земной цивилизации человек все больше передает функции физического труда машинам. Это невиданно повысило производительность труда, облегчило жизнь, создало комфорт, но изменило привычные условия существования. Грубо говоря, 99 процентов времени своего развития человек был динамичен, в поте лица добывая хлеб свой. А оставшийся процент своей истории (то есть последние 10 тысяч лет) он быстро становится человеком статическим, что противно естеству человека, всем 99 процентам предшествующей истории. И мы платим за это дорогую дань: и активизацией ряда болезней, и снижением творческой активности, и плохим настроением, и головными болями, и бессонницей…

О Homo staticos! Ты можешь зачахнуть без движения! Больше динамики! Используйте любые пути: физическую работу, утреннюю зарядку, ходьбу, спорт…

Какие же еще выхватить пятна из коллекции «мелких человеческих»?

Никак нельзя обойти ядовитое зелье — древнейшее изобретение землян. Если его хлебнуть как следует, то одним махом перечеркивается весь путь эволюции от животного до Homo sapiens’а. Мозг выходит из строя. Пьяное существо отбрасывается снова на миллион лет назад, и перед вами животное, иногда очень злое.

Или вот, полюбуйтесь: землянин, сознательно загоняющий в себя дым и копоть. Став рабом привычки, курильщик с упоением коптит свои внутренности — легкие, дыхательные пути, желудок…

Дальнейшее изучение пятен, я думаю, читатель при желании может продолжить вполне самостоятельно. Коллекция обширная. Экспонатов много. Их можно видеть, даже не прищуривая глаз, как это рекомендует делать мудрейший Козьма Прутков.

* * *

Пожалуй, достаточно о пятнах. Не перегнуть бы палку, не очернить бы излишне дорогого собрата землянина — труженика, творца, создателя многоликой цивилизации с лабиринтами науки, техники, искусства…

Миллионы лет жесточайшей борьбы за свое существование не прошли для человека даром. Они выработали неугасаемую потребность дальнейшего совершенствования своего сообщества и себя самого. Вот почему свет человеческого разума неизменно уничтожал и уничтожает эти мрачные пятна.

Социальные неравенства, эксплуатация, войны — все это скоро исчезнет с лица Земли и не будет больше позорить ее обитателей. Треть обитателей планеты — социалистический лагерь — уже идет по этому пути. Мелкие же пятна тем более канут в Лету.

Человек найдет способ вырваться из каменно-асфальтовых джунглей с прокопченным небом, куда он сам себя заковал. Он снова вернется в лоно породившей его матери-природы, но не пещерным жителем, поклоняющимся огню, а властелином сил природы.

Умственный труд перестанет теснить физический. Человека статического, проводившего почти всю свою сознательную жизнь… сидя, будут показывать деткам в музее. Будет найдена и воплощена в жизнь золотая формула гармонии физического и умственного труда.

Ну, а что касается тех землян, кто любил время от времени отбросить себя, выключая мозг обильным употреблением ядовитых зелий, в животное царство, то боюсь, что их даже не станут показывать в музеях будущего. Они будут храниться в совершенно секретных отделах (это будет единственное, что там останется).

Наверное, все это уже где-то достигнуто. Гармоничный носитель некой игрек-цивилизации, почти лишенной пятен (совсем без них, наверно, очень уныло, да и невозможно), разгуливает где-то в космосе, а может, радирует нам, как они «дошли до жизни такой».

Закон неизменного, пусть зигзагообразного, прогресса, действующий в сообществе землян, справедлив не только на нашем осколке материи. Вся мыслящая материя, по-видимому, должна ему подчиняться.

В самом деле, ведь сознание у живой материи возникает только в результате длительной, невероятно напряженной борьбы за существование. Именно в этой борьбе формируется такой разум, который принципиально не может успокоиться на достигнутом, а должен идти вперед.

Все это и должно приводить к возникновению в космосе высокоорганизованных сообществ, сверх- и суперцивилизаций.

И нам еще предстоит краснеть за свои пятна и пятнышки, когда придется контактировать с инопланетянами.