С 18 по 22 июня Центр внеземной разведки штата Пенсильвания (PSETI) провел второй ежегодный симпозиум SETI штата Пенсильвания. На мероприятии собрались эксперты из разных областей и профессий, чтобы обсудить насущные вопросы о SETI, технические проблемы поиска техносигнатур, его этические и моральные аспекты, а также то, что выявили некоторые из последних экспериментов. В некоторых очень интересных презентациях рассматривалось то, что будет возможно в ближайшем будущем, и вероятность того, что мы обнаружим доказательства внеземного разума.
Среди них были очень интересные доклады Адама Франка, профессора астрофизики Рочестерского университета; Кандидат наук. студент Матиас Суазо, астрофизик и участник проекта «Гефест» в Университете Упсалы; и Николас Сиглер, главный технолог Программы исследования экзопланет НАСА (ExEP). В этих презентациях рассматривались текущие проблемы поиска внеземного разума (ETI), техносигнатур, роли кислорода в эволюции сложной жизни и мотивации внеземных цивилизаций (ETC) для создания заметных сигнатур.
Кислород и развитая жизнь
В понедельник, 19 июля й В рамках первого пленарного заседания Адам Франк выступил с докладом на тему «Техносигнатуры и кислородное узкое место». В ходе беседы Фрэнк спросил, является ли богатая кислородом атмосфера при достаточной плотности предшественником возникновения сложной жизни и «техносфер», которые Фрэнк описал как «эквивалент [биосфер], совокупность технологической деятельности на планете». » Эти результаты были представлены в статье, написанной в соавторстве с Фрэнком и Амедео Бальби (доцентом астрофизики Римского университета), которая рассматривается для публикации в журнале Nature Astronomy .
Учитывая его важность для эволюции земной жизни, газообразный кислород считается ключевым индикатором потенциальной обитаемости и жизни (так называемая биосигнатура). На Земле атмосферный кислород начал появляться примерно 2,8 миллиарда лет назад с появлением одноклеточных фотосинтезирующих бактерий, которые медленно превращали углекислый газ (основной компонент земной атмосферы на тот момент) в газообразный кислород. Это привело к Великому событию окисления (около 2,3 миллиарда лет назад), за которым последовало появление многоклеточных организмов и других сложных форм жизни.
Однако современные исследования показали, что богатая кислородом атмосфера может также возникнуть в результате химической диссоциации, когда воздействие солнечной радиации заставляет молекулы воды расщепляться на газообразный водород и газообразный кислород. В результате этого процесса создается атмосферный кислород, который не является побочным продуктом органических процессов и не является показателем существования жизни («абиотический» кислород). По сути, газообразный кислород не может быть надежным биосигнатурой, и его роль в возникновении развитой жизни остается открытым вопросом. . Но, ссылаясь на предыдущие исследования, Фрэнк утверждал, что вся жизнь имеет ограниченные возможности (например, периодическую таблицу элементов) и то, как она эволюционировала, чтобы использовать различные источники энергии.
Это включало в себя то, как ранняя жизнь использовала тепловую энергию из гидротермальных источников, цианобактерии использовали фотосинтез (солнечное излучение), а более развитая жизнь (включая людей) использовала огонь. Это оказало глубокое влияние на эволюцию человеческого общества и самой планеты Земля (в виде изменения климата). Но, как утверждали Франк и Бальби, пожар невозможен без достаточно богатой кислородом среды и достаточного давления. Фрэнк проиллюстрировал это, показав, что горение необходимо для многих технологических процессов, от которых зависит человечество.
Сюда входят все: от охотников-собирателей, разжигающих костры, чтобы согреться ночью и в холодном климате, до металлургов, создающих инструменты из меди, бронзы, железа и стали, специалистов по сносу зданий, взрывающих скалы и естественные преграды, и аэрокосмических инженеров, запускающих химические ракеты. По мнению Франка, эти реакции возможны только в атмосфере, где парциальное давление кислорода составляет 18% и выше – P(O 2 ) > 18%. Это приводит к неизбежному вопросу: «Может ли молодой вид, использующий и создающий инструменты, развивать технологии техносигнатурного масштаба без сжигания?»
По мнению Фрэнка и его коллег, ответ — решительное «нет». Согласно их анализу, атмосферный кислород является «узким местом» в развитии развитой жизни.
Охота за сферами Дайсона
Презентация Матиаса Суасо о проекте «Гефест» была частью седьмого пленарного заседания (которое состоялось в среду, 21 июля). ул. ). Проект посвящен поиску в Млечном Пути признаков Сфер Дайсона — теоретической мегаструктуры, предложенной в 1960 году доктором Фрименом Дайсоном (1923-2020). В своей основополагающей статье «Поиск искусственных звездных источников инфракрасного излучения» Дайсон предложил, как внеземные цивилизации, достигшие высокого уровня технического развития, могут построить мегаструктуру, охватывающую всю их звездную систему, таким образом используя всю энергию своей родительской звезды. .
Дайсон также предположил, что специальные исследования SETI могли бы искать эти мегаструктуры, ища признаки отходящего тепла, излучаемого в дальнем инфракрасном диапазоне. Проект «Гефестос», запущенный Университетом Упсаллы в 2015 году, является первой шведской инициативой SETI и опирается на данные передовых обсерваторий для поиска техносигнатур, связанных с крупномасштабными инженерными проектами, а не с традиционным подходом, основанным на сигналах. В своей презентации Суазо резюмировал процесс, который он и его коллеги из Гефеста использовали для поиска доказательств мегамасштабной инженерии вокруг других звезд.
Это включает в себя возможность того, что мегаструктуры влияют на характеристики родительских галактик, включая снижение оптической светимости, усиление инфракрасной светимости и морфологические аномалии. Европейского космического агентства С этой целью ученые проекта объединили данные обсерватории Гайя , двухмикронного обзора всего неба НАСА (2MASS) и широкоугольного инфракрасного обзора (WISE). Подробности этого исследования были опубликованы в статье 2022 года под названием «Верхние пределы частичных сфер Дайсона в Млечном Пути», опубликованной в «Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества». Эта работа была частью исследования, опубликованного в 2022 году Project Haefestos. Как сообщил Суазо Universe Today по электронной почте:
«Оба исследования теоретически являются мощными инструментами для обнаружения источников избытка инфракрасного излучения. Эти данные показывают, что примерно одна из 200 000 звезд Млечного Пути имеет избыток инфракрасного излучения, который в принципе может быть совместим со сферами Дайсона. Однако это соотношение подвержено предвзятости, и его следует использовать только в качестве верхнего предела».
Затем Суазо описал канал, созданный в рамках проекта для сбора данных о звездах, которые «демонстрируют необычное инфракрасное излучение, которое нелегко объяснить известными астрономическими источниками». Это объединение данных астрометрии Gaia с инфракрасными данными 2MASS и WISE в диапазоне от ближнего до среднего инфракрасного спектра (от 1,25 до 22 мкм). Используя солнечный спектр в качестве отправной точки, Суазо и его коллеги установили верхний предел температуры (T) и светимости (L), чтобы отслеживать падение оптического потока и усиление среднего инфракрасного излучения.
Это дало 5 миллионов источников в объеме космоса диаметром 300 парсеков (~ 1000 световых лет). Следующим шагом стала изоляция источников, производящих повышенное излучение среднего инфракрасного диапазона (от 12 до 22 мкм), в результате чего число кандидатов сократилось до 320 000. На третьем этапе Суазо и его коллеги создали 220 745 моделей, которые учитывали астрометрические данные наряду с температурой и светимостью, чтобы изолировать источники, которые «хорошо подходят» для структур Дайсона. Это еще больше сократило число кандидатов примерно до 11 000.
Четвертым шагом было создание схемы классификации изображений с использованием сверточной нейронной сети, которая исключала звезды в небулярных областях — они создают ИК-сигнатуры, аналогичные тем, которые теоретически наблюдались бы со структурами Дайсона. Это сократило количество кандидатов до 5700 источников. Последним шагом было внедрение «дополнительных сокращений», в которых приоритет отдавался точечным источникам (звезды, а не галактики или квазары), не показавшим оптической переменности или переменности в среднем ИК-диапазоне, никаких выбросов альфа-водорода (типичных для протопланетных дисков) и отдельные звездные системы (не двойные или многозвездные системы).
В результате общее количество кандидатов составило около 4000, которых они разделили в зависимости от температуры – выше или ниже 200 К (-73,15 °C; -99,67 °F) и «смешивающих переменных», которые привели к сомнительным результатам (и возможным ложноположительным результатам). В конечном итоге они составили список из 20 жизнеспособных кандидатов для последующего наблюдения. Проект планирует проводить эти наблюдения с использованием оптических телескопов, что поможет отбросить потенциальные ложные срабатывания (например, диски обломков) и еще больше сузить область поиска. Сказал Суазо:
«Наша работа представляет собой основу, которую может использовать любой, кто заинтересован в поиске сфер Дайсона. Нужны только данные в оптическом и среднем/дальнем инфракрасном диапазоне. Если опросы лучше, чем WISE, станут реальностью в будущем, поиск сфер Дайсона придется переделать, и методология для этого станет доступной. Мы заканчиваем вторую работу над моей докторской диссертацией, которая, я надеюсь, будет представлена в этом месяце. Эта статья будет содержать аномальные инфракрасные источники, совместимые со сферами Дайсона, спектры которых еще не изучены».
Инопланетяне ищут нас?
Еще одну увлекательную презентацию провел Ник Сиглер под названием «Мотивации инопланетян и их подходы к поиску техносигнатур». В центре внимания этой презентации была обновленная информация об исследовании техносигнатур, которое Программа исследования экзопланет НАСА (ExEP) начала около 18 месяцев назад (о чем говорилось на симпозиуме PSETI 2022 года), в котором изучается, как научные исследователи ищут признаки потенциальных инопланетных цивилизаций. По словам Зиглера, устав ExEP сводится к трем основным целям:
- Откройте для себя планеты вокруг других звезд.
- Охарактеризуйте их свойства .
- Определите кандидатов, которые могли бы стать приютом для жизни.
До сих пор ExEP работал над созданием телескопа, который мог бы смотреть на любую случайную звезду в нашей галактике и ослаблять ее звездный свет на оси, чтобы можно было увидеть любые экзопланеты, вращающиеся вокруг них. Это известно как метод прямого изображения, при котором экзопланеты наблюдаются и характеризуются посредством прямого наблюдения, а не наиболее широко используемых косвенных методов (транзитная фотометрия и допплеровская спектроскопия). Это можно сделать с помощью внутренних и внешних оккультистов, блокирующих звездный свет, также известных как коронографы и звездные тени.
Как только это будет сделано, астрономы получат спектры атмосфер экзопланет, чтобы обнаружить наличие биосигнатур. Но, как отметил Зейглер, эти же самые наблюдения могут также наткнуться на потенциальные техносигнатуры, такие как промышленные загрязнители, орбитальный маяк или другие признаки развитой цивилизации:
«Мы понимаем, что, поскольку мы проводим эти миссии по биосигнатуре, появляются возможности для исследования комменсальных техносигнатур. И это заставило нас задуматься, что еще мы можем сделать, чтобы улучшить наши комменсальные отношения с техносигнатурами, чтобы мы не стоили НАСА много денег, но были в состоянии делать больше подобных проектов».
Это положило начало исследованию техносигнатур ExEP, научному исследованию, призванному проинформировать НАСА о том, где оно может положительно повлиять на исследование техносигнатур. Это включает в себя краткое изложение методологии, которую нынешние и будущие обсерватории могли бы использовать для проведения комменсальных исследований биосигнатуры/техносигнатуры, какие технологии требуются и другие потребности (финансирование и т. д.). Это исследование, по словам Зейглера, завершено примерно на 70% и будет обнародовано после завершения. Некоторые ключевые детали отчета были обнародованы на секционном заседании, состоявшемся на следующий день.
Но что особенно интересно в их исследовании, по словам Зейглера, так это вопрос мотивации: что могло бы побудить внеземную цивилизацию создавать заметные техносигнатуры? Это предположение может помочь ученым решить, какой тип техносигнатур исследовать, экономя время и ресурсы за счет ограничения поиска. По словам Зейглера, возможные мотивы, которые они рассматривали, включают:
- Строительство мегаструктур для сбора энергии своей звезды (также известных как структуры Дайсона)
- Привлечение внимания к их существованию (радиосигналы, маяки, ИК-импульсы, транзитные события)
- Крупные города и промышленные предприятия на своей планете (загрязнения, среднее ИК-излучение, искусственное освещение, «утечка радиосигналов»)
- Рой спутников (пояса Кларка) и космический мусор (отраженный свет, транзитная фотометрия)
- Признаки терраформирования (сходства/аномалии на нескольких планетах)
- Мегаструктуры для уменьшения глобального потепления (солнечные шторы, отражающие спутники)
- Признаки космического корабля (выхлопы от ядерного синтеза, антиматерия, радиосигналы, следы туманностей)
- Сеть межзвездной связи (радиосвязь)
Еще один важный вопрос, который поднял Зейглер, заключался в том, могут ли инопланетяне наблюдать за Землей, и если да, то как мы их обнаружим? Сюда может входить отраженный свет от космических кораблей, скрывающихся в точках Лагранжа или пролетающих мимо (он включил Оумуамуа в качестве потенциального примера), артефакты от посадочных аппаратов, марсоходов и других роботов-часовых, обнаружение радиосигналов и преднамеренных сообщений, которые они оставляют после себя (для например, в геноме наземных организмов). Все это, по словам Зейглера, является жизнеспособным подходом и может выявить доказательства прошлых посещений.
Эти презентации дают хорошее представление о вопросах и дискуссиях, поднятых на симпозиуме SETI штата Пенсильвания в 2023 году. Они также подчеркивают, как далеко продвинулась область исследований и что будет возможно в ближайшие годы. Если и есть один вывод, так это тот факт, что Симпозиум поднял больше вопросов, чем дал ответов. Это не случайно, поскольку область SETI остается одним из самых неоднозначных и загадочных научных направлений. Когда дело доходит до возможности существования разумной жизни где-либо во Вселенной, мы ограничены в том, что мы знаем и как мы это знаем.
Увы, это самая важная причина для нас продолжать поиски. Пока не наступит день, когда мы найдем свидетельства существования других цивилизаций, у нас никогда не будет ничего, кроме провинциального понимания того, что такое жизнь, при каких обстоятельствах она может возникнуть и повсеместно ли во Вселенной распространены жизнь и разум.
Дополнительная литература: Симпозиум SETI штата Пенсильвания
