Космические монстры Астрономы ищут гигантские сооружения в космосе. Все началось с русского ученого

3 августа 2019 года умер академик РАН Николай Кардашев, специалист в области экспериментальной и теоретической астрофизики и радиоастрономии. Он предсказал существование особого типа звезд — пульсаров, а также изучил источник предполагаемых радиосигналов инопланетной цивилизации, который оказался квазаром. Однако самым известным его вкладом в поиски внеземного разума стала шкала его ранжирования по технологическому развитию. «Лента.ру» рассказывает об этой концепции и о развитии, которое она получила за рубежом.

Бездна энергии

Шкала Кардашева была разработана в 1964 году. За основу оценки технологического развития ученый взял количество энергии, потребляемой инопланетной цивилизацией. Существует три типа цивилизаций. Цивилизация I типа называется планетарной, и ее энергопотребление сравнимо с энергией звезды, получаемой планетой. II тип (звездная цивилизация) способен использовать энергию в масштабе всей своей солнечной системы. Наконец III тип (галактическая цивилизация) контролирует энергию всей галактики. Кардашев считал, что цивилизация IV типа, которая потребляет энергию, сравнимую с мощностью Вселенной, невозможна в принципе.

Человеческая цивилизация лишь приближается к I типу. Люди потребляют примерно 2 на 10 в 13-й степени ватт, а мощность всего солнечного излучения, падающего на Землю, равна примерно 10 в 17-й степени ватт. Для того чтобы перейти ко II типу, необходимо, например, построить вокруг звезды гигантское устройство — сферу Дайсона, способную улавливать все излучение, а это порядка 10 в 26-й степени ватт (светимость Солнца). III тип потребляет энергию всех звезд в галактике Млечный Путь (10 в 37-й степени ватт).

Аннигиляция и синтез

Чтобы стать цивилизацией I типа, необходимо повсеместно строить термоядерные реакторы, в которых каждую секунду в гелий сливаются 280 килограммов водорода. Это составляет примерно 10 в 9-й степени килограммов водорода в год. В кубическом километре воды содержится 10 в 11-й степени килограммов водорода, что может обеспечить человечество термоядерным топливом на миллионы лет.

Еще одним способом получения энергии могла бы стать аннигиляция вещества с антивеществом. Для получения антивещества можно воспользоваться естественными его источниками: антипротоны в радиационных поясах Земли или позитроны в центрах тропических циклонов.

Наконец, можно получать солнечную энергию. Покрыть всю планету солнечными батареями или освоить энергию атмосферы, гидросферы и биосферы с помощью современных технологий невозможно, да и бессмысленно. Лучшим вариантом был бы запуск искусственных спутников, которые преобразовывали бы свет в микроволны, которые направлялись бы в специальные коллекторы на Земле.

Звездные машины

Цивилизации II типа могут строить гигантские астроинженерные сооружения. К самым известным относят сферу Дайсона и двигатель Шкадова. Первая представляет собой тонкую сферическую оболочку, чей радиус сравним с радиусом планетных орбит. Считается, что такая постройка позволит наиболее эффективно использовать энергию звезды, а также служить домом для квадриллионов живых существ. Однако некоторые ученые предполагают, что энергию, необходимую для развития цивилизации II типа по Кардашеву, можно получить менее затратным образом — например, использовать вещество гигантских планет для термоядерного синтеза.

Двигатель Шкадова состоит из гигантского солнечного паруса, который расположен поблизости от звезды. Давление светового излучения должно уравновешивать силу гравитационного притяжения. Поскольку в этом случае энергия излучается звездой неравномерно, светило начнет перемещаться в сторону солнечного паруса. Однако такой способ перемещения будет очень медленным: за миллион лет звезда переместится на расстояние 0,03 светового года.

Модификацией сферы Дайсона является мозг-матрешка, который использует весь свет от звезды, чтобы производить вычисления. Мозг-матрешка состоит из нескольких сфер Дайсона, вложенных одна в другую. Внутренняя сфера будет получать энергию непосредственно от звезды и выделять тепло, которое, в свою очередь, будет использовано следующей сферой. В итоге, вся конструкция имеет максимальную энергоэффективность (если не считать затрат на ее изготовление и поддержание). Аналогом мозга-матрешки является мозг-Юпитер, который оптимизирован для минимальной задержки прохождения сигнала. Мозг-матрешка мог бы использоваться для создания виртуальной реальности, неотличимой от настоящей, или имитации альтернативных Вселенных.

Поиск галактических цивилизаций

Цивилизация III типа, по Кардашеву, была бы самой заметной в наблюдаемой Вселенной. Для ее нужд может использоваться энергия черных дыр, гамма-всплесков или квазаров. Потребление энергии всей галактики оставило бы тепловой след, легко выявляемый в далеком космическом пространстве. Астроинженерное сооружение по типу сферы Дайсона переизлучало бы поглощенную энергию в виде излучения в среднем инфракрасном диапазоне, длины волн которого соответствуют температуре 100-600 кельвинов. Следовательно, галактику, в которой каждая звезда окружена сферой Дайсона, можно обнаружить с помощью инфракрасных космических телескопов вроде WISE НАСА.

В 2015 году сообщалось о выявлении 93 галактик-кандидатов, которые подозрительно светились в инфракрасном диапазоне. В случае существования цивилизации III типа 25 процентов световой энергии галактик преобразовывалось бы технологической деятельностью в тепло. Чтобы определить, действительно ли избыток инфракрасного излучения можно объяснить деятельностью инопланетян, ученые проверили, коррелирует ли излучение с радиоволнами, что является признаком естественных процессов. Оказалось, что только шесть галактик не удовлетворяют этому условию и требуют дальнейшего изучения. Значит, заключают исследователи, в местной области Вселенной цивилизации III типа либо встречаются очень редко, либо вовсе отсутствуют.

Другие шкалы

В настоящее время существует несколько модификаций шкалы Кардашева. Например, в нее добавляют цивилизации типов IV (контролируют всю Вселенную) и V (контролируют сразу несколько Вселенных). Некоторые исследователи считают, что эти цивилизации не могут быть обнаружены, поскольку их деятельность неотличима от природных явлений.

Американский астроном Карл Саган предложил в качестве дополнительного критерия использовать количество информации, доступной для представителей внеземного разума. Для цивилизации типа А характерно владение 10 в 6-й степени уникальных битов информации, для человеческой цивилизации (тип 0,7 Н) — 10 в 13-й степени битов (для 1973 года), для цивилизации типа Z — 10 в 31-й степени битов. Саган считал, что еще ни одна цивилизация во Вселенной не достигла уровня Z. Шкалы Сагана и Кардашева не являются строго зависимыми друг от друга, поэтому цивилизация Z не обязательно будет III типа по Кардашеву.

Существуют и другие критерии — например, способность манипулировать материей вплоть до фундаментальных частиц. В то же время есть мнение, что любая шкала бессмысленна, поскольку мы не можем предсказать поведение развитого внеземного разума.

Тем не менее шкала Кардашева оказала значительное влияние на развитие идей поиска внеземного разума. Она до сих пор упоминается во многих научных статьях, посвященных SETI и гипотетическим свойствам звездных машин, которые возможно заметить с помощью доступных астрономических приборов. Это по праву может считаться значительным достижением отечественной науки.