Лев Гиндилис – SETI: Поиск Внеземного Разума (страница 11)

1.7. Первые шаги. СТА-102

Сразу же после Бюраканской конференции В. С. Троицкий приступил к реализации своих идей. Ему удалось привлечь молодых сотрудников и аспирантов (Л. И. Герштейн, А. М. Стародубцев, В. Л. Рахлин), с помощью которых он приступил к созданию спектроанализатора по поиску узкополосных сигналов ВЦ.

Использовался метод параллельно-последовательного анализа спектра. Полоса анализа 2 МГц просматривалась 20-ю фильтрами шириною 100 кГц каждый. В свою очередь, 100-килогерцовая полоса перекрывалась 25-ю узкополосными фильтрами шириной 13 Гц, разнесенными по частоте на 4 кГц. Просмотр 100-килогерцовой полосы осуществлялся изменением частоты узкополосных фильтров. Время анализа исследуемой полосы 2 МГц составляло 10 минут.

К 1968 г. аппаратура была готова. Наблюдения начались осенью 1968 г., использовалась 15-метровая антенна радиоастрономической станции НИРФИ в Зименках. Исследовались 11 звезд солнечного типа (τ Кита, ε Эридана, Gl380 и 47 Большой Медведицы, β Гончих Псов, ρ Волос Вероники, η Геркулеса, π¹ Большой Медведицы, ψ⁵ Возничего, ι Персея, η Волопаса) и галактика М 31 (знаменитая Туманность Андромеды). Наблюдение каждого объекта длилось 10 минут. Ни от одного из них не было зарегистрировано монохроматического потока, превышающего 2•10^-21 Вт/м²[27]. По сравнению с проектом Озма это был несомненный шаг вперед, однако при выборе частоты поиска исследователи были вынуждены исходить из имеющихся у них возможностей. Так была выбрана частота 926—928 МГц (диапазон 32 см) только потому, что в этом диапазоне имелись разработанные промышленностью высокочувствительные элементы СВЧ.

Еще одна группа, приступившая к исследованиям после Бюраканского совещания — московские радиоастрономы из ГАИШ под патронажем И. С. Шкловского и непосредственным руководством Н. С. Кардашева. Здесь работа велась в двух направлениях: исследование пекулярных источников и подготовка к проведению обзоров неба в сантиметровом диапазоне.

Для проведения полных обзоров неба в сантиметровом диапазоне волн Н. С. Кардашев предложил построить радиотелескоп, специально предназначенный для этой цели. За основу был принят радиотелескоп системы Крауса. Он состоит из двух отражателей — неподвижного параболического цилиндра, оптическая ось которого направлена в меридиан, и плоского отражателя, который может вращаться вокруг горизонтальной оси, благодаря чему диаграмма направленности смещается в вертикальной плоскости, и можно наблюдать источники, кульминирующие на различной высоте над горизонтом. Если зафиксировать наклон плоского отражателя, то благодаря суточному вращению небесной сферы через диаграмму направленности радиотелескопа в течение суток пройдут все радиоисточники, кульминирующие на заданном угловом возвышении над горизонтом, т. е. имеющие заданное склонение δ. Таким образом, за сутки будет покрыта полоска неба в виде кольцевой зоны (360° по прямому восхождению) с шириной, равной размеру диаграммы направленности в вертикальной плоскости. Изменив наклон плоского отражателя, можно в следующие сутки просмотреть кольцевую зону, примыкающую к первой, и, двигаясь таким образом, шаг за шагом, перекрыть, наконец, все небо.

В отличие от обычного радиотелескопа, имеющего антенну в форме парабалоида вращения, у которого диаграмма направленности симметрична (так называемая «игольчатая» или «карандашная» диаграмма направленности), радиотелескоп системы Крауса имеет «ножевую» диаграмму направленности, ее размер в вертикальной плоскости значительно больше, чем в горизонтальной. Эго увеличивает ширину полосы обзора в течение суток и позволяет значительно сократить полное время обзора неба. Кроме того, благодаря малой ширине «ножа» в горизонтальной плоскости возникает возможность более точной (чем при «карандашной» диаграмме) оценки угловых размеров источника.

Эскизный проект радиотелескопа для проведения обзоров неба был разработан в Государственном Астрономическом институте им. П. К. Штернберга (ГАИШ) при МГУ и получил название РТ-МГУ (см. рис. 1.7.1). Неподвижный параболический рефлектор имел размер 416 × 5 м (горизонтальный раскрыв 400 м). Плоский отражатель размером 414 × 8,2 м мог вращаться в пределах 52,5° от вертикали, что обеспечивало перекрытие интервала склонений 105° и позволяло на широте 45° наблюдать 80% всей небесной сферы. Геометрическая площадь антенны составляла 2000 м². Диаграмма направленности по уровню половинной мощности на волне 1 см равнялась 5″ × 412″. Полное время обзора на той же волне (с учетом частичного перекрытия полос) — около 5 лет.

Рис. 1.7.1. Радиотелескоп РТ-МГУ. Фотография с макета, изготовленного Т. А. Лозинской из бумаги и хлебных крошек

И. С. Шкловский, работавший в то время заведующим отделом радиоастрономии ГАИШ, добился поддержки проекта у ректора МГУ академика И. Г. Петровского, который всегда очень внимательно относился к нуждам радиоастрономии. Однако университет не мог выделить необходимые средства. И. Г. Петровский обратился к президенту Академии Наук СССР академику М. В. Келдышу и обсудил с ним возможность сооружения радиотелескопа совместно с Академией Наук на долевых началах. М. В. Келдыш согласился с этим предложением, и вопрос был передан на решение в Научный совет по проблеме «Радиоастрономия» АН СССР, председателем которого был В. А. Котельников.

Одновременно пулковские радиоастрономы, возглавляемые С. Э. Хайкиным, выдвинули проект создания крупного радиотелескопа сантиметрового диапазона волн с антенной переменного профиля (АПП) для нужд радиоастрономии. Отражающая поверхность АПП состоит из отдельных подвижных элементов, установленных на кольцевом фундаменте. Перемещение отражающих элементов вдоль радиуса образующей окружности с одновременным вращением их вокруг вертикальной и горизонтальной оси позволяет измерять профиль отражающей поверхности и, таким образом, наводить телескоп в различные точки неба. По сравнению с параболоидом той же площади АПП имеет более высокое угловое разрешение. Подобно радиотелескопу системы Крауса, АПП также имеет «ножевую» диаграмму направленности, но с переменной высотой «ножа» (в зависимости от координат наблюдаемого источника).

Рис. 1.7.2. Радиотелескоп РАТАН-600. Слева — общий вид радиотелескопа (макет), справа — часть кругового отражателя

При обсуждении обоих проектов в антенной секции Совета по радиоастрономии под председательством А. А. Пистолькорса было принято решение об их объединении: главный круговой отражатель

АПП был дополнен плоским отражателем, расположенным в южном секторе радиотелескопа. В сочетании с плоским отражателем южный сектор главного отражателя, по существу, представляет собой систему Крауса. Так возник проект радиотелескопа РАТАН-600 — крупнейшего советского радиотелескопа, сооруженного в 70-х годах на Северном Кавказе (рис.1.7.2). Он вошел в состав Специальной астрофизической обсерватории АН СССР, располагавшей также самым крупным 6-метровым оптическим телескопом БТА. Создание радиотелескопа РАТАН-600 — хороший (но, увы, редкий!) пример сотрудничества двух разных радиоастрономических коллективов.

С конца семидесятых годов группа радиоастрономов ГАИШ ведет на РАТАН-600 наблюдения по программе обзора неба на нескольких частотах сантиметрового диапазона. Работа проводится как чисто радиоастрономическое исследование без какой бы то ни было связи с SETI. (В частности, все необычные сигналы «списываются» за счет случайных помех и в дальнейшем анализе не принимаются во внимание.) Это определяется кругом научных интересов исследователей. Тем не менее, полученный в результате обзора материал, в соответствии с идеями Н. С. Кардашева и С. Э. Хайкина, в перспективе может представлять интерес для SETI.

Наряду с подготовкой обзоров неба, в отделе радиоастрономии ГАИШ под руководством Н. С. Кардашева проводились наблюдения пекулярных радиоисточников с целью обнаружения их возможной искусственной природы. Особый резонанс вызвала обнаруженная Г. Б. Шоломицким переменность потока радиоизлучения СТА-102.

Рис. 1.7.3. Спектр радиоисточников СТА-21 и СТА-102. Для сравнения приведен спектр радиогалактики Дева-А. Сплошная линия — ожидаемый спектр искусственного радиоисточника

История этого открытия такова. В 1964 г. Н. С. Кардашев рассчитал спектр искусственного радиоисточника (передатчика внеземной цивилизации), исходя из оптимального распределении энергии передатчика с целью обеспечить максимальную скорость передачи информации по каналу с шумом. Оказалось, что он существенно отличается от типичного спектра естественных радиоисточников. Изучив наблюдательный материал по спектрам, Кардашев обратил внимание на два источника СТА-21 и СТА-102, незадолго до этого обнаруженные в обзоре Калифорнийского технологического института. Они имели спектр, резко отличный от типичного «степенного» спектра, характерного для естественных радиоисточников, и — что самое удивительное! — очень напоминающий ожидаемый спектр искусственного радиоисточника, только смещенный в низкочастотную область спектра (рис. 1.7.3). Оба источника обладали также очень малыми угловыми размерами, что также соответствовало критерию искусственности. На основе этих данных Кардашев выдвинул гипотезу о возможном искусственном происхождении СТА-21 и СТА-102. Для проверки гипотезы он предложил исследовать, не является ли поток радиоизлучения от этих источников переменным. Дело в том, что известные в то время радиоисточники не показывали никакой переменности. Исключение (не считая Солнца) составлял редкий класс радиоисточников типа Кассиопеи-А, являющихся остатками вспышек сверхновых звезд. Благодаря расширению оболочки сверхновой поток радиоизлучения Кассиопеи-А медленно уменьшается со временем. Однако никаких периодических или нерегулярных изменений потока радиоисточников не наблюдаюсь и, согласно теории, не должно было наблюдаться. Напротив, для искусственных источников можно ожидать, что переменность является их неотъемлемым свойством. Ведь для передачи информации излучение должно быть каким-то образом модулировано, т. е. какие-то из его параметров (мощность, частота, фаза, поляризация) должны изменяться со временем. Ожидаемый временной масштаб этих изменений довольно неопределенный. Для информативной передачи изменения должны быть очень быстрыми, а для позывных сигналов они могут быть достаточно медленными. Если бы в радиоизлучении источников СТА-21 и СТА-102 удалось обнаружить переменность, это можно было бы рассматривать, как подтверждение гипотезы об их искусственном происхождении. Н. С. Кардашев уговорил Г. Б. Шоломицкого, который вел радиоастрономические наблюдения на антеннах Центра дальней космической связи СССР в Евпатории, провести исследование переменности потока радиоизлучения СТА-21 и СТА-102. Хотя Шоломицкий скептически относился к гипотезе Кардашева, он согласился провести эти исследования, так как надеялся обнаружить вековое изменение потока, аналогичное изменению потока Кассиопеи-А.