«Поиск признаков жизни» - один из основных элементов научной фантастики. Может быть, это тоже наука?
Этот пост был написан Джиллиан Скаддер. Джиллиан - научный сотрудник с докторской степенью в области астрофизики в Университете Сассекса, Великобритания. В 2014 году она получила докторскую степень в Университете Виктории, изучая взаимодействия между галактиками в соседней Вселенной. Подпишитесь на нее в Твиттере @Jillian_Scudder.
Мог ли инопланетный космический корабль когда-либо обнаруживать «признаки жизни» на планете на отдаленно шумном тепловом фоне? Если бы они искали разумную жизнь, не всегда ли было бы проще искать обычное радиоизлучение?
О, «признаки жизни». Вероятно, за эту фразу отвечает франшиза «Звездный путь»: любую планету, к которой они приближаются, они сканируют на наличие признаков жизни. Иногда они сканируют признаки разумной жизни или даже признаки человеческой жизни (или определенного инопланетного вида). К сожалению, никогда не совсем ясно, что именно они делают, и в книге «Звездный путь: Следующее поколение: техническое руководство» есть краткий абзац невероятной технической болтовни, чтобы объяснить это. (Кстати, я рад, что эта книга существует.)
«Удаленный анализ форм жизни. Сложный массив заряженных кластерных кварковых резонансных сканеров предоставляет подробные биологические данные на орбитальных расстояниях. При использовании в сочетании с датчиками оптического и химического анализа программное обеспечение для анализа форм жизни обычно способно экстраполировать грубую структуру биоформы и определить основной химический состав».
«Сканеры резонанса заряженных кластерных кварков» - это полная чушь - если только «заряженный кластерный кварк» - это просто модное слово для обозначения «протона» - так что мы можем убрать метод «Звездного пути» с дороги быстро. И хотя прослушивание радиопередач, безусловно, может сработать (и на самом деле находится в центре внимания наших нынешних поисков жизни там), вероятность успеха этого также будет зависеть от того, насколько широко распространены радиопередачи (используют ли они все еще радио или предпочитают для передачи информации по оптоволоконным кабелям?Достаточно ли они развиты для широкого распространения радио?) и сколько времени вы должны потратить на прослушивание. Люди начали широко использовать радио только в 1920-х годах, но до этого было много умных современных людей. Однако у Института SETI достаточно времени, чтобы послушать - у них есть специальный телескоп, установленный для того, чтобы слушать то, что там происходит. Конечно, ничего не нашли, а общее количество радиопередач (и даже суммарная мощность радиопередач) неуклонно снижалось. С другой стороны, если у вас уже есть космический корабль для исследования галактик, вы можете отправиться на охоту за жизнью, которая в настоящее время не обязательно использует радио.
Мы не сможем обнаружить, что в данном маленьком городке проживает ровно 3000 человек - то, что мы можем увидеть (как с помощью тепловизора, так и с помощью других методов), является следами того, что жизнь листья на поверхности своей планеты. Нам придется использовать людей и Землю в качестве нашего прототипа здесь, потому что у нас нет других примеров, но мы, безусловно, оставили ряд столкновений с нашей планетой. Мы живем в городах, которые отличаются тем, что мы рубим деревья, чтобы построить их, и освещаем их ночью. Мы строим дороги между городами и дома, в которых можно жить, и расчищаем землю под фермы.
То, сколько антропогенных изменений на поверхности нашей планеты вы сможете увидеть из космоса, полностью зависит от разрешения, которое вы можете получить с помощью вашей камеры - насколько маленький объект вы можете обнаружить? Разрешение изображения зависит только от трех вещей: насколько близко вы находитесь к рассматриваемому объекту, на какую длину волны света вы смотрите и сколько длин волн этого света вы можете поместить в свой телескоп. Для тепловой карты мы ищем в инфракрасном диапазоне, по крайней мере, с орбиты вокруг планеты - сколько можно увидеть в инфракрасном диапазоне?
Тепловая карта нашей планеты в целом выглядит примерно так, как показано на рисунке ниже:
Мы видим, что в целом полюса нашей планеты выглядят холодными, а экваториальные районы намного теплее, но при таком разрешении вы не можете увидеть никаких реальных деталей. Города здесь не отображаются, не говоря уже об отдельных людях. Это связано с комбинацией длины волны (длина волны инфракрасного излучения больше длины волны оптического света, поэтому разрешение падает), расстояния, на котором спутник вращается вокруг планеты (около 440 миль вверх), и размера собирающей области. спутник.
Вы можете определять города с помощью измерений тепла; если вы не в пустыне, в густонаселенных городах, как правило, теплее, чем в окрестностях - отчасти это связано с тем, что мы срубили все деревья, чтобы построить город; другая часть заключается в том, что мы замостили его теплопоглощающим асфальтом. Если в городе посажено много деревьев, этот городской «остров тепла» менее заметен. Разрешение этих изображений составляет около 100 футов, что все еще слишком велико для обнаружения отдельных людей. Разрешение здесь частично связано с тем, что размер зеркала на этом спутнике по-прежнему составляет всего 16 дюймов в поперечнике (не очень большое, по существу).
Если вам просто нужно высокое разрешение, лучше всего взять с собой действительно большое зеркало и камеру (увеличенная площадь сбора=лучшее разрешение) или переключиться на оптическую камеру, хотя облачность станет проблемой. если вы сделаете второй. На Земле наш облачный слой не очень толстый, не очень горячий и имеет тенденцию перемещаться со временем, поэтому, если вы подождете достаточно долго, вы сможете увидеть, что находится под любым данным облаком с течением времени, но если вы наблюдаете планету больше Венеры. -как и в его постоянной облачности, оптика не будет вашим другом.
На Земле, однако, это работает нормально; Коммерческие спутники на орбите вокруг Земли теперь могут отображать Землю с разрешением около фута.(Или, по крайней мере, это настолько хорошо, насколько позволяют им раскрыть различные военные; изображения поверхности Земли со сверхвысоким разрешением также используются для военной разведки.) С помощью оптических данных с высоким разрешением вы можете искать геометрические закономерности. Идеальные круги, квадраты, прямоугольники или треугольники вряд ли появятся в природе, поэтому, если вы заметите широко распространенные прямоугольники на поверхности Земли, это обычно означает, что вы нашли хорошо спланированный город или ферму, что указывает на некую интеллекта на работе.
Конечно, чем дальше вы находитесь от планеты, тем сложнее это сделать - это не то сканирование, которое вы можете делать, путешествуя по галактике на высоких скоростях. Чтобы нанести на карту всю Землю с низким разрешением (от ~800 футов до ~3200 футов), прибору MODIS на одном из наших околоземных спутников, вращающемся на высоте ~450 миль над поверхностью, требуется 2 дня. Таким образом, можно обнаружить признаки жизни на планете с помощью тепловых изображений, если мы ищем свидетельства наличия городов, но не если мы ищем отдельных людей, и если вы не хотите провести несколько дней на орбите вокруг нее. планета.
Тем не менее, если вы построите широкоугольный телескоп с очень большой апертурой и заставите его вращаться вокруг планеты в космосе, вы сможете обнаружить людей снаружи. «Энтерпрайз-D» из «Звездного пути: Следующее поколение» имел главную тарелку диаметром около 500 метров, что давало ему разрешение примерно в 150 раз больше, чем у космического телескопа Хаббла. Даже в инфракрасном диапазоне мы могли бы обнаружить отдельных людей, если бы собрали столько света - хотя, чтобы сказать, что что-то движется, вам нужно было бы сделать серию изображений и поиграть в нахождение различий. (Серия чрезвычайно коротких экспозиций также предотвратит размытие всех ваших изображений до неузнаваемости, если только вы не припарковали «Энтерпрайз» на геостационарной орбите.) Если бы вы знали, куда направить свою тарелку - и не полагались на карту вся планета - цивилизация, о которой мы мечтали, что Земля станет в будущем, все же сможет обнаружить разумную жизнь, гуляющую вокруг.
Astroquizzical отвечает на ваши вопросы о космосе! Задайте вопрос на странице astroquizzical.com/ask.