Смерть в черной дыре и другие мелкие космические неприятности - Нил Деграсс Тайсон

Очень трогательно. Однако этот свиток акустических вех на самом деле разворачивался бы не так, как в фильме. Если бы вам каким-то образом удалось нарушить сразу несколько законов физики и путешествовать с такой скоростью, чтобы обогнать радиоволну, вы не разобрали бы ни слова, поскольку все было бы слышно задом наперед. Более того – знаменитую речь Кинга мы слышим на уровне Юпитера, то есть предполагается, что трансляция добралась как раз дотуда. На самом деле речь Кинга миновала Юпитер через 39 минут после того, как он ее произнес.

Если пренебречь всеми фактами, из-за которых такой стремительный полет становится невозможным, начальная сцена «Контакта» очень поэтична и производит сильное впечатление, поскольку наглядно показывает, в какой степени галактика Млечный Путь осознает присутствие нашей цивилизации. Этот «радиопузырек», как его стали называть, исходит из Земли и распространяется во все стороны со скоростью света, пополняясь современными трансляциями. Сейчас наш пузырек разошелся в пространство почти на 100 световых лет, и передний его край соответствует первым искусственным радиосигналам, которые сгенерировали земляне. Объем пузырька охватывает на настоящему времени около тысячи звезд, в том числе Альфу Центавра (до нее 4,3 световых года) – ближайшую к Солнцу звездную систему, Сириус (10 световых лет), самую яркую звезду на ночном небе, и все звезды, вокруг которых на сегодняшний день обнаружены планеты.

* * *

Не все радиосигналы попадают за пределы атмосферы. Свойства плазмы в ионосфере Земли – выше 60 километров – позволяют ей отражать все радиочастоты ниже 20 мегагерц обратно на Землю, благодаря чему, собственно, становятся возможны некоторые формы радиосвязи, например, удается распространять широкоизвестные коротковолновые частоты радиолюбительских передач на тысячи километров, далеко за горизонт. Все вещательные частоты АМ-радио тоже отражаются обратно на Землю, и поэтому такие станции и слышны на больших расстояниях.

Если передать сигнал с частотой, которая не соответствует диапазону, отражаемому ионосферой Земли, или если бы у Земли не было ионосферы, радиосигналы доходили бы только до тех приемников, которые были бы «в зоне видимости» от передатчика. Если поставить передатчик на крышу высокого здания, это даст ему большое преимущество. Для человека ростом 1 метр 75 сантиметров горизонт находится всего в 5 километрах, а Кинг-Конг, взобравшись на Эмпайр-Стейт-Билдинг в Нью-Йорке, увидит окрестности в радиусе 80 километров. В 1933 году, после того, как сняли этот классический блокбастер, там поставили радиоантенну. В принципе, на расстоянии в 80 километров можно было бы поставить антенну-приемник той же высоты, и тогда сигнал мог покрывать их совокупную зону охвата, увеличив дистанцию, на которую распространяется сигнал, до 160 километров.

Ни FM-волны, ни телетрансляционные сигналы – подмножество радиоспектра – ионосфера не отражает. Они, как и положено, распространяются вдоль поверхности Земли не дальше, чем на расстояние до самого далекого приемника в зоне видимости, поэтому города, расположенные друг от друга относительно близко, могут транслировать собственные телевизионные программы. Поэтому местные телеканалы и FM-радиостанции не могут быть такими же влиятельными и авторитетными, как АМ-радио, что, возможно, и объясняет его склонность к острым политическим дебатам. Однако не исключено, что подлинное влияние телевидения и FM-радио распространяется отнюдь не на Землю. Хотя по большей части сигнал направлен горизонтально по поверхности Земли, что вполне целесообразно, часть сигнала утекает вверх, проходит атмосферу и улетает в космос. Такой сигнал не знает преград. В отличие от некоторых других полос в электромагнитном диапазоне, радиосигнал беспрепятственно пронизывает газ и облака пыли в межзвездном пространстве, поэтому и звезды радиоволнам не преграда.

Если сложить все факторы, которые отвечают за силу «радиоотпечатка» Земли, – общее количество станций, их распределение по земной поверхности, диапазон, в котором транслируется энергия, – окажется, что за основной поток радиосигналов от Земли, которые можно зарегистрировать извне, отвечает телевидение. Анатомия трансляционного сигнала состоит из толстой и тощей части. Тощая, то есть узкополосная, часть – это сигнал, несущий изображения, передающий изображение, через который транслируется больше половины всей энергии. Хотя этот сигнал занимает полосу шириной всего в 0,1 герц, он обеспечивает положение станции на шкале (всем знакомые телеканалы с 2-го по 13-й), а также само существование сигнала. Низкоинтенсивный широкополосный сигнал шириной в 5 мегагерц окружает несущую изображения на более высоких и более низких частотах и насыщен модуляциями, которые содержат всю информацию из программы.

* * *

Как вы, должно быть, догадываетесь, главный поставщик телевизионных трансляций среди всех стран на Земле – это США. Инопланетная цивилизация, которая решила бы нас подслушать, прежде всего услышала бы наши сильные сигналы на частоте, несущей изображения. Если бы после этого она стала слушать дальше, то заметила бы периодические допплеровские сдвиги в этих сигналах (сдвиги из низких частот в сторону более высоких и обратно) каждые 24 часа. Затем она заметила бы, что сигнал становится за тот же период времени то слабее, то сильнее. Сначала инопланетяне решили бы, что это загадочный природный радиоисточник, который просто вращается и то появляется, то пропадает. Однако если бы им удалось расшифровать модуляции в окружающем несущую изображения частоту широкополосном сигнале, они тут же получили бы доступ к важным аспектам нашей культуры.

Электромагнитные волны, в том числе не только радиоволны, но и видимый свет, не требуют для распространения какой-либо среды. Более того, они лучше всего чувствуют себя в космическом вакууме. Поэтому надпись «Прямой эфир», которая, как всем известно, загорается в радиостудиях, – это, в сущности, полная ерунда: лучше уж писать «Прямой вакуум», что было бы особенно справедливо по отношению к космическим беглянкам – телевизионным и FM-частотам.

Удаляясь в космос, сигналы постепенно слабеют – они рассеиваются в возрастающем объеме пространства, по которому расходятся. В конце концов сигналы безнадежно сливаются с фоновым радиошумом Вселенной, который складывается из шума, который генерируют радиоизлучающие галактики, реликтового микроволнового излучения, областей звездообразования на Млечном Пути – оттуда тоже исходит сильный радиошум – и космических лучей. Уже сами по себе эти факторы сильно снижают вероятность того, что далекая цивилизация расшифрует наши сигналы и познакомится с нашим образом жизни.

При нынешнем потоке трансляции с Земли инопланетянам, живущим от нас в ста световых годах, чтобы уловить несущую изображения с какой-нибудь телевизионной станции, понадобится радиоприемник с собирающей поверхностью в 15 раз больше, чем у самого большого на свете 300-метрового радиотелескопа обсерватории Аресибо. Если они захотят расшифровать информацию из наших телепрограмм и, следовательно, узнать что-то о нашей культуре, им придется скомпенсировать допплеровские сдвиги, вызванные вращением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца (тогда они смогут выделить сигнал с какой-то одной телестанции) и повысить чувствительность своего приемника еще в 10 000 раз по сравнению с той, которая позволит зарегистрировать несущую. С точки зрения радиометрии это потребует, чтобы диаметр зеркала телескопа был примерно в 400 раз больше диаметра телескопа в Аресибо – то есть 120 километров.