Supergalingų ateivių paieškos

Kai kalbama apie nežemiškos gyvybės paieškas, didžiąją dalį informacijos galima suskirstyti į dvi dalis. Pirmoji – visokie pseudomoksliniai aiškinimai apie skraidančias lėkštes ir žmonių grobimus bei ženklus javų laukuose. Antroji – moksliniai tyrimai, kur bandoma tirti egzoplanetų atmosferas ar kitų Saulės sistemos planetų paviršių, ieškant kokių nors bakterijų ar panašios nelabai sudėtingos gyvybės pėdsakų. Tokie tyrimai yra įdomūs ir naudingi, tačiau sunku nesutikti, kad jiems trūksta šiek tiek… užmojo, ar kažko tokio. Juk fantastikoje ateiviai dažniausiai yra išsivysčiusios civilizacijos, keliaujančios tarp žvaigždžių. Tad kodėl neieškome tokių ateivių?

Vienas atsakymas į šį klausimą – labai paprastas ir pesimistiškas. Tiesiog tikimybė rasti pirmykštę, paprastą gyvybę yra žymiai didesnė, nei aptikti išsivysčiusią civilizaciją. Žemėje apie du milijardus metų gyvybė buvo vienaląstė, o paskui dar beveik du milijardus metų – labai paprasta; sudėtingesni organizmai atsirado tik prieš pusę milijardo metų, o vienintelė žinoma, žmonių, civilizacija – išvis prieš mažiau nei dešimt tūkstančių. Jei kitose planetose gyvybė vystosi bent kažkiek panašiai, tikimybė rasti civilizaciją yra nykstamai maža, palyginus su tikimybe rasti kokius nors vienaląsčius organizmus.

Bet yra ir kitas atsakymas. Žymiai įdomesnis. Jis yra – „klausimas negerai suformuluotas; mes tokių ateivių ieškome“. Tiesiog tų paieškų nėra vykdoma tiek jau daug, kad nuolat apie jas girdėtume. Ir čia turiu omeny ne (tik) SETI, kuris jau daug dešimtmečių bando nugirsti ateivių radijo signalus. Turiu omeny kitokius projektus, kuriais bandoma surasti dar didingesnių dalykų. Kokių? Skaitykite žemiau ir sužinosite.

Kardaševo skalė. Pradėkime nuo to, kad įvairiai išsivysčiusias ateivių civilizacijas reikia kažkaip suklasifikuoti. Kitaip tariant, reikia įvertinti jų išsivystymo lygį. 1964-aisiais metais sovietų astronomas Nikolajus Kardaševas pasiūlė tokią skalę, pagal kurią suskirstė galimas civilizacijas į I, II ir III tipo. Vėliau skalė buvo praplėsta, įvedant klasifikavimą dešimtosiomis tipo dalimis, bet apibrėžimai liko maždaug tokie patys. I tipo civilizacija yra tokia, kuri savo reikmėms naudoja visą jų planetos teikiamą energiją (čia turima omeny ir ta energija, kurią planeta gauna iš savo žvaigždės). II tipo civilizacijos poreikiams jau naudojama visos žvaigždės energija. Na, o III tipo civilizacija išnaudoja visą savo galaktikos energiją. Įdomu tai, kad šie trys tipai gana tvarkingai atitinka logaritminę skalę: Žemė gauna apie $$1.5 \times 10^{17}$$ vatų energijos iš Saulės, pati Saulė skleidžia apie $$3 \times 10^{26}$$ vatų energijos, t.y. $$2 \times 10^9$$ kartų daugiau, o Paukščių Tako skleidžiamos spinduliuotės šviesis yra apie $$10^{10}$$ Saulės šviesių. Vadinasi vienas laiptelis Kardaševo skalėje atitinka 10 milijardų kartų padidėjantį civilizacijos energijos poreikį; analogiškai dešimties kartų pokytis atitinka 0.1 pokytį Kardaševo lygyje. Žmonija šiuo metu naudoja apie $$2 \times 10^{13}$$ vatų energijos, taigi vieną dešimttūkstantąją to, ką Saulė duoda Žemei; kitaip tariant, mūsų civilizacijos lygis pagal Kardaševo skalę yra $$\sim 0.7$$ (skaičiuojant taip detaliai, I lygio civilizacijos energijos poreikis sumažinamas iki $$10^{16}$$ vatų, kad būtų tiksliai dešimt milijardų kartų mažiau, nei skleidžia Saulė).

Galima daug ginčytis, kiek tokia skalė yra prasminga, ypač turint omeny, kad kitų nežemiškų civilizacijų dar nesame aptikę, taigi ir skalė nusako tik hipotetines bendruomenes. Be to, ji paremta Žemės, Saulės ir Paukščių Tako duomenimis, o kitoms civilizacijoms planetos, žvaigždės ir galaktikos parametrai bus kitokie. Visgi tai yra tam tikras būdas tas hipotetines civilizacijas klasifikuoti, tad juo toliau ir naudosimės.

Daisono sferos. II Kardaševo tipo civilizacija pagal apibrėžimą išnaudoja visą savo žvaigždės teikiamą energiją. Bet kaip tai padaryti? Juk šviesa sklinda visomis kryptimis, o taip jos nesugaudysi. O gal ir sugaudysi. Dar pirmoje XX a. pusėje fantastai iškėlė idėją, kad galinga civilizacija galėtų pastatyti gaubtą aplink savo žvaigždę ir gyventi vidiniame jo paviršiuje. Vėliau, 1960-aisiais, tokią idėją išplėtojo ir sferos savybes apskaičiavo Frimanas Daisonas (Freeman Dyson), kurio vardu objektai ir pakrikštyti. Daisono sfera – tai visą, arba didžiąją dalį, žvaigždės gaubianti sfera, kurios spindulys daugmaž lygus planetos orbitos spinduliui. Visa žvaigždės skleidžiama energija sugeriama sferoje, kažkaip panaudojama ir išmetama į išorę. Sferos egzistavimas labai smarkiai pakeičia žvaigždės spektrą: beveik nelieka regimosios ir turbūt ultravioletinės spinduliuotės, tačiau išauga infraraudonoji ir submilimetrinė – tikėtina, kad būtent tokios temperatūros būtų išmetama spinduliuotė. Tipinį išmetamos spinduliuotės bangos ilgį galima apskaičiuoti nieko nežinant apie sferos sandarą, tiesiog naudojant termodinaminius argumentus. Bendra sferos į išorę spinduliuojama galia turi būti lygi žvaigždės spinduliuojamai galiai. Šiluminės spinduliuotės galia yra proporcinga spinduliuojančio kūno paviršiaus plotui ir temperatūros ketvirtam laipsniui ($$L \propto AT^4$$). Jei spindulys padidėja nuo 700 tūkstančių (Saulės spindulys) iki 150 milijonų kilometrų (astronominis vienetas), tai plotas išauga 46 tūkstančius kartų, o temperatūra sumažėja 15 kartų. Tiek pat kartų, kiek sumažėja temperatūra, padidėja spinduliuotės bangos ilgis. Saulės spinduliuotė stipriausia ties 550 nanometrų, taigi aplink ją pastatyta Daisono sfera daugiausiai spinduliuotų 8 mikrometrų infraraudonuosius spindulius.

Daisono sfera. Dailininko įsivaizdavimas, aišku, su smarkiai per didele žvaigžde.

Iš praktinės pusės sukurti Daisono sferą yra daugybė problemų. Visų pirma, jai reikėtų labai daug medžiagos. Surinkę visas Saulės sistemos planetas ir kažkokiu būdu konvertavę jas į metalus (tarkim geležį), galėtume pagaminti tik maždaug metro storio Žemės orbitos spindulio kevalą, dengiantį Saulę. O kur dar visa gyvenimui reikalinga infrastruktūra… Aišku, galbūt pavyktų tiesiog pavogti šiek tiek medžiagos nuo Saulės paviršiaus – tai dar ir žvaigždę padarytų šiek tiek stabilesnę ir ilgaamžiškesnę. Bet vis tiek problema greičiausiai išlieka. Kita bėda – kaip sferą išlaikyti nekolapsuojančią. Galima ją būtų įsukti, tačiau tai gelbėtų tik ties pusiauju, ašigaliai vis tiek būtų smarkiai traukiami Saulės, o išlaikyti juos turėtų sferos konstrukcija. Vėlgi, galbūt mūsų palikuonys ar kita galinga civilizacija galėtų tai išspręsti, bet šiandieninių mūsų žinių tam tikrai nepakanka.

Vienas iš techninių problemų sprendimo būdų – Daisono spiečius. Užuot statę vientisą sferą, aplink žvaigždę paleidžiame daug kolektorių, kurie renka didžiąją dalį žvaigždės energijos, bet visi juda savo orbitomis, todėl nenukrenta ant žvaigždės.

Kaip ten bebūtų, jei tokios Daisono sferos egzistuoja, galima jų paieškoti. Ir tai buvo padaryta. Dar 2009-aisiais metais Astrophysical Journal publikuotas straipsnis, kuriame pristatoma Daisono sferų paieška, naudojant infraraudonosios žvaigždžių apžvalgos duomenis. Tarp 250 tūkstančių žvaigždžių aptikta 16 įdomių objektų, kurių spektrą sunku paaiškinti žinomais natūraliais procesais. Visgi vienareikšmio įrodymo, kad tai galėtų būti Daisono sferos, nerasta. Taigi jei Daisono sferos mūsų Galaktikoje ir egzistuoja, tai jos yra labai reti objektai. Galbūt niekas jų nestato dėl aukščiau minėtų techninių problemų, o gal tiesiog nėra kam jų statyti.

Bet jei nepavyko mūsų Galaktikoje, gal pavyks kitose? Pavienes žvaigždes nagrinėti kitose galaktikose sudėtinga, tačiau jei kokioje galaktikoje egzistuoja III tipo civilizacija, tai jos inžineriniai projektai galėtų pakeisti visos galaktikos spektrą. Be to, kai kurie ateivių ieškotojai aiškina, kad civilizacijos turėtų būti linkusios kolonizuoti planetas, taigi bet kokia civilizacija, jei nesusinaikina iki pradėdama tarpžvaigždinę kolonizaciją, turėtų galiausiai užimti visą savo galaktiką. Ir tokių galaktikų paieška taip pat buvo padaryta. Jos rezultatai visai neseniai paskelbti žurnale Astrophysical Journal Supplement (čia rasite arXiv versiją). Ištirta apie 100 tūkstančių galaktikų, esančių WISE teleskopo kataloge. Galaktikų spinduliuotė palyginta su modeliu, kuriuo pabandyta labai grubiai apibrėžti, kaip galėtų pasikeisti galaktikos spektras, jei reikšminga dalis jos žvaigždžių spinduliuotės būtų Daisono sferomis perdirbama į infraraudonąją. Neaptikta nei vienos galaktikos, kurioje perdirbamos šviesos dalis viršytų 85%, tačiau 50-yje galaktikų ta dalis gali būti didesnė nei 50%, o 93-ose – didesnė nei 25%. Svarbu pabrėžti, kad tai nebūtinai reiškia, kad toks perdirbimas egzistuoja, o jei ir egzistuoja – kad jis yra protingų būtybių veiklos pėdsakas. Tai yra tik viršutinės ribos. Visgi ir tai jau įdomu. Tos 93 galaktikos yra anksčiau mažai tyrinėtos, taigi detalesni tyrimai ateityje parodys, ar jos yra kažkuo ypatingos, ar ne. Taip pat aptiktos penkios galaktikos, kurios yra labai senos ir šiuo metu žvaigždžių beveik neformuoja, tačiau ryškiai šviečia infraraudonajame ruože – paprastai stipri tokia spinduliuotė aiškinama būtent aktyvia žvaigždėdara. Jų spinduliuotė atitinka tai, ko galėtume tikėtis iš ateivių civilizacijos pėdsakų, bet vėlgi, paaiškinimų gali būti ir kitokių. Bendra tyrimo išvada – jei Kardaševo III tipo civilizacijos egzistuoja, jos yra labai retos.

Juodosios skylės kaip greitintuvai. Galingos civilizacijos gali paveikti ne tik savo ar aplinkines žvaigždes, apdengdamos jas Daisono sferomis. Jos gali pristatyti ir kitokių artefaktų, kurių poveikis būtų aptinkamas iš labai toli. Vienas toks pavyzdys – dalelių greitintuvai. Kaip taisyklė, kuo didesnę dalelių energiją norime pasiekti, tuo didesnio greitintuvo reikia. Jau ir mūsų (t.y. žmonių) mokslininkai, kad ir nedrąsiai, užsimena apie galimybes kada nors ateityje pastatyti kosminį greitintuvą. Pažengusi civilizacija tikrai galėtų tą padaryti, ir netgi galėtų pasinaudoti stiprios gravitacijos ir energingų dalelių šaltiniu – juodosios skylės aplinka. Net jei kolaideris būtų sukurtas ir ne prie juodosios skylės, veikdamas jis išmestų labai daug energingų „atliekų“ – dalelių, nepagautų detektoriuose. Dauguma tų dalelių būtų nuekranuojamos, bet neutrinai greičiausiai išlėktų ir pasklistų po Visatą. Jei kolaideryje būtų tyrinėjami Planko energijos eilės procesai – $$10^{16}$$ kartų energingesni, nei LHC, o į tarpą tarp LHC energijų ir Planko energijos greičiausiai nieko įdomaus iš dalelių fizikos pusės nėra, – iš jo išlėktų $$10^20$$ eV energijos neutrinai, o juos galima būtų aptikti ir Žemėje. Tam geriausia būtų įrengti daug detektorių visuose Žemės vandenynuose, kurie klausytųsi traškesių, pasklindančių, kai toks neutrinas sąveikautų su vandeniu ir pažertų visą pliūpsnį mažesnės energijos dalelių. Tiesa, tokie reiškiniai greičiausiai būtų labai reti, nes kolaideriai veiktų ne visą laiką, o tik tol, kol nesibaigtų finansavimas… turiu omeny, kol atsakytų į klausimus, dėl kurių buvo pastatyti. Visgi paieškoti tokių labai energingų neutrinų, kuriuos būtų sudėtinga paaiškinti natūraliais procesais, būtų tikrai įdomu. Šią idėją pasiūlęs Brajanas Lakis (Brian Lacki) truputį detaliau ją aprašė arXiv esančiame straipsnyje.

Erdvėlaivių išmetamieji žybsniai? Tarp gama spindulius tyrinėjančių astronomų yra toks pusiau anekdotas, kad ilgą laiką gama spindulių žybsniai buvo neoficialiai vadinami „skraidančių lėkščių išmetamųjų dujų pėdsakais“. Nežinau, ar kada kas nors tokią idėją siūlė rimtai, bet yra keletas astronominių reiškinių, kurie buvo laikomi nežemiškos civilizacijos požymiais, o vėliau paaiškinti daug paprasčiau. Pavyzdžiui, pulsarai. Tai yra neutroninės žvaigždės, turinčios labai stiprų magnetinį lauką. Jų šviesa sklinda daugiausiai pro magnetinius polius, kurie nesutampa su sukimosi ašimi. Taigi žvaigždė tampa tarsi švyturys, brėžiantis plačią juostą danguje. Jei kartais ta juosta praeina pro mus, matome periodiškai sušvintantį objektą – iš čia ir pavadinimas „pulsaras“, nes jis tarsi pulsuoja. Ir pulsuoja labai periodiškai, tiksliau už daugumą atominių laikrodžių Žemėje. Kai pulsarai buvo atrasti pirmą kartą, jie net buvo pavadinti „LGM“, t.y. „little green men“. Tik vėliau sugalvotas paaiškinimas tokiam reguliariam sušvitimui, nereikalaujantis protingų būtybių įsikišimo. Su gama spindulių žybsniais, jei tikėsime anekdotu, buvo panašiai.

Dabar dar vienas naujas astronominis atradimas užduoda panašų klausimą astronomams. Tas atradimas – greiti radijo bangų žybsniai, pirmą kartą aptikti 2001-aisiais metais. Juos užfiksuoti labai sudėtinga, nes jie trunka tik keletą milisekundžių, tad kol kas jų atrasta tik 10. Atrodo, kad jie atsklinda iš už Galaktikos ribų. Ir jie turi dvi labai keistas savybes, kurios ir neduoda ramybės tyrėjams. Pirmoji savybė yra tokia, kad jų sklaidos matmuo yra kvantuotas. Išvertus į žmogišką kalbą, tai reiškia, kad laiko tarpai tarp didžiausio ir mažiausio dažnių bangų atskridimo yra beveik tiksliai kažkokio skaičiaus kartotiniai. „Sklaidos matmuo“ yra dydis, nurodantis, kiek smarkiai vienas siauras signalas išplinta dažnių erdvėje sklisdamas pro elektrai laidžią terpę (tarpžvaigždinėje terpėje yra daug elektringų dalelių, taigi ta terpė yra laidi elektrai), t.y. kiek smarkiai vieno dažnio bangos atsilieka nuo kito dažnio. Kuo toliau sklinda signalas, tuo didesnis sklaidos matmuo. Tai va, visi tie dešimt greitųjų radijo žybsnių turi sklaidos matmenis, artimus 187,5 pc cm$$^{-3}$$ kartotiniams. Tikimybė, kad jie taip išsidėstytų atsitiktinai, yra vos 5 iš 10 tūkstančių, taigi kažkoks procesas greičiausiai tuos žybsnius padaro vienodus. Tas procesas tikrai nebūtinai yra nežemiška civilizacija, bet toks variantas neatmetamas.

Greito radijo žybsnio spektrinė kreivė: bangų dažnio priklausomybė nuo laiko. Vienas žybsnis išplinta iki sekundės trukmės, nes aukštesnio dažnio signalai ateina anksčiau, o žemesnio – vėliau. Kiekvieno atskiro dažnio žybsnis trunka tik keletą milisekundžių. ©Thornton et al. 2013, Science

Antroji įdomi savybė yra dar keistesnė: visi žybsniai užfiksuoti neįprastai arti pilnos visuotinio laiko sekundės. Ta prasme, jei užrašytume jų užfiksavimo laikus labai tiksliai visuotinėje laiko sistemoje (UTC), tai paaiškėtų, kad skaičiai po kablelio (sekundės dalys) yra artimesni nuliui ir vienetui, nei būtų galima tikėtis iš atsitiktinio pasiskirstymo. Gali būti, kad tai yra tiesiog netikėtas nuokrypis nuo atsitiktinumo, atsirandantis dėl mažos duomenų imties. Bet jei taip nėra, kol kas nėra paaiškinimų, kodėl kažkoks natūralus procesas galėtų žinoti apie mūsiškas sekundes ir siuntinėtų signalus taip reguliariai. Aišku, tolimi ateiviai taip pat neturėtų to žinoti, bet gal jie mus stebi? Greitųjų radijo žybsnių dispersijos ir atskriejimo laiko tyrimus pristatantį straipsnį rasite arXiv.

Pabaigai. Taigi, ar mes jau radome nežemiškas civilizacijas? Taip teigti leidžiančių įrodymų kol kas neturime, bet keistenybių, kurios gali būti ateivių pėdsakai – taip. Ar tokios paieškos turi prasmės? Žinoma! Net jei nežemiškų civilizacijų ir nerasime, tai bus reikšmingi apribojimai galimiems jų pasireiškimams; be to, kartais aptinkami ir neįprasti natūralūs objektai ar procesai, kurių paaiškinimas padeda geriau suvokti Visatą. Galų gale, ieškoti tokių ateivių yra labai įdomu. Ar ne?

Laiqualasse

5 comments

  1. Labai įdomu – agreed :) Beveik viskas (išskyrus pilnąją visuotinio laiko sekundę), girdėta iš anksčiau, bet geras koncentratas vienoje vietoje. Pagarba :)

    Yra vaikišku ir ne minčių ir papildymų ta tema taip pat.
    Manau, kad reikia ypač kritiškai žvelgti į protingesnės nei žmonija gyvybės paieškas – abejoju taip stipriai, kad ir dėl vienintelio vaikiško argumento – ieškom/(valio – randam kažką panašaus) kaip varnos saldainių popieriukų, bet nieko apie juos neišmanom, dėl savo neišsivystimo. Jei protingesnis norės būti aptiktas, manau – bus aptiktas, jei nenorės – nebus. Visai kita kalba dėl mažiau protingesnių gyvybės formų nei žmonija.

    Pirma, gerai pastebėta, kad „sudėtingesnė“ gyvybė Žemėje „tėra“ ~ 500 mln. metų. Ir prie viso to, per ~ 500 mln metų laiką įvyko 5 globalios katastrofos, kurios praktiškai išnaikindavo gyvybę, čia remiantis http://www.bbc.co.uk/nature/extinction_events. Kas sukelia mintį, apie protingesnių už žmogų gyvybių užgimimo slopinimo periodiškumą ir mažėjančią tikimybę jai atsirasti, bet nepanaikina pastarosios.

    Antra, apie sferas kai pirmą kartą išgirdau, tai pagalvojau, kad tai yra taip neefektyvu, kad verkti norisi. Vėl vaikiškai mąstant, tiek materijos panaudoti, kad susiurbti energiją? Jau tik ne taip primityviai. Kam visą energiją naudoti? Naudojam mes dabar tiek, kiek reikia – o ne visą. Ir tikrai nebūtinai elektromagnetines bangas pakinkyti reikia, o kur dar kitos trys fundamentaliosios sąveikos: stiprioji, silpnoji ir gravitacinė? Suprantu, kad elektromagnetinė yra easy dabar, bet gal Žvaigždės gaubti visai nereikia, ją reikia suspausti. Vat ir konspiracijos teorija apie juodąsias skyles, įvykių horizontus ir kitą egzotiką. O jei rimtai, why so passive (wait-get), we may be active (act-get).

    Trečia, manau, kad protingesnių nei Žmogus mąstančių *formų* toli ieškoti nereikės, ir žmonija ją greičiau sukurs(sukurė?) Žemėje, o ne ras už Žemės ribų. Judam DI kryptim.

    Kadangi mėgstu fantazuoti (pastebėti galėjot), tai esu įsitikinęs dviem dalykais: a) ANKSTYVOJE STADIJOJE DI sąmoningas ypač mažai tikimybės galimas, o labiau sąveikoje su biologinėmis smegenimis (a la Kiborgas arba Bionikos ir genų inžinerijos hibridas); b) PO ANKSTYVOS STADIJOS – galimas, bet žmonija labai nori peršokti a) :)

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *