Представьте, что где-то у звезды Барнарда астрономы иной цивилизации наводят свои радиотелескопы на бледную голубую точку. Что они увидят? Новое исследование смоделировало радиосигнал, который Земля непреднамеренно отправляет в космос… с вышек сотовой связи. Оказалось, что человечество создало невидимый электоромагнитный маяк, который уже достиг окрестностей ближайших светил. И хотя сегодня нас вряд ли можно «засечь», будущее обещает превратить этот шёпот в полновесный крик.
Мы привыкли думать о поиске внеземного разума (SETI) как о прослушивании таинственных сигналов из бездны. Но есть у этой науки и зеркальная сторона: а что, если другие цивилизации пытаются услышать нас? И что именно они слышат?
Долгое время считалось, что самый заметный «лучик», который Земля проецирует в пространство, — это военные радары и телевизионные башни. Однако работа Салливана и его коллег, опубликованная аж в 1978 году, безнадёжно устарела. Телевидение ушло в кабель, а человечество погрузилось в бездну мобильной связи.
Сегодня, по данным Statista, насчитывается почти 11 миллиардов мобильных подключений — больше, чем людей на планете. И каждый разговор, каждый лайк, каждое видео проходит через плотную сеть антенн, которые не только соединяют нас друг с другом, но и «просвечивают» космос миллионами невидимых лучей.
Группа исследователей под руководством астрономов из University of Manchester и других центров решила выяснить, как именно выглядит этот сигнал с точки зрения гипотетического наблюдателя у ближайших звезд. Результаты, опубликованные в престижном журнале (а по сути — пока что на платформе препринтов, но уже вызвавшие резонанс в научном сообществе), оказались одновременно предсказуемыми и парадоксальными.
Электромагнитный портрет планеты
Представьте, что вы смотрите на ночную Землю со спутника. Огни мегаполисов выстраиваются в завораживающие узоры. Нечто похожее, только в радиодиапазоне, создают мобильные вышки.
Исследователи использовали открытую базу данных OpenCelliD — крупнейший репозиторий GPS-координат сотовых вышек по всему миру. Более 30 миллионов точек! Данные, конечно, неидеальны: развивающиеся страны представлены хуже, есть и ошибки. Но ничего лучшего у нас нет.
Эти точки — красные, жёлтые и фиолетовые огоньки на картах в статье — рисуют истинный образ нашей цивилизации. Гуще всего они там, где плотнее люди: Китай, Индия, Европа, восточное побережье США. И почти пустынны океаны и полярные шапки.
Но просто сложить все мощности — слишком грубый подход. Ведь антенны вышки не светят одинаково во все стороны. Типичная диаграмма направленности (см. рисунок 1 в оригинале) напоминает сплюснутый пончик: максимальная энергия уходит к горизонту. Из космоса наблюдатель получит самый сильный сигнал именно в момент, когда вышка для него «восходит» или «заходит» — то есть когда она находится на самом краю земного диска.
Ещё одна сложность — технологии. Сегодня сосуществуют три поколения сотовых сетей:
- GSM (2G), ~100 Вт на башню, частоты 935–960 МГц.
- UMTS (3G), аналогичная мощность, частоты около 2 ГГц.
- LTE (4G), уже до 200 Вт на башню, широкий диапазон от 600 до 3000 МГц.
Исследователи «упаковали» континенты в сетки размером 20° на 20° — это позволило сохранить географическую неравномерность, но не утонуть в вычислениях. Для каждого такого «пикселя» они подсчитали суммарную мощность вышек, а затем смоделировали, как меняется принимаемый сигнал при вращении Земли.
Три взгляда извне
Для чистоты эксперимента выбрали три разные звёздные системы. Каждая как бы «смотрит» на Землю под своим углом.
1. Звезда Барнарда
Красный карлик в созвездии Змееносца, всего-то в 6 световых годах от нас. Одна из ближайших к Солнцу звёзд, и к тому же — с потенциально обитаемыми планетами.
Что бы увидел тамошний астроном? Пик мощности от LTE-вышек достигает ~3,2 гигаватт. Главные источники этого «света» — Западная Европа (Франция, Британия, Германия, Испания), затем Восточная Азия (Китай, Япония, обе Кореи, Вьетнам) и запад Северной Америки. На графике (см. оригинальный рисунок 9) видны характерные всплески: звезда Барнарда «видит» эти регионы, когда они поворачиваются к ней краем планеты.
2. HD 95735
Звезда, удалённая на 8,3 световых года, с прямо восхождением 11h и склонением около +36° — то есть далеко на северных небесах.
Здесь картина ещё ярче. Максимальный сигнал LTE — целых 4 гигаватта, что примерно соответствует единовременной работе нескольких миллионов микроволновок, но собранных в один луч.
Невидимый радиосвет Земли достигает звездыPicLumen
Кто же так старается? Восточное побережье Китая. Именно оно даёт самый мощный «радиовсплеск» в истории человечества. Затем — запад и восток Северной Америки. Это логично: густонаселённые регионы Северного полушария буквально сияют для звезд, расположенных высоко над экватором.
3. Альфа Центавра A
Звезда, овеянная мечтами фантастов. Расстояние — всего 4,2 световых года, это ближайшая к нам звёздная система. Вдобавок она находится глубоко в Южном полушарии (склонение −60°).
Здесь пик составляет ~3,5 гигаватт (LTE), но география иная: главные герои — Западная Азия, Центральная Европа, Восточная Африка и Австралия. Любопытно, что Австралия даёт заметный вклад, когда звезда достигает нижней кульминации (минимальной высоты над горизонтом для наблюдателя на Земле).
Почему это важно?
Во-первых, периодичность. Все три графика демонстрируют чёткую волновую структуру. Глядя на неё, инопланетный радиоастроном легко вычислил бы скорость вращения Земли и даже кое-что о распределении континентов.
Во-вторых, эволюция. 40 лет назад доминировали несколько тысяч мощных телебашен. Сегодня — десятки миллионов сравнительно слабых вышек, но рассредоточенных по всей обитаемой суше. Африка, которая в 1978 году почти не светилась, теперь заметно «жужжит» на частотах LTE. Цивилизация становится всё более «равномерно радиоактивной».
В-третьих, частоты. Мобильные сети работают в L-диапазоне (около 1–2 ГГц), который астрономы называют «водной полыньёй» — здесь находятся линии излучения нейтрального водорода (21 см) и гидроксильной группы (18 см). Многие SETI-обзоры специально прослушивают этот диапазон в надежде найти разумный сигнал. Увы, мы сами загаживаем эту священную область радиочастотного спектра собственным шумом.
Но услышат ли нас?
И тут — самое интригующее. Авторы провели расчёты чувствительности.
Вообразим цивилизацию, похожую на нашу. У неё есть радиотелескоп, аналогичный Грин-Бэнкскому (GBT) — одному из крупнейших в мире. Какой сигнал он способен уловить с расстояния в 10 световых лет?
Формула радиовещания жестока. Чтобы быть зарегистрированным, вышка или совокупность вышек должна создать мощность порядка 1,4 × 10¹³ Вт — это на четыре порядка выше нашего максимума в 4 млрд Вт.
Другими словами: нет, нас не услышать. Ни звезду Барнарда, ни Альфу Центавра, ни HD 95735. Даже если направить самый чуткий телескоп точнёхонько на Землю в момент восхода восточного Китая.
Что насчёт SKA (Square Kilometre Array) — будущего гиганта, который сейчас строится в Австралии и Южной Африке? Он примерно в 10–100 раз чувствительнее. SKA1-mid имеет системную эквивалентную температуру шума около 1,55 Янского. Даже полный SKA Phase 2 (в 10 раз лучше) всё равно потребует EIRPmin около 3×10¹¹ Вт — что в 75 раз выше нашего текущего пика.
И всё же червь надежды гложет учёных. Если интегрировать сигнал не 5 минут, а несколько часов (что вполне логично, глядя на графики с волнами длительностью в полсуток), чувствительность может повыситься ещё в 5 раз. Плюс — будущие поколения сотовой связи, которые уже маячат на горизонте.
5G, Starlink и радиобудущее
Что нас ждёт через 5–10 лет?
- 5G может работать на частотах до 47 ГГц (миллиметровые волны). На таких частотах затухание в атмосфере выше, а радиус покрытия меньше. Вывод: понадобится ещё больше вышек. Гораздо больше. И каждая из них — до 30 киловатт эффективной излучаемой мощности на каждые 100 МГц спектра (по правилам FCC). Это на порядки мощнее нынешних сотен ватт.
- Спутниковые мега-созвездия: Starlink, OneWeb и будущие аналоги. Они будут работать в тех же диапазонах или смежных. Тысячи спутников, постоянно летающих над всей планетой, создадут совершенно новый компонент радиотехносигнатуры — почти изотропный и непрерывный.
- Радары, Deep Space Network, военные системы — всё это пока осталось за рамками данного исследования, но авторы обещают добавить их в следующей версии модели.
Если экстраполировать текущие темпы, то уже через несколько десятилетий суммарная радио-утечка Земли может преодолеть порог обнаружения для SKA-подобных систем в радиусе 10–20 световых лет. А это десятки звёздных систем, некоторые из которых, как известно, имеют каменистые планеты в зоне обитаемости.
Каждый звонок — луч в бесконечностьPicLumen
Ирония судьбы
Вся эта история — прекрасная иллюстрация «парадокса Ферми» наоборот. Мы ищем инопланетян, а сами всё громче шумим в космосе, сами того не желая. И наш шум сегодня слишком слаб, чтобы нас услышали. Но завтра?
Исследователи подчёркивают важную деталь: интерферометры. Если наша гипотетическая цивилизация у Альфы Центавра построит систему из нескольких антенн с базой в сотни километров, она сможет пространственно отделить радиоизлучение Земли от излучения Солнца. А для одного телескопа солнечный шум (который в активные годы может достигать 10 000 солнечных единиц потока) полностью заглушит наш жалкий милливатт на квадратный метр.
Значит, чтобы нас засечь, наблюдатели должны быть не просто технологичными, но очень технологичными — способными создать радиоинтерферометр с космическими масштабами базы.
Дзен-урок для человечества
С точки зрения экзосоциологии, наша работа — зеркало. Мы смотримся в него и видим себя такими, какими нас видят другие. Узоры мобильных вышек — это не просто инженерная деталь. Это карта нашей неравномерной цивилизации: густонаселённые побережья Китая и Европы, прореженные равнины Австралии, почти пустая Антарктида, всё ещё едва теплящаяся Африка.
И самое удивительное: сигнал этот — полностью непреднамеренный. Никто не строил вышки, чтобы звать звёзды. Мы просто общаемся, торгуем, смотрим видео с котами, слушаем подкасты. И в этом обыденном шуме — вся наша сущность.
Быть может, именно таким и должен быть первый контакт. Не через послания золотых пластинок и не через лазеры гигантских маяков, а через банальную, прозаичную, живую повседневность миллиардов существ, которые просто хотят позвонить маме или заказать пиццу.
До тех пор, пока кто-то у звезды не направит свой SKA на бледную голубую точку и не прошепчет в изумлении: «Они там… разговаривают».
