Радиоволны трудно увидеть, и мы не думали смотреть на них

В радиусе 200 световых лет от Земли находится около 134 000 звезд. Это много звезд. Мы не можем рассмотреть даже значительную часть из них достаточно близко, чтобы обнаружить эквивалент искусственных радиоволн.

Радиус 200 световых лет — это сфера объемом 33 493 333 световых лет ³ . Звездная плотность вблизи Земли составляет около 0,004/свет ³ . Сложите их вместе, и вы получите около 134 000 звезд.

Этот ответ на Physics.SE говорит, что мы только приближаемся к точке, где мы можем видеть радио- и телепередачи с Земли на расстоянии 200 световых лет. Если инопланетяне не направят направленный передатчик прямо на Землю, мы не сможем поймать их всенаправленные передачи, которые уходят в космос. Они рассеиваются пропорционально квадрату расстояния, поэтому их обнаруживаемость падает очень быстро.

Для обнаружения радиосигнала на расстоянии 200° требуется очень дорогая радиоантенна с высоким коэффициентом усиления. Такая чувствительность требует высокой направленности, чтобы вы не могли смотреть на все небо сразу. SETI выбирает особенно вероятные звезды и вероятные полосы. Project Phoenix сделал именно это в конце 90-х. Они выбрали 800 «вероятных» звезд в диапазоне 200 световых лет или около 0,6% всех звезд в этом диапазоне.

Звезда вашей цивилизации может не соответствовать представлению SETI о звезде, на которую стоит посмотреть. Или они могут передавать в диапазонах частот, на которые SETI не думает обращать внимание. Или, возможно, просто не повезло, что их звезда не попала в список SETI. Или, как правильно предположили другие, они больше не неэффективно транслируют всенаправленные радиоволны высокой мощности.

Люди склонны недооценивать, насколько сложно обнаружить радиопередачи из удаленного источника.

Когда космический корабль связывается с Землей с помощью параболических антенн на обоих концах, мощность принимаемого сигнала для чистой синусоидальной (немодулированной) несущей можно рассчитать как

куда$P_T$мощность передатчика,$A_T$- эффективная площадь поверхности антенны передатчика,$A_R$то же самое для приемника,$\lambda$длина волны и$R$это расстояние между передатчиком и приемником.

В качестве примера, если я подставлю числа для Pioneer 10 ближе к концу его миссии (передатчик 8 Вт, 80 а.е. от Земли, частота передачи примерно 2,3 ГГц, диаметр антенны передатчика 2,75 м и 70 м параболическая антенна на земле), я получаю значение -165 дБм (децибел на милливатт).

Итак, теперь позвольте мне переместить источник сигнала с 80 а.е., скажем, на 120 световых лет, что составляет увеличение в 100 000 раз. Это снижает мощность сигнала на колоссальные 100 дБ. Кроме того, позвольте мне предположить, что он передается не антенным передатчиком, направленным прямо на Землю (зачем?), а, скорее, всенаправленным. На длинах волн, используемых Pioneer, мощность сигнала снижается еще примерно на 30 дБ. С другой стороны, позвольте мне предположить, что передатчик намного мощнее, скажем, 8 МВт вместо 8 Вт. Это увеличение мощности сигнала на 60 дБ.

Таким образом, тарельчатая антенна диаметром 70 м (самая большая, используемая сетью дальнего космоса НАСА) теперь увидит сигнал на уровне -245 дБм. Вернее, он не увидит этого сигнала; это на несколько порядков ниже его порога обнаружения (возможно, около -195 дБм).

Хорошо, забудьте DSN. Допустим, мы используем новый китайский радиотелескоп FAST. Его тарелка имеет колоссальные 500 метров в диаметре. Это увеличение уровня принимаемого сигнала на 17 дБ. Позвольте мне быть великодушным и поднять его до 20 дБ; Итак, теперь мы получаем сигнал -225 дБм.

Это все еще примерно на три порядка меньше того, что мы можем обнаружить на самом деле. И помните, это просто для обнаружения наличия сигнала. Любая модуляция этого сигнала снижает уровень сигнала, и обнаружение самой модуляции, даже при очень низкой скорости передачи данных, все равно будет на несколько порядков меньше.

Так что нет, вопреки распространенному мнению, цивилизации, использующие радио, не являются сияющими маяками в (радио) небе. Инопланетяне не будут передавать нам речь Гитлера на открытии Олимпиады 1936 года с расстояния в десятки световых лет. Эти «случайные» радиопередачи очень трудно просто обнаружить (не говоря уже о декодировании или демодуляции). И это не предел техники, это жесткие физические ограничения; антенна заданного размера перехватывает столько-то фотонов, столько-то радиоэнергии, даже если в остальном это «идеальный», безупречный инструмент.

Просто потому, что у них были технологии тысячи лет. Их сжатие и кодирование прошли тот этап, когда мы можем идентифицировать их как когерентный сигнал.

Есть крошечное окно, в течение которого их технология вещания будет понятна нашим приемникам, в течение которого мы, возможно, сможем поймать их сигнал. Это было бы совсем недавно, после того, как они изобрели радио, но до сжатия и цифрового кодирования. Даже если бы мы поймали сигнал с этой точки, скорее всего, мы бы не узнали его просто из-за разных технологий.

Однако в данном случае это окно выходит за пределы на тысячи лет, и маловероятно, что такое технологическое совпадение произойдет в тандеме с чрезвычайно мощным сигналом отечественного радиовещания.

Вы должны обосновать не отсутствие их существования, а обнаружение их. Наши шансы обнаружить их даже при самых благоприятных обстоятельствах ничтожно малы.

Будучи более продвинутой расой, у них будет окно для обнаружения нас, начиная примерно сейчас и продолжающееся в течение нескольких лет, но если они не заметят нас в начале окна, наши сигналы станут слишком сложными для нас. их признать.

Направленные передачи

Передача радио в космос — это просто пустая трата энергии, поэтому они тщательно формируют лепестки передачи, следя за тем, чтобы как можно больше посылалось на приемники. Для этого они либо отправляют напрямую на приемники, либо для широковещательной передачи они передают только в наземном плане.

Уже сегодня у нас есть маршрутизаторы WiFi, которые формируют луч для оптимизации передачи. И это после почти ста лет существования радио.

Вам ничего не нужно. Наша технология не могла уловить наше собственное радиоизлучение на расстоянии 200 световых лет , поэтому нет причин думать, что мы сможем принимать передачи от инопланетной цивилизации. Различные программы SETI ищут направленные передачи, предназначенные специально для нас, а не трансляции.

По сути, мы не можем обнаружить радиосвязь цивилизации на расстоянии 200 световых лет.

• Ответ Майкла Кьёрлинга на вопрос, насколько далеко должны быть инопланетные цивилизации, чтобы мы их не заметили , очень интересен и содержит множество уравнений. Цитата денег:

  При нынешнем уровне чувствительности целенаправленный микроволновый поиск может обнаружить эквивалентную мощность мощных телевизионных передатчиков на расстоянии 1 светового года (в пределах которого нет других звезд).

  Вывод из ответа состоит в том, что мы не обнаружим их, если они не направят прямо на нас передатчик с огромной мощностью, т. е. сравнимой с полной вырабатываемой на Земле электроэнергией , а мы случайно ищем его в нужное время на правильная частота.

• Распространено мнение , что гражданские радиопередачи, не предназначенные для приема на межзвездных расстояниях, просто невозможно обнаружить . Напротив, мощные направленные сигналы, например, генерируемые радиотелескопами (при использовании в качестве передатчиков) или военными радиолокационными установками, обнаруживаются на огромных расстояниях, но вероятность их обнаружения очень мала, поскольку они покрывают узкий конус и излучаются в течение очень короткого времени; см. « Польза и вред передачи в космос » Джейкоба Хакк-Мисры и др. (2013).

• Важным фактором в обнаружении инопланетных цивилизаций, конечно же, является промежуток времени, в течение которого они используют мощное радио. См. « Расчет вероятности обнаружения радиосигналов от инопланетных цивилизаций » Марко Хорвата; вывод из этой статьи состоит в том, что если не существует очень много инопланетных цивилизаций или инопланетяне каким-то образом развивают свои технологии намного медленнее, чем мы, то вероятность обнаружения инопланетной цивилизации в галактике очень мала.

предварительное условие

«Несколько тысяч» означает не менее двух тысяч. Поскольку они находятся всего в 200 милях от нас, это означает, что их первые радиосигналы (которые, вероятно, были близки к тому, что мы называем «радио») уже стали историей. То, что мы получаем сейчас, если мы что-то получаем, на 1700+ лет опережает наше состояние развития.

Сигнал

Более двух тысячелетий «доступности радио» вполне вероятно, что их сигналы представляют собой, по крайней мере, что-то вроде прямого исправления ошибок и сжатого цифрового (или тригитального, кто сказал, что инопланетный бит не может иметь три состояния?) сигнала. Прямая коррекция ошибок будет означать, что они могут посылать намного более энергоэффективно, что хорошо для них, но не так хорошо для вас, пытающихся получить их сигналы издалека, а сжатие будет означать, что все, что вы получаете, если вы что-то получаете, выглядит как шум.
С таким же успехом они могли бы использовать форму «радио», с которой мы не знакомы (необычные высокие частоты?) или совершенно неспособны интерпретировать. Их формой радио может быть даже какая-то форма квантовой связи, которая по замыслу может приниматься только назначенными подписчиками и делает невозможным «подслушивание» извне. Квантовая коммуникация — это то, что мы в настоящее время почти начинаем работать с фотонами (ну, говорить «почти» неправильно… это работает, просто это еще не готово для массового использования). Развитая инопланетная раса могла бы также иметь некоторую форму «квантового радио» с назначенными получателями, почему бы и нет.

Вау! Сигнал

Они на самом деле пытались связаться (не с нами, а, может быть, с их звездолетом), и мы действительно получили их сообщение. К сожалению, мы не смогли ни расшифровать, ни определить, что это было, ни ответить на него. В конце концов, сигнал был сочтен «просто шумом» или чем-то, что произвела комета.

Отражение

Совершенно другим, более консервативным и правдоподобным объяснением могло бы быть ионосферное (или подобное, что там у них на планете) отражение, точно так же, как коротковолновое радио отражается на нашей планете. Это даже не ограничивается атмосферой планеты, в их Солнечной системе может быть облако Оорта, содержащее какие-то частицы, отражающие 99% всех передач. Таким образом, они могли бы даже общаться с космическими кораблями в своей солнечной системе или с колонией на другой планете, и нам все равно было бы трудно мельком увидеть.

Черная материя

Черная материя может быть еще одной вполне правдоподобной причиной, по которой мы их не заметили. Мы с достаточной уверенностью знаем, что такая вещь, как черная материя, существует (хотя на самом деле мы не знаем, что это такое и насколько точно она соответствует известным нам законам физики, но мы в чем- то уверены).здесь). Может случиться так, что между нами и инопланетянами окажется какая-то черная материя, которая по какой-то причине поглощает радиосигналы. Большинство радиосигналов транслируются квазисветоподобно, что означает, что если что-то находится между отправителем и получателем, сигнал частично или полностью блокируется. Это основная причина, по которой телевизионные станции (или станции GSM) размещают свои антенны на высоких башнях или в горах — их радиус действия в первую очередь ограничен мешающими объектами и, наконец, кривизной Земли, а не столько мощностью передатчика. Это также причина, по которой полеты вокруг Луны не доставляют удовольствия астронавтам (нет такой вещи, как сказать «Хьюстон, у нас проблема» с Луной между ними).

Технические ограничения

Наконец, даже без каких-либо особых условий обнаружение другой цивилизации, которая не пытается активно общаться, является, по меньшей мере, сложной задачей. Или, можно сказать, довольно безнадежно.

Дело в длине дуги. Для чего-то, находящегося на расстоянии сотен световых лет, нужно чертовски точно прицелиться, и вам лучше иметь очень, очень направленную антенну. Но это не самая большая проблема.

Передатчик нетривиальной общенациональной телевизионной станции, которая является одним из самых сильных «нормальных» радиоизлучателей, которые у нас есть (примерно в 2000 раз сильнее, чем, например, типичная база GSM), обычно имеет EIRP в диапазоне 100 кВт. «Киловатт» звучит как много, но на самом деле это совсем небольшое число.

Плотность лучистого потока равна EIRP/4π*d ²

Обратите внимание на невинную маленькую «2» и обратите внимание, что dна самом деле это 10 ¹⁸ метров. Это... умопомрачительно огромное число, особенно после того, как вы возвели его в квадрат.

Любой «килограмм» слишком смехотворно близок к нулю, чтобы его можно было измерить, если разделить его на 10 ³⁶ . Таким образом, ловить любой вид «нормального» сигнала, который не направлен на нас преднамеренно, с помощью сверхмощного передатчика, предназначенного для межзвездного приветствия, практически безнадежно.
Конечно, можно более или менее произвольно масштабировать размер приемной антенной решетки. Наивно, если вы не получаете достаточно ватт на квадратный метр, вы просто добавляете больше квадратных метров, и все готово. Но проблема в том, что вы также ловите больше шума. Некоторые из этих шумов на много порядков больше, чем сигнал. Шанс поймать что-то значимое довольно мал.

Кроме того, там довольно много звезд. Если пренебречь всем остальным и предположить, что мы вполне способны принимать радиосигналы с любой планеты на расстоянии до 200 световых лет, шанс того, что мы случайно выберем правильную звездную систему, составляет всего 1:100 000. Конечно, можно попробовать их все, но перестановка антенной решетки занимает несколько минут, так что эта задача займет от нескольких лет до десятилетий.
Может случиться так, что мы нашли их только сейчас, потому что нам потребовалось так много времени, чтобы выбрать правильную звезду.

Гульельмо Маркони изобрел радио в 1894 году, и нам потребовалось менее десяти лет, чтобы осознать необходимость шифрования. Сначала это были сообщения только военного времени, но они быстро распространились среди широких масс. Правильно настроенные криптографические функции неотличимы от статических, как можно было бы получить от множества астрономических тел или даже от космического вакуума. Если бы открытие радио этим видом хотя бы отдаленно напоминало наше, мы смогли бы обнаружить их радиопереговоры лишь на крошечном кусочке их истории.

Это также одно из основных объяснений парадокса Ферми относительно того, почему мы до сих пор не нашли разумную жизнь.

https://en.wikipedia.org/wiki/Fermi_paradox#Civilizations_broadcast_detectable_radio_signals_only_for_a_brief_period_of_time

Ваша инопланетная цивилизация прекратила большую часть своих мощных радио- и телепередач , как только обнаружила лазеры, оптоволокно и способы передачи лазерных импульсов по этим волокнам.

Даже когда широковещательные передачи были обычным явлением, антенны имели такую ​​форму, чтобы они удерживали их на земле (как упомянул @Michael Karnerfors, поступать иначе расточительно).

Мы по-прежнему посылаем передачи в космос, но только сильно направленные на спутники, да и то с минимальной мощностью, необходимой для хорошего приема.

Радиоволны поглощаются нашей атмосферой. Наш выбор длины радиоволн (и зрения) продиктован тем, что может разумно пройти через нашу атмосферу , если это не совпадает с тем, что проходит через их атмосферу, мы не увидим их наземные передатчики с нашими наземными приемниками.

Шверин говорит, что «радиоволны трудно увидеть», что навело меня на мысль. У этих людей нет чувства слуха, поэтому их письмо было пиктографическим, как и их «речь» (язык жестов). И задолго до того, как мы открыли радио, они развились до такой степени, что видео предпочтительнее «текста».

Хотя SETI перехватила их передачи, видеозаписи жестов живых существ по своей сути не имеют особого шаблона, особенно когда несколько тысяч несвязанных сигналов смешиваются вместе.

Поместите свою планету рядом с сильным астрономическим источником радиоизлучения , например, пульсаром или другой нейтронной звездой. Яркость пульсара заглушила бы относительно слабые передачи передающей цивилизации, если бы мы не активно искали их передачи и не знали, где искать.

Для большего удовольствия вы могли бы объединить свой пульсар с активной областью звездообразования, где водород и другие газы, которые коллапсируют в звезды, излучаются светом более ранних звезд и испускают свои собственные радиосигналы.

Даже если бы вы смотрели в правильном направлении и в поисках правильного сигнала, закон обратных квадратов говорит, что выбросы будут обнаружены на чрезвычайно слабых уровнях.

Например, передатчик мощностью 1 Вт будет приниматься на расстоянии 200 световых лет с плотностью энергии 2 микроватт на квадратный световой год. Это не так много для вашего типичного радиотелескопа размером около 400 квадратных метров (для тарелки диаметром 20 метров, не совсем крошечной).

И это порядок величины большинства используемых радиопередатчиков, даже киловаттный передатчик изменит получаемый вами сигнал только до 2 милливатт на квадратный световой год.

Помните, что световой год равен 9,5х15 метров, в квадрате получается 9х17 квадратных метров.

Конечно, это выходит за рамки окна, если передача узконаправленная, но идея верна (поскольку сигнал всегда будет распространяться, даже лазер, параллельный по конструкции, будет распространяться на большие расстояния туда, где луч, выпущенный, скажем, с Луны будет иметь размер пятна в несколько сантиметров в диаметре при выходе на низкую околоземную орбиту).

Это отличный вопрос, и большинство ответов тоже классные. Но я хотел бы кое-что добавить.

1. Тезис о том, что их технология может быть гораздо более развитой и, следовательно, трудной для понимания, тем не менее является удивительным, но узким. Я бы сказал, что мы не знаем, как будут развиваться их технологии , а это означает, что они могут использовать другую радиопередачу, чем мы. Как вы знаете, в настоящее время все радио основано на амплитудной модуляции, частотной модуляции и фазовой модуляции , что означает, что несущий сигнал используется ТОЛЬКО для надежной передачи.амплитуда, частота или фаза передаваемого сигнала как функция времени. Это отлично подходит для кодирования звука в нашей математической системе, но их математика может взглянуть на вселенную с совершенно другой точки зрения. Насколько я знаю, они могут вообще не общаться через звук (как гигантская раса осьминогов, упомянутая в цикле «Полуденный мир» братьев Стругацких), а это означает, что они будут передавать только текст или другой тип информации. Или, например, они могут одновременно передавать амплитуду и фазу. История нашей науки подразумевает, что у науки есть только один путь развития, но (внимание: спойлер Mass Effect)

   в Mass Effect, например, Жнецы говорят, что их влияние на нас заставляло нас развиваться «по путям, которые они желают», что подразумевает , что существуют пути развития, которые мы могли бы не понять. Итак, вот что.

2. На границе Солнечной системы могут быть какие-то препятствия для радиоволн, о которых мы не знаем. Представьте, например, что другие звезды излучают радиошум. Я не специалист, но считаю, что это вполне возможно. Поправьте меня, если я ошибаюсь :) Или может быть черная дыра, которая ловит все передачи в себя.

3. Наконец, они могут оказаться так далеко от Земли, что радиоволне потребуются тысячи лет, чтобы пройти между нами. Разница в скорости движения планет или в расстоянии может вызвать эффект Доплера и изменить волну.

1. Учитывая расстояние, даже 0,01 градуса может означать совершенно другую планету.

2. Растения вращаются вокруг своего солнца. Они не стационарны. Таким образом, вы можете сделать так, чтобы каждый раз, когда земляне направляли свою машину обнаружения в правильном направлении, между ними находился объект. Например, другая звезда.

3. Как и предполагали другие, поскольку у них есть технология на несколько лет раньше, их кодирование может быть намного более продвинутым, чем наше, их радио может использовать очень высокий диапазон частот, который человеческое оборудование не может уловить.

Любое их количество очень затрудняет обнаружение сигнала, если только вы не знаете точный используемый код (или алгоритм кода), частоту, полосу пропускания, модуляцию и не имеете достаточно высокого отношения сигнал/шум. Кроме того, есть фактическое аналоговое/цифровое кодирование, сжатие, шифрование, набор символов/язык, двоичный/тринарный/и т. д. и многое другое.

• Расширенный спектр
• PSK (фазовая манипуляция)
• QAM (квадратурная амплитудная модуляция)
• PM (фазовая модуляция
• SM (пространственная модуляция)
• Кодовое подразделение
• Множественный доступ с ортогональным частотным разделением каналов

SETI говорит, что маловероятно, что цивилизация нас обнаружит: http://www.seti.org/faq#obs12

Да - выбранные схемы модуляции затрудняют декодирование данных в пределах спектра. Но у каждой схемы беспроводной передачи есть метод синхронизации — способ найти систему до установления соединения — который может позволить обнаружение — и указать ПРИСУТСТВИЕ другой цивилизации, даже если мы не можем расшифровать какой-либо контент.