Почему нам не надо в космос

rainman_rocks опубликовал интересный пост по мотивам эссе Чарли Стросса на тему нужен ли человечеству дальний космос. Привожу текст полностью.

В одном из предыдущих постов я писал о том, почему не надо стремиться к небу в смысле метафорическом. Нонче же, согласно обещанию, напишу о том, зачем не надо стремиться в небо буквальное - то бишь космос.
Несмотря на все мои старания, прошлый пост таки получился довольно сумбурным. Попробую в этот раз выстроить мысль попоследовательнее.
Главный опорный материал у меня здесь - эссе Чарли Стросса.
Оно отличное эссе, написанное грамотным писателем-фантастом. К сожалению, оно довольно большое и английское, поэтому для незнакомых с языком перескажу его собственными словами.
Для начала стоит определиться с терминами. У нас есть два "уровня" освоения космоса: исследование и колонизация. И есть три "зоны": околоземная (сюда же включим Луну), планетарная (пределы Солнечной системы) и межзвёздная.
Почему имеет смысл разделять эти зоны? Для ответа на этот вопрос оценим их масштабы. Астрономия, известное дело - это цифры. Цифры длинные, скучные, владеют ими не все. В сознании простого обывателя, у которого астрономии было три с половиной урока в составе школьной физики, Луна и Марс - это где-то рядом. Два кружочка на рисунке, летающие по нарисованным эллипсам. Чего там до них лететь, если уж даже какие-то Тупые Амеры могут (шесть раз!), и даже насквозь пластмассовые китайцы не боятся.
Однако, обещанные цифры. За единицу возьмём одно расстояние от Земли до Луны (около 400 000 км). Наши зоны при этом выглядят так:
Околоземная, стратосфера-Луна: 0.0001 - 1 ед.
Планетарная, Марс-Нептун: 150 - 12 000 ед.
Межзвёздная, Проксима Центавра и далее: от 100 000 000 ед.
Почувствуйте разницу. Между где кончается Луна и начинается Марс. А особенно между где кончается Солнечная система и начинается ближайшая (совершенно точно непригодная для жизни!) звезда.
Я знаю, кого цифры могут не напужать. Тех, кто верит в прогресс. Они заявят: "ну и что? у нас всё будущее впереди! человечество что-нибудь придумает!"
Мне интересно, что же именно.
Всю историю человечества технология развивается в двух противоположных направлениях: уменьшения и увеличения масштаба. Миниатюризация и усложнение против гигантских конструкций и высоких энергий. И скорость прогресса в этих направлениях существенно различная.
Миниатюризация движется гигантскими шагами. Свидетельством тому - чудовищно мощный контупер, за которым вы сейчас сидите. За каким бы вы сейчас не сидели, он всё равно чудовищно мощный - по меркам двадцатилетней давности. И он есть у всех и каждого, даже распоследнему негритянскому ребёнку скоро выдадут. А, если подальше от процессорной техники - ушлые учёные сочиняют себе революционные наноматериалы и генетические лекарства, которые очень даже повлияют на двадцать первый век.
А в технике высоких энергий, больших конструкций и дальних расстояний дело движется куда хуже. Самолёты, автомобили и прочие транспорты за сотню лет их существования улучшили свои параметры всего в несколько раз. Строительство тоже понемножку развивается, но качество жизни масс меняет несильно. Энергетика еле успевает за потреблением. В общем и целом можно сказать, что если маломасштабные технологии растут практически экспоненциально, то крупномасштабные, к которым, без сомнения относится и космонавтика - линейно.
В самом деле, посмотрите на прогресс космонавтики. После прорыва 50-х - 60-х годов началась стагнация. Новые горизонты не покоряются человечеству - вернее, покоряются только каким-то пикающим консервным банкам, заброшенным во вселенскую пустоту на излёте энтузиазма семидесятых.
А всё почему? А потому, что технологии миниатюризации упираются в развитие науки и количество экспериментов. А технологии высоких энергий упираются в ресурсы.
Нет, ну, конечно, стоимость экспериментальных установок и производственных агрегатов для всякой мелочи - весьма приличная (см. тот же коллайдер). Но всё оно теряется в тысячно-миллионных объёмах конечной продукции. Камера Вильсона сегодня - миллиарды микросхем завтра. Дело выгодное. А вот в ТВЭ, напротив, будь здоров какое количество ресурсов требуется на КАЖДУЮ единицу продукции. Причём эффективность использования ресурса зачастую падает с размером агрегата. Потому что масса его растёт всегда кубически, а производительность, зачастую - квадратично.
А ресурсов-то у нас небогато. Спросите у Африканских Детей^TM. Они не поймут, нафига вы собрались лететь на Марс, если им уже сегодня на Земле жрать нечего. И ресурсы я имею в виду не только материальные, но и энергетические, и экологические, и трудовые в конце концов.
Вот и получается, что для космоса Закона Мура нет. Верхом на экспоненте выехать не получается. А одолевать приведённые выше цифры линейно - это дело уже не наше, и не наших детей. Это масштаб сотен лет. А такими масштабами думать, очевидно, бесполезно - ибо через сотни лет всё будет НАСТОЛЬКО иначе, что все ваши современные мысли будут совершенно не в тему.
Но это я говорил пока только об уровне "исследований"! О скорости освоения новых рубежей пикающими банками! Кстати, не забываем ещё и о проблемах телематики: планеты Солнечной системы - это уже расстояния порядка десятков световых минут, и пикающими банками управлять будет крайне непросто.
Если мы посмотрим на уровень "колонизации" - там всё становится куда более печально.
Во всём виноваты фантасты. Это они конкретно подосрали адекватному восприятию реальности. Это безответственный Красный Граф со своим инженером Лосем, который в одной кепке, верхом на дрезине прилетел на угнетённый, но покрытый цветущими каналами Марс делать революцию. Это они по-Лемовски "расширили Землю до пределов космоса", радужно нарисовав на оном Марсе яблони ещё до того, как Долматовский их собрался там сажать.
В космосе плохо, ребята. Даже не в открытом космосе, а на хотя бы на любой, самой безобидной планете. Вы не представляете, насколько там плохо. Там вообще полная жопа. Это тебе не зимой в метель выйти покурить на крыльцо. Земля представляет собой уникальную, трудно достижимую комбинацию условий. Выйти хоть по одному параметру за пределы этого крохотного подмножества - и моментальные кранты. Температура. Состав атмосферы, давление, скорость ветра. Гравитация. Жёсткое излучение. Вы на территории врага. Чуть зазевался - и кранты.
По сравнению с этим, практически любая точка на поверхности земной - сущий рай. Включая антарктику и пустыни.
А теперь попробуйте ответить на вопрос - лично вы готовы колонизировать антарктику? Или разбить лагерь в пустыне? И много у вас таких единомышленников?
Получается, что даже в сравнительно комфортные земные экстремальные условия охотников крайне мало. Тогда зачем вообще думать об "освоении космоса", где всё то же самое, только хуже и дороже?
Хотя, как раз на вопрос "Зачем" ответы у энтузиастов есть. Их три:
1. Хочу спастись от общеземного катаклизма!
2. Хочу добыть ресурсов!
3. Хочу встретить инопланетян!
На это, тем не менее, есть ряд простых ответов.
1. Забудьте. Улетать не на чем и некуда. Сидите на Земле, пока не разработаете технологии межзвёздных полётов и терраформирования (сидеть будете долго, см. выше про скорость развития технологий высоких энергий).
2. Забудьте. На месте их израсходовать не получится, а на Землю отвозить невыгодно В ЛЮБОМ случае.
3. И что дальше делать будете? План продумали? Чего надеетесь достичь? Вам скучно, не с кем пообщаться? Сходите вон ночью на окраины города, поищите там общий язык с местными гуманоидами. О результатах доложите. Обещаю лично занести авоську мандаринов в палату.
Суммируя всё вышесказанное, подвожу итог.
В окрестностях Земли космос "осваивать" можно и нужно. Потому что от спутников Земли есть очевидная отдача и разнообразная польза.
Вне окрестностей Земли (и даже на Луне) делать нефига. Потому что в обозримой перспективе 1) там очень плохо 2) туда очень дорого 3) пользы нет никакой.
А на необозримую перспективу замахиваться не следует. Все, кто замахивался - плохо кончили. Потому что на то она и необозримая, что в неё прицелиться заранее нельзя.
Именно поэтому во всевозможных источниках новостей я хладнокровно пропускаю неизменно поступающие сенсацишки по шаблону "у чёрта на рогах типа вроде как найдена планета похожая на Землю" и "на Марсе совершенно точно была/не была вода".
Ибо смысловая ценность равна нулю.
Когда верстался номер: выяснил, что эксперты меня в целом поддерживают, а широкие народные массы - нет. Что ещё раз поддерживает тезис о том, что свинья, которая хочет зырить в небо, плохо понимает КАКОЙ ЦЕНОЙ это небо достаётся.
© rainman_rocks, 2009

Инопланетная инженерия

Поиск наших «братьев по разуму» ведется, по большей части, в попытках обнаружить упорядоченный сигнал космического происхождения. Однако имеются и другие методы. К примеру, в 1960-м физик Фримен Дайсон (Freeman Dyson) обратил внимание на то, что высокоразвитая цивилизация вполне может проявить себя и с инженерной стороны.
Рассуждал он примерно так. Все увеличивающееся население и все возрастающие энергетические потребности цивилизации при должном технологическом развитии могут со временем натолкнуть мыслящие существа на простое решение: разрушить некоторые близкие к своей звезде планеты так, чтобы их обломки более-менее равномерно распределились, образовав окружность.
Если планет достаточно, то можно даже смастерить несколько окружностей, чем больше – тем лучше, и в идеале они замкнутся в полную сферу. Сфера эта может быть использована как основа для колоссального массива улавливающих энергию света аккумуляторов – наподобие солнечных батарей. Причем энергия окруженной звезды будет улавливаться практически полностью. Такая «конструкция» получила название «сфера Дайсона».

От себя добавлю, что достаточно сомнительным выглядит идея, что высокоразвитые существа будут тратить свои силы на улавливание всей энергии своей звезды. На мой взгляд любое здравомыслящее существо будет стремиться не увеличить, а уменьшить свои энергетические потребности. Для примера можно привести сравнение технологий Запада и России - у высокотехнологичного Запада техника и производственные циклы экономичны, широко применяются энергосберегающие технологии, у менее развитой в технологичном плане России расход энергии на порядок больше, по развитию же техника на ступеньку ниже. Аналогию можно перенести и на инопланетные цивилизации - цивилизация, которой не хватает энергии на столько, что для ее получения они готовы выжать свое Солнце чуть ли не досуха, окружив его поглащающей энергию сферой - это отнюдь не технологически развитая цивилизация. Скорее так себе - дикари. Более того есть подозрение, что расходы на создание и поддержание такой сферы в рабочем состоянии будут неизмеримо выше, чем получаемая от нее энергия. Polosatyj

В принципе, сферы Дайсона могут, конечно, быть и полностью искусственными, скажем – металлическими, хотя и трудно представить, чтобы набрать достаточно материала на нее было легче, чем разрушить близлежащие планеты. Кроме того, они и сами по себе могут быть обитаемыми, представляя живым существам несравненно больше жизненного пространства.
Получается, что такие структуры должны частично или полностью блокировать свет звезды в видимом и ультрафиолетовом диапазонах, но система звезды и сферы Дайсона все равно останется видимой. Дело в том, что, собирая энергию звезды, сфера неминуемо разогреется, и инфракрасное излучение будет возможно обнаружить с Земли.
Эти вполне логичные мысли вдохновили некоторых специалистов на поиски в космосе признаков, которые бы свидетельствовали о существовании сфер Дайсона. В частности, были дотошно исследованы данные, которые собрал запущенный в 1983 г. спутник IRAS, составивший подробную карту небесной сферы в инфракрасном диапазоне. Результат и заинтриговал, и разочаровал одновременно.
Дело в том, что IRAS вел сбор данных, работая в разных режимах, иногда сканируя небо в узком диапазоне, с использованием цветных фильтров, а иногда – с помощью спектрографа, работающего в широком диапазоне. И поначалу анализ затронул лишь первый массив данных: ученые рассматривали, прежде всего, информацию на дальнем конце ИК-спектра. По расчетам, именно там должна проявить себя сфера Дайсона, имеющая примерно тот же радиус, что и земная орбита, вращающаяся вокруг звезды солнечного типа.
Первый анализ показал, что подходящих кандидатов – не много, ни мало, около 250 тысяч. При этом, информации, собранной через светофильтры, оказалось слишком мало для того, чтобы хоть как-то сузить этот набор, остановившись на самых перспективных вариантах.
Новую страницу в этой истории открыл Ричард Карриган (Richard Carrigan), физик, до недавнего времени работавший в лаборатории FNA. Карриган подверг изучению второй массив данных, собранный зондом IRAS в широком ИК-спектре.
Здесь все оказалось лучше: начав с 10 тыс. кандидатов, в результате Карриган остановился на 17 самых перспективных, из которых 4 выглядят наиболее «похожими» на сферы Дайсона. К сожалению, характеристики всех этих объектов с тем же успехом могут быть объяснены и простым присутствием облака водорода вокруг светила – довольно распространенное явление у «пожилых» звезд. Подобным же образом может проявляться и обычный астероидный пояс наподобие того, который имеется в нашей Солнечной системе. Действительно, астероиды так же, как и кольцо Дайсона, экранируют часть излучения звезды – и сами нагреваются, излучая в ИК-спектре.
По мнению коллеги Карригана, калифорнийского астронома Чарльза Бейкмана (Charles Beichman), исследования эти напоминают поиски иголки в стоге сена – притом что еще неизвестно, есть ли там иголка вообще. «Что, впрочем, не отменяет того факта, что Карриганом проделана большая и качественная работа», - добавляет Бейкман.
17 кандидатов в сферы Дайсона, выделенных Карриганом, включены в список объектов, особо интересующих исследовательский проект SETI. Следовательно, они будут в ближайшее время исследованы на предмет исходящих оттуда упорядоченных радиосигналов. Если нам повезет – то у них все получится.
Тем более, что в конце этого года научному сообществу должны быть представлены полные данные, собранные бортовыми датчиками инфракрасного телескопа Spitzer. Они намного более полны, чем у IRAS и содержат данные об инфракрасном излучении более чем 100 млн объектов – примерно в 60 раз больше, чем у IRAS. Главное, чтобы у Карригана хватило терпения.
© Популярная механника, 2008

Считаем инопланетян

Есть ли в нашей галактике другие развитые цивилизации? Молодой шотландский астроном утверждает: есть, причем числом не менее 361.

Классический способ определить число цивилизаций в Млечном Пути, с которыми мы потенциально можем вступить в контакт, это уравнение Дрейка. Формулу эту Фрэнк Дрейк разработал в 1960 г. и выглядит она следующим образом: N = R*f_p*n_e*f_l*f_i*f_c*L
Здесь: R — число ежегодно появляющихся звезд в нашей галактике; f_p — доля звезд, обладающих планетами; n_e — среднее число планет у звезды, которые имеют подходящие для жизни условия; f_l — вероятность зарождения жизни на такой планете; f_i — вероятность развития жизни до разумных форм; f_c — отношение планет, разумные жители которых способны к контакту и ищут его, к количеству планет, на которых просто есть разумная жизнь; L — время жизни такой высокоразвитой и готовой к контакту цивилизации.
В 1960-х Дрейк использовал для 7-ми параметров следующие значения: 10 звёзд образуется в год (R = 10); половина звезд имеет планеты (f_p = 0,5); в среднем 2 планеты в системе пригодны для жизни (n_e = 2); если жизнь возможна, она обязательно возникнет (f_l = 1); с вероятностью 1% она разовьется до разумной (f_i = 0,01); 1% цивилизаций может и хочет установить контакт (f_c = 0,01); такая цивилизация, в среднем, существует 10000 лет (L = 10000). В итоге им было получено: N = 10*0,5*2*1*0,01*0,01*10000 = 10.
Оценки Дрейка были во многом взяты с потолка и на сегодняшний день для некоторых параметров существуют более достоверные значения (часто, впрочем, совпадающие со мнением Дрейка). Вот эти цифры: R = 7; f_p = 0,5; n_e = 2; f_l = 0,33; f_i = 0,01; f_c = 0,01; L = 10000. Получаем: N = 7*0,5*2*0,33*0,01*0,01*10000 = 2,3.
Понятно, что многие из этих цифр выбираются чисто умозрительно, и если скорость образования звезд в галактике еще как-то можно установить, то время жизни высокоразвитой цивилизации мы можем только предполагать на основе собственного опыта. А опыт наш основан на знании о нашей собственной планете и цивилизации – то есть, на единичном, в общем-то, случае, и делать исходя из него однозначные выводы просто нельзя (иначе можно было бы поймать одного оленя и заявлять, что все, содержащее углерод, имеет рога).
Однако уравнение Дрейка можно считать хорошим упражнением в формальной логике, поскольку оно позволяет свести один слишком сложный и расплывчатый вопрос к 7-ми вопросам попроще и поточнее. Вдобавок, именно проведенный на его основе расчет долгие десятилетия позволял (и позволяет) выбивать из правительств гранты на продолжение поисков наших братьев по разуму. Среди таких попыток стоит назвать и знаменитый проект SETI. (Cтрого говоря сейчас SETI не финансируется из государственных средств Polosatyj.)
Новую оценку числу цивилизаций в нашей галактике дал молодой шотландский ученый Дункан Форган (Duncan Forgan) в своей статье «Численная модель гипотезы о внеземной жизни и разуме» (A Numerical Testbed for Hypotheses of Extraterrestrial Life and Intelligence). По мнению Форгана, ему удалось на основе появившихся за последние полвека данных внести существенные уточнения в цифры, которые использовал Дрейк для своего уравнения. Собрав и обобщив имеющиеся на сегодня данные о количестве и распределении звезд нашей галактики по массе и светимости, информацию о наличии, числе и положении планет, Форган построил компьютерную модель, на основе которой и делал затем выводы.
Конечно, если цифры о скорости формирования звезд или наличия планет заметно уточнены за последние десятилетия, то значения всех последних переменных в уравнении Дрейка во многом остаются произвольными. Так что шотландец использовал для их значений тремя общепринятыми на сегодня гипотезами.
Первый вариант – панспермия, идея о том, что «споры жизни» довольно легко переносятся с одного небесного тела на другое. В этом случае уточненное уравнение Дрейка дало цифру в 37965 высокоразвитых цивилизаций в пределах нашей галактики.
Второй расчет базировался на гипотезе «уникальной Земли», сторонники которой считают, что условия, позволяющие жизни появиться, развиться и сохраниться, – чрезвычайно редки во Вселенной. С этим трудно не согласиться: нужна богатая (но не слишком) металлами долгоживущая звезда на достаточном удалении от центра галактики и других опасных источников излучения, нужна стабильная планетная система и округлая орбита твердой планеты в пределах «обитаемой зоны», и так далее, и так далее. Использование этой гипотезы привело Форгана к цифре 361 – не больше и не меньше.
Наконец, третий вариант Дункан Форган назвал «гипотезой черепахи и зайца» (Tortouise and Hare). Судя по всему, это его собственная версия, основанная на противостоящем гипотезе уникальной Земли «принципе посредственности». «Черепаха и заяц» подразумевают, что подобные Земле планеты, подходящие для жизни, весьма распространены во Вселенной, однако редкость – развитие жизни до разумных форм, тем более до тех, которые способны вступать в междупланетные контакты. В этом случае цивилизаций в Млечном Пути должно быть 31574 штуки.
В связи с этим нельзя не вспомнить известный парадокс Ферми, который в ответ на такие довольно высокие цифры вопрошает: «Если уж даже в нашей галактике так много развитых цивилизаций, почему мы не наблюдаем никаких их следов – ни зондов, ни космических кораблей, ни сигналов?» Впрочем, и у противников этого парадокса есть масса остроумных замечаний: футурология – наука весьма неточная, и только время способно дать окончательные ответы.
Возможно, еще через полвека уже седовласый Дункан Форган представит более точные расчеты уравнения Дрейка. А возможно, к тому времени они нам не понадобятся, и мы уже вступим в контакт. Если только человечество не уничтожит себя раньше, так и не узнав, есть ли у нас братья по разуму.
© Популярная механника, 2008