Побочные открытия Какую пользу науке могут принести поиски внеземного разума

Российский миллиардер Юрий Мильнер уже несколько лет активно тратит деньги на науку. Два года назад вместе с предпринимателями Сергеем Брином и Марком Цукербергом Мильнер учредил научную премию Breakthrough Prize в области физики, математики и наук о жизни; в денежном выражении она в два раза превосходит Нобелевскую. А на прошлой неделе Юрий Мильнер объявил о новой инициативе: он потратит 100 миллионов долларов на поиск сигналов от внеземного разума. Проект Breakthrough Listen вдохновлен ученым Стивеном Хокингом, а воплощать его будет американский Институт поиска внеземного разума (Search for Extraterrestrial intelligence Institute). Шансы проекта принять реальный сигнал от внеземных цивилизаций оценить сложно. Зато есть надежда, что попутно будут сделаны какие-нибудь важные открытия в области естественных наук: случайные прорывы — важная часть научного процесса, особенно в астрономии и астрофизике. По просьбе «Медузы» журналист Сергей Немалевич собрал несколько ярких историй о побочных открытиях. 

Большой взрыв и голуби

В 1960 году для лаборатории компании Bell в Нью-Джерси построили специальную рупорную антенну: она была нужна для изучения возможности передачи радиосигналов на большие расстояния с помощью первых в истории спутников связи «Эхо». Проект быстро устарел и был заменен более совершенной системой, а шестиметровая антенна освободилась для научных исследований. 

В 1964-м астрономы Арно Пензиас и Роберт Уилсон решили использовать ее для анализа радиосигналов, поступающих из межгалактического пространства, однако наблюдениям мешал надоедливый радиошум в микроволновом диапазоне — он проявлялся вне зависимости от того, куда была направлена антенна. Ученые сделали все возможное, чтобы найти источники этого шума: учли излучения военных объектов, направили антенну на соседний Нью-Йорк, чтобы исключить влияние излучения города. Наконец, Пензиас и Уилсон обнаружили в рупоре антенны голубиное гнездо. Отвадить птиц от установки не помогали никакие ухищрения. «В конце концов, самым гуманным способом оказалось просто пристрелить голубей из винтовки… Это неприятно вспоминать, но другого выхода просто не было», — говорил позже Пензиас. Вот только радиошум никуда не делся. 

За 18 лет до этого, в 1946 году, физик Роберт Дикке предложил: если теория большого взрыва верна, мы можем наблюдать «отпечаток» ранней юности Вселенной — энергия, сопровождавшая формирование первых атомов вещества нашего мира, когда ему исполнилось около 380 тысяч лет, должна дойти до нас в виде очень слабого, приходящего со всех сторон излучения в микроволновом диапазоне. Годы спустя, как раз когда Пензиас с Уилсоном воевали с голубями, Дикке со своими коллегами готовил эксперимент по наблюдению предсказанного им «реликтового фона» — причем происходило это всего в 60 километрах от той самой рупорной антенны Пензиаса и Уилсона.

Друг о друге ученые услышали от общего знакомого. Дикке, узнав о результатах наблюдений Пензиаса и Уилсона, произнес: «Ребята, нас обставили». Мешавший сотрудникам лаборатории Bell шум и был тем самым реликтовым излучением, «фотографией» ранней Вселенной. Ученые опубликовали общую статью, описывающую подтвердившееся предсказание; однако Нобелевской премии за это открытие удостоились в 1987 году только Пензиас с Уилсоном — люди, не только не пытавшиеся искать реликтовый фон, но даже не предполагающие, что он может существовать.

Пульсары и маленькие зеленые человечки

Более тысячи деревянных столбов, 150 километров кабелей и проводов на площади в 57 теннисных кортов — так выглядела установка, которую в середине 1960-х своими руками построили пятеро молодых астрономов и аспирантов под руководством кембриджского профессора астрофизики Энтони Хьюиша. За несколько лет до этого была изобретена новая технология наблюдения космических объектов — так называемая интерпланетарная сцинтилляция. Хьюиш понял, что этот метод будет особенно эффективным для поиска новых квазаров — ярчайших объектов во Вселенной, по-видимому, являющихся активными ядрами галактик. Ученому удалось добиться финансирования в размере 15 тысяч фунтов стерлингов (небольшой суммы даже по тем временам), и в 1967 году телескоп, похожий на рощу переплетенных друг с другом антенн, начал наблюдения.

Почти всю работу на установке выполняла аспирантка Энтони Хьюиша — Джоселин Бернелл. Три автоматических самописца круглыми сутками чертили на бумажных лентах графики — результаты наблюдений. Бернелл приходилось вручную анализировать по 30 метров графиков в день в поисках необычных участков, которые могли бы оказаться сигналами сцинтиллирующих объектов вроде квазаров. Дополнительная сложность, как и со всякими радиоастрономическими наблюдениями, заключалась в том, что чувствительный прибор фиксировал не только сигналы, приходящие из космоса, но и излучения земного происхождения — интересные аномалии приходилось искать на фоне постоянного шума.

Через два месяца после начала наблюдений Бернелл заметила в графике любопытную закорючку — она не очень-то походила на сигнал квазара, но и не выглядела следствием случайной вспышки в соседнем городке. Исследовательница перенастроила прибор на более подробное изучение того участка неба, откуда пришел аномальный сигнал, но загадочная закорючка исчезла. Только спустя три месяца Бернелл вновь засекла этот необычный сигнал — он был похож на регулярный пульс, с пиками, повторяющимися через одинаковые отрезки в 11/3 секунды каждый. Хьюиш, которому аспирантка поспешила рассказать об открытии, заявил, что этот сигнал может быть только рукотворным — ни один известный тип космических объектов не может пульсировать так регулярно и с такими короткими интервалами. Что же это могло быть: неполадки в конструкции телескопа? Сигнал радара, отраженный от поверхности Луны? Дополнительная проверка на другом телескопе показала, что пульс приходит далеко из-за пределов Солнечной системы.

«Это интересная проблема, — писала Джоселин Бернелл в воспоминаниях, — если кому-то кажется, что он обнаружил внеземную жизнь, как ответственно сообщить об этом открытии? Кому надо сказать в первую очередь?.. В тот вечер я отправилась домой в ужасном настроении: я всего лишь пыталась защитить диссертацию по новой технике наблюдений, но тут какие-то глупые зеленые человечки выбрали именно мою антенну и мою частоту, чтобы отправить нам сообщение».

После ужина девушка все-таки вернулась в лабораторию. Похожую закорючку она видела еще раз — правда, из данных наблюдений за совершенно другим участком неба. Там был очень похожий пульсирующий сигнал, только с интервалами длиной в 1,2 секунды. Почти одинаковые сигналы «пришельцев», поступающие с противоположных краев Вселенной? Это было слишком невероятно.

Убедившись, что источником сигналов не могут быть инопланетяне, Хьюиш и Бернелл опубликовали результаты своих наблюдений в журнале Nature в 1968 году. Пульсирующие космические источники стали называть пульсарами: сегодня ученые сходятся в том, что это вращающиеся нейтронные звезды особого вида. На 2015 год обнаружено около 2000 пульсаров. За открытие первого из них Нобелевскую премию 1974 года получил Энтони Хьюиш — один, без бывшей аспирантки (позже Бернелл говорила, что не в обиде). 

Гамма-всплески и ядерные бомбы

В августе 1963 года в Москве был подписан международный договор, запрещающий испытания ядерного оружия в атмосфере, под водой и в космосе. За два года до этого Советский Союз испытал 60-мегатонную термоядерную «Царь-бомбу»: сейсмическая волна от произведенного на высоте четырех километров над полигоном взрыва трижды обогнула земной шар, а ядерный гриб поднялся на высоту 67 километров. Потенциальная угроза открытых испытаний стала очевидна даже участникам гонки вооружений.

Для наблюдения за выполнением Союзом условий договора США решили модернизировать начатую еще в 1959 году в научных целях космическую программу Vela (от испанского — «слежка» или «вахта»): первые два спутника, способные зафиксировать следы ядерных взрывов, были запущены через неделю после вступления в силу договора о частичном запрещении испытаний ядерного оружия, 17 октября 1963 года. Последние аппараты программы вышли на орбиту в 1970-м, один из спутников проработал до 1984-го.

С программой Vela связан загадочный инцидент: 22 сентября 1979 года космический прибор зафиксировал характерную двойную вспышку света неподалеку от островов Принс-Эдуард в Индийском океане. До сих пор не известно, была ли вспышка следствием ядерного взрыва — и если да, то кто его произвел. По распространенной версии, это могли быть ЮАР и Израиль, разрабатывавшие совместную ядерную программу.

Впрочем, спутники Vela прославились отнюдь не шпионажем. 2 июля 1967 года аппарат Vela-4A зафиксировл необычный короткий всплеск интенсивности излучения в гамма-диапазоне. Вспышка не была похожа на характерный след ядерного испытания, и информация о наблюдении была передана физику Рэю Клебесаделю, возглавлявшему научную группу в Лос-Аламосской национальной лаборатории. В следующие несколько лет аналогичные гамма-всплески обнаружили и другие спутники программы Vela. Проанализировав время поступления сигнала по отношению к положению спутников, ученые смогли сделать единственный надежный вывод: необычные сигналы поступают не со стороны Солнца, Земли и других планет Солнечной системы. Исследование было рассекречено и опубликовано только в 1973 году — и оказалось одной из главных сенсаций и загадок астрофизики.

Исследование гамма-всплесков превратилось в самостоятельное научное направление, за прошедшие 40 лет специально для их изучения запустили несколько космических миссий. Сегодня мы знаем, что гамма-всплески приходят даже не из нашей галактики, но из далекой Вселенной. Однако никакой ясности по поводу их источников, находящихся в миллиардах световых лет от Земли, по-прежнему нет. Скорее всего, это масштабные взрывные выбросы энергии, сопровождающие коллапсирование сверхмассивных звезд или слияние двойных нейтронных звезд, что происходило на более ранних стадиях развития Вселенной.

Уран и судьба музыканта

Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн при определенных условиях различимы на небе невооруженным глазом — неудивительно, что они были известны еще с древнейших времен. А вот с открытием следующей планеты Солнечной системы — Урана — человечеству пришлось подождать до 1781 года.

Это была эпоха, когда астроном-любитель, даже вооруженный самодельным телескопом, имел такие же возможности совершить крупное астрономическое открытие, как и профессиональный ученый. Таким любителем был Уильям Гершель — немец, в юности бежавший в Англию (пытался спастись от военного призыва), музыкант, композитор, но главным образом — популярный в курортном городе Бат преподаватель музыки. В то же время Гершель увлекался астрономическими наблюдениями, причем настолько, что построил собственный почти двухметровый телескоп-рефрактор. В 1775 году он приступил к полному обзору той части неба, которая была видна из южной Англии.

Ученый-любитель не мог рассчитывать на обнаружение новой планеты — о том, что помимо уже шести известных планет в Солнечной системе есть что-то еще, никто и не догадывался. Гершель наблюдал за звездами, и одна из них — в созвездии Тельца — привлекла его внимание. Она выглядела не яркой точкой, как другие звезды, а точкой, окруженной небольшим диском. «Необычного вида — либо звезда, окруженная туманностью, либо комета», — записал астроном в дневнике.

От версии звезды Гершель отказался. Он догадался взглянуть на интересный объект через большее увеличение и вскоре сообщил в Лондонское Королевское общество об открытии новой кометы: «Из своего опыта я знаю, что, в отличие от планет, увеличение кратности телескопа не дает пропорционального увеличения изображения звезд. Но, изменив кратность моего телескопа с 227 сначала на 460, а потом на 932, я увидел, что диаметр кометы увеличился так, как и должен был».

Спустя два месяца стало ясно, что и версия кометы несостоятельна. Петербургский астроном шведского происхождения Андрей Лексель установил, что орбита космического тела близка к круговой, что нетипично для комет. Вскоре представление о новом объекте как о планете стало общепринятым. В соответствии с традицией, планета получила древнеримское имя — Уран. 

Открытие Урана позволило Уильяму Гершелю перейти из разряда любителей в профессионалы: он был избран членом Лондонского Королевского общества, получил степень доктора Оксфордского университета, а чуть позже рыцарское звание, должность Королевского астронома и пожизненный ежегодный оклад в 200 фунтов в придачу. Через несколько лет Гершель обнаружил два спутника Урана — Оберон и Титанию. Еще два спутника этой планеты в 1851 году открыл Уильям Лассел из Ливерпуля. По профессии он был пивоваром.

Перитоны и микроволновая печь

Предполагаемые помехи от голубиного гнезда могут в действительности оказаться излучением молодой Вселенной, гипотетический след ядерного испытания — загадочными космическими гамма-всплесками. Но в науке бывает и совсем наоборот. Почти два десятилетия австралийские астрономы полагали, что наблюдают новый вид радиосигналов естественного происхождения — перитоны, и только в 2015 году выяснилось, что дела обстоят немного иначе. 

В течение последних 17 лет ученые, работающие в обсерватории Parkes в Новом Южном Уэльсе, изучали удивительный феномен. Раз или два в год приборы фиксировали необычный короткий и мощный радиосигнал — исследовали установили, что его источник должен находиться поблизости, в радиусе пяти километров вокруг обсерватории. Эти сигналы назвали перитонами по имени мифического крылатого оленя. Ученые предполагали, что источник перитонов находится в земной коре, либо они возникают в результате ударов молний.

Загадка разрешилась, когда новый приемник излучения обнаружил мощные радиопучки на частоте 2,4 ГГц. Как выяснилось, источником перитонов были не молнии и не процессы в земной коре, а микроволновая печь в лабораторной кухне. Сотрудники обсерватории установили, что перитоны можно зафиксировать в тот момент, когда антенна телескопа повернута в сторону кухни и кто-то преждевременно открывает дверцу работающей микроволновой печи. «Для нас это было довольно неожиданно», — призналась в интервью австралийскому ABC сотрудница обсерватории, аспирантка Эмили Петрофф.

Остается добавить, что телескоп Parkes входит в число приборов, которые проект Breakthrough Listen планирует арендовать для поиска сигналов внеземного разума.