Nie tylko światła miast mogą nas zdradzić kosmitom
Do tej pory astronomowie odkryli prawie 6000 planet pozasłonecznych – światów krążących wokół gwiazd innych niż nasze Słońce. Jeśli ta liczba wydaje wam się absurdalnie duża, to przygotujcie się na coś więcej – ekstrapolacja tej liczby wskazuje, że w samej galaktyce mogą istnieć setki miliardów planet. Część z nich będzie podobna do Ziemi, chociaż w tej chwili nie wiemy, jaka. Jednak przy tak ogromnej liczbie nawet niewielki procent globów o warunkach zbliżonych do ziemskich może oznaczać dużą liczbę planet zdolnych do podtrzymania życia.
Dlatego większość naukowców poważnie traktuje ideę życia na innych światach. Życie na Ziemi powstało dość szybko – praktycznie zaraz po jej ostygnięciu wystarczająco, aby na jej powierzchni mogły utrzymać się oceany w stanie ciekłym – co świadczy, że w sprzyjających okolicznościach łatwo dochodzi do jego narodzin. Natomiast czas pojawienia się trudno definiowalnych cech wyższego rzędu, takich jak rozumność i rozwój techniczny, jest kwestią odrębną i w większości niewychodzącą poza spekulacje (jakkolwiek przeprowadzono w tym zakresie kilka interesujących badań). Załóżmy jednak, że w tej chwili gdzieś w Drodze Mlecznej istnieją rozumne istoty pozaziemskie i cywilizacje techniczne. Czy byłyby one w stanie nas w ogóle zauważyć?
Jeśli sformułować to pytanie w najbardziej ogólnym sensie, odpowiedź na nie jest pozytywna. Mam na myśli to, że nie ma fizycznego powodu, dla którego nie dałoby się zbudować olbrzymiego teleskopu, znacznie większego niż którykolwiek z obecnie istniejących, który potrafiłby dać szczegółowy obraz planety oddalonej o wiele lat świetlnych. Zadanie to pod względem inżynieryjnym mogłoby nastręczać znacznych trudności, lecz nie jest technicznie niewykonalne. Wtedy wystarczyłoby na przykład rozpoznać światła aglomeracji miejskich w nocy, aby potwierdzić istnienie kosmitów – czyli ludzi, ponieważ wówczas to my bylibyśmy kosmitami.
W istocie może to być nawet łatwiejsze. Znacznie mniejszy teleskop nie musiałby rozróżniać szczegółów planety; wystarczyłoby obserwować ją tak dokładnie, aby stwierdzić, jak staje się to jaśniejsza, to ciemniejsza, w miarę jak miasta nocą pojawiają się i znikają z pola widzenia. A ów „mniejszy” teleskop musiałby być, powiedzmy, jedynie „absurdalnie ogromny”, ale nie „przytłaczająco ogromny”.
Przyczyną, dla której warto się nad tym zastanowić, jest to, że odwraca to schemat tego, o co zwykle się pyta, czyli czy potrafilibyśmy wykryć kosmitów przy naszym obecnym poziomie techniki. Nie znamy ich stopnia zaawansowania, ale znamy swój własny, zatem logiczne jest przyjęcie, że ich technika jest równoważna naszej, a następnie zadanie pytania, z jakiej odległości mogliby nas dostrzec.
Zasadniczo jest to zadanie skrajnie trudne. Kosmos jest ogromny, a ogromne odległości sprawiają, że nawet najpotężniejsze cywilizacje mogą skrywać się przed naszym wzrokiem. Możemy jednak wykorzystać własną cywilizację jako wzorzec i cofnąć się w czasie, aby oszacować zasięg możliwości podsłuchania naszego hałaśliwego małego świata przez istoty pozaziemskie dysponujące podobną techniką.
Zespół astronomów pod kierownictwem Sofii Sheikh z SETI Institute przeprowadził obliczenia dotyczące tej kwestii i opublikował swoje wyniki w „Astronomical Journal”. („SETI” oznacza „Search for ExtraTerrestrial Intelligence”, czyli „poszukiwania pozaziemskich istot rozumnych”). Badacze przeanalizowali różne metody wykrywania naszych tzw. technosygnatur i odkryli, że odpowiedź – co nie jest zaskoczeniem – zależy od tego, której konkretnej technosygnatury mogłaby wypatrywać pozaziemska cywilizacja. Wiele z tych idei było już wcześniej badanych z osobna, lecz w tej najnowszej analizie rozpatruje się je zbiorczo i spójnie, dając nową perspektywę.
Jednym z przykładów technosygnatury jest komunikacja radiowa. Od swoich początków w połowie XX wieku SETI koncentruje się na wykrywaniu sztucznych sygnałów radiowych z kosmosu. Fale radiowe są łatwe do wytworzenia i wykrycia, a ponadto przemieszczają się w przestrzeni międzygwiazdowej z prędkością światła, ulegając jedynie minimalnemu tłumieniu przez gaz i pył. To sprawia, że radio jest niemal idealnym medium komunikacji w skali galaktycznej. Astronomowie podzielili sygnały radiowe na cztery kategorie – pierwsza to ukierunkowane, lecz pojedyncze transmisje w przestrzeń kosmiczną, wiadomości typu „hej, jesteśmy tutaj”; druga to sygnały przesyłane przez cały czas do naszych sond planetarnych w dalekim kosmosie, które kontynuują podróż w głąb galaktyki; trzecia to sygnały wysyłane nieustannie we wszystkich kierunkach, takie jak emisje „wyciekające” z masztów bazowych telefonii komórkowej, a także stacji radiowych i telewizyjnych; czwarta to sygnały pochodzące z różnych kosmicznych artefaktów, takie jak sygnały niskiej mocy służące do komunikowania się sond międzyplanetarnych z Ziemią.
Sygnały należące do pierwszej kategorii można wykryć z największej odległości, ponieważ wymagana do ich transmisji moc jest najwyższa. Sheikh i jej współpracownicy szacują, że fale te można wykryć z imponującej odległości aż 12 tys. lat świetlnych od Ziemi! Jest to maksymalna odległość, lecz w obszarze wyznaczonym przez ten promień znajduje się kilka miliardów gwiazd. Jeśli chcemy powiadomić innych o naszym istnieniu, prawdopodobnie jest to najlepszy sposób.
Inne metody nie są równie efektywne. W przypadku drugiej kategorii maksymalna odległość wynosi zaledwie około 65 lat świetlnych, co nadal obejmuje tysiące gwiazd. Trzecia kategoria sięga zaledwie czterech lat świetlnych, czyli maksymalnie do najbliższej gwiazdy od Słońca. (Gwiazda ta, Proxima Centauri, znajduje się w odległości 4,25 roku świetlnego). Czwarta kategoria, która obejmuje sygnały z naszych statków kosmicznych, takich jak sonda Voyager 1, ma zasięg wykrywalności wynoszący nieco poniżej jednego roku świetlnego. Zaskoczyło mnie to, jeśli wziąć pod uwagę, jak małą moc ma obecnie ten sygnał, gdy znajduje się ona „tylko” około 25 mld km od Ziemi. Nadajnik Voyagera 1 ma moc 23W – gdy sygnał dociera do naszej planety jego moc jest mniejsza od jednej kwintylionowej (1018) części wata.
Ewidentnie radio będzie metodą wybieraną przez kosmitów wypatrujących nas na Ziemi. Ale są też inne sygnatury.
Jednym ze skutków istnienia naszej współczesnej cywilizacji jest ślad w atmosferze. Oprócz dwutlenku węgla przemysł i inne źródła antropogeniczne emitują do atmosfery wiele różnych substancji chemicznych. Zmiana klimatu naszej planety jest sama w sobie czymś niekorzystnym, niemniej stanowi ślad wykrywalny z kosmosu. Byłby on najłatwiejszy do zauważenia dla obserwatorów międzygwiazdowych znajdujących się w płaszczyźnie ekliptyki Układu Słonecznego, czyli płaszczyzny zawierającej okołosłoneczną orbitę Ziemi. Z tej perspektywy widzieliby oni naszą planetę przechodzącą raz w roku bezpośrednio przed naszą gwiazdą – Słońcem, nieznacznie osłabiając jego światło. Zjawisko to, zwane tranzytem, jest na razie efektywniejszą metodą odkrywania egzoplanet.
Tranzyty takie mogą być również wykorzystywane do zdalnej analizy atmosfery danego globu. Gdy światło gwiazdy (lub, w naszym przypadku, światło Słońca) przechodzi przez górną warstwę atmosfery planety, znajdujące się w niej cząsteczki pochłaniają określone długości fal świetlnych, tworząc coś w rodzaju odcisku palca, który można zmierzyć. Metodę tę stosujemy już obecnie do badania niektórych tranzytujących egzoplanet za pomocą James Webb Space Telescope (JWST). Proponowane przyszłe teleskopy, takie jak budowane przez NASA Habitable Worlds Observatory, mają skanować atmosfery dziesiątek potencjalnie podobnych do Ziemi egzoplanet, które mogą istnieć wokół pobliskich gwiazd (nawet jeśli ich tranzyt nie jest bezpośrednio widoczny z naszego Układu Słonecznego).
W swoich obserwacjach astronomowie z SETI Institute skupili się na zdalnym wykrywaniu dwutlenku azotu, NO2, charakterystycznego produktu ubocznego spalania paliw kopalnych. Biorąc pod uwagę obecny poziom zanieczyszczenia powietrza, stwierdzili, że sygnaturę tę da się wykryć z odległości 5,7 roku świetlnego. Bliżej znajduje się jedynie układ Alpha Centauri, co zmniejsza prawdopodobieństwo zauważenia nas przez kosmitów. Niemniej już sama możliwość przeprowadzenia tego rodzaju poszukiwań jest imponującym osiągnięciem technicznym.
Większość technosygnatur innego typu nie jest aż tak pomocna. Klon JWST ulokowany mniej więcej na wysokości orbity Neptuna byłby w stanie wykryć podczerwone promieniowanie cieplne emanujące z naszych miast, lecz dalej ślad ten ginie. W odległości około 100 razy większej optyczny blask świateł ziemskich aglomeracji zanika całkowicie – to znacznie lepszy wynik, lecz wciąż nie sięga nawet najbliższej Słońca gwiazdy.
Lasery są łatwiejsze do wykrycia i są już testowane przez NASA oraz Europejską Agencję Kosmiczną do komunikacji satelitarnej w kosmosie. Jednak przy rozsądnych założeniach wiązka skupionego światła lasera pozostaje zbyt słaba, aby dało się ją wykryć z odległości nieco poniżej sześciu lat świetlnych, co jest odległością mniejszą niż do Gwiazdy Barnarda, drugiego najbliższego nam układu gwiezdnego. Najgorszą opcją jest wypatrywanie naszych pozaziemskich artefaktów technicznych. Na przykład roje sztucznych satelitów Ziemi nieznacznie zmieniają ilość światła słonecznego blokowanego przez naszą planetę podczas tranzytu, lecz nie tak, aby dało się to wykryć nawet z Marsa. Wystarczy powiedzieć, że gdyby kosmici byli wystarczająco blisko, aby dostrzec takie rzeczy, mieliby inne, znacznie łatwiejsze sposoby do dyspozycji.
Wszystkie te liczby należy przyjmować z zastrzeżeniem, że istoty pozaziemskie nie są bardziej zaawansowane technicznie niż my. Założenie to może być nazbyt konserwatywne, ponieważ w końcu my sami stajemy się coraz bardziej zaawansowani. Budujemy coraz większe teleskopy, ograniczone jedynie budżetem i prawami fizyki, cały czas odkrywając i udoskonalając nowe sposoby badania kosmosu, takie jak detekcja neutrin i fal grawitacyjnych. Tym, co nazywamy „współczesną” astronomią, zajmujemy się dopiero od jakichś 100 lat i trudno przewidzieć, gdzie będziemy za 100 lat od chwili obecnej.
Nasza Galaktyka istnieje od miliardów lat. Nikt nie wie, kto jeszcze ją zamieszkuje i jakich środków technicznych używa do jej badania. Odwrócenie perspektywy naszych poszukiwań kosmitów – spojrzenie z zewnątrz ku nam – może okazać się najlepszym sposobem, by dowiedzieć się tego, jak się przedstawia prawda.