10 Minutės
Ar mažyčiai, savireplikaciniai zondai, išsiųsti nežemiškos civilizacijos, jau gali veikti mūsų Saulės sistemoje? Profesoriaus Alex Ellery nauja analizė rodo, kad tai gali būti įmanoma — ir kad geriausia vieta ieškoti gali būti kur kas arčiau nei dauguma SETI (gyvybės ieškojimo) pastangų numato. Žemiau išskaidome mokslinį pagrindą, galimus technosignatūrų tipus ir kaip būsimos misijos galėtų ieškoti rafinuoto įrenginio pėdsakų mūsų pačiame dangaus kieme.
From von Neumann’s idea to interstellar machines
Savireplikacinio aparato idėja siekia Johno von Neumanno darbus: 1949 m. jis aprašė teorinį „universalų konstruktorių“, galintį sukurti savo kopijas, turint žaliavas. Šios idėjos buvo sugrupuotos ir išplėtotos jo posthuminiame 1966 m. rinkinyje Theory of Self-Reproducing Automata. Nuo tada SETI tyrėjai ir mąstytojai svarsto, kaip pakankamai pažangi civilizacija galėtų naudoti tokius „von Neumanno zondus“ galaktikos tyrinėjimui, žemėlapių braižymui ir išteklių rinkimui.
Skirtingai nei biologiniai tyrinėtojai, robotiniai zondai galėtų ištverti dideles pagaires, veikti be gyvybės palaikymo sistemų ir rinkti vietines žaliavas — nuo asteroidų iki kometų ledo — kad pagamintų kopijas ir kitas infrastruktūros dalis. Daugelis modelių rodo eksponentinį plitimą: vienas paleistas zondas teoriškai galėtų perrelijuoti daug kopijų per galaktiką per laiko skalę, daug trumpesnę už daugumos žvaigždžių amžių. Tai reiškia, kad technologiniai artefaktai ar jų palikimas galėtų būti randami ir šiame ar greta mūsų kosminio regiono.
Why Professor Ellery thinks they might already be here
Profesorė Alex Ellery iš Carleton universiteto atnaujino šias mintis naujame preprinte ir teigia, kad Saulės sistema yra tikėtinas vizituojančių zondų taikinys bei puiki vieta ieškoti technosignatūrų. Ellery — inžinierius Centre for Self-Replication Research (CESER) — publikavo darbų apie tai, kaip technologijos, tokios kaip papildomoji gamyba (3D spausdinimas), autonominė robotika ir savireplikacija gali padaryti von Neumanno zondus įgyvendinamus anksčiau, nei dažnai manoma.
Jo pagrindinis praktinis argumentas paprastas: savireplikaciniai zondai reikalauja žaliavų ir energijos. Asteroidai, mėnuliai ir smulkūs akmeniniai kūnai siūlo gausius, lengvai prieinamus žaliavų šaltinius: metalus, silikatus, lakiuosius junginius ir kitus elementus, būtinus gamybai. Dėl to Saulės sistema tampa patrauklia tarpstotele zondams, keliaujantiems į kitas sistemas — taip pat potencialia vieta ilgalaikėms bazėms, jutikliams ar kasybos veikloms.
Motivations: survival, resources, reconnaissance
Ellery pabrėžia, kad tarpžvaigždinis zondavimas nėra vien tik mokslinis smalsumas, bet dažnai skiriamas praktiniams motyvams. Pažangios visuomenės galėtų dislokuoti zondus rūpintis rūšies išlikimu — pavyzdžiui, skleisdamos savo egzistenciją už žvaigždės, kuri ilgainiui paliks pagrindinę seka, arba kurdamos atsargines sistemas prieš egzistencines grėsmes. Zondai taip pat galėtų atlikti žvalgybą ir išteklių rinkimą, ruošiantis vėlesnei kolonizacijai arba kaip gynybines priemones.
Ellery rašo, kad «ET zondai būtų varomi jų vietinės aplinkos išlikimu — tai gali būti pagrindinės sekos žvaigždės amžius, tektoninė veikla ir kt., kartu su karine žvalgyba, siekiančia įvertinti grėsmes ir aljansus». Jis pabrėžia, jog motyvai kaip godumas, pabėgimas ar strateginė nauda dažnai guli už tyrinėjimų iniciatyvų, o tai gali lemti, kur ir kaip zondai veikia.
How a visiting probe would likely behave
Iš motyvų išplaukia prognozuojami veiksmai. Ellery aprašo šešiažingsnį operacinį modelį savireplikaciniams zondams, pateikdamas praktiškus paieškos taikinius astronomams ir planetų mokslininkams:
- Taikykis ir išgauk žaliavas iš asteroidų, mėnulių ir smulkių kūnų.
- Konstruok žvalgus zondus, kad sužymėtum išteklių pasiskirstymą ir įvertintum gyvybingumą.
- Nustatyk išeigines, turtingas ištekliais bazes — pavyzdžiui, stabiliose orbitose, krateriuose ar poviršinėse/požeminėse erdvėse.
- Replikuok papildomus zondus ir infrastruktūrą, įskaitant sargybinius arba ryšio relės įrenginius.
- Vykdyk ilgalaikes mokslines ir pramonines operacijas, eksploatuodamas vietines žaliavas.
- Įgyvendink tikslines misijas, tokias kaip gyvenamųjų erdvių statyba arba, kontroversiškai, nukreiptasis panspermija.
Kiekvienas žingsnis galėtų generuoti technosignatūras — matuojamus anomalus požymius, skirtingus nuo natūralių geologinių ar astrofizikinių procesų. Tų ženklų atpažinimas yra praktinis Ellery pasiūlymo tikslas: fokusuotas, vietinis SETI tyrimas galėtų būti efektyvesnis aptinkant inžinerinius artefaktus nei tradicinės radijo ar optinės paieškos.
Technosignatures to look for in the Solar System
Ellery teigia, kad tam tikros technosignatūros būtų ypač ryškios ir prieinamos tyrinėjimui, net plečiant žmonių veiklą už Žemės ribų. Tarp perspektyviausių yra:
Isotopic anomalies from nuclear reactors
Pramoninio masto gamyba ir didelio tankio energijos generavimas greičiausiai naudotų kompaktiškus branduolinius reaktorius. Ellery siūlo, kad Magnox tipo reaktoriai — dujomis vėsinami, naudojant natūralų uraną ir grafitą — galėtų būti pastatyti iš vietinių mėnulio ar asteroidų medžiagų. Reaktorių veikimas palieka būdingus izotopinius santykius (pavyzdžiui, neįprasti thoriumo-232 skilimo produktų, neodimio-144 ar bario-137 lygiai), kurie gali būti aptikti paviršiaus mėginiuose ar nuotolinės spektroskopijos būdu. Tokie izotopiniai anomalijos, derinami su geocheminiais kontekstais, būtų vienas aiškesnių technosignatūros požymių.
Buried artifacts and metallic anomalies
Zondai, naudojantys asteroiduose esančius metalus, galėjo palikti tiek matomų nuolaužų, tiek tyčia paslėptų artefaktų. Ellery kelia provokuojančią idėją, kad vizituojantis zondas galėjo palikti „dovaną“ — universalų konstruktorių ar kitą mašiną — palaidotą tarp asteroidinių nuosėdų. Tokius objektus galėtume aptikti tik tada, kai žmogaus tyrinėjimas pasieks technologinį slenkstį, leidžiantį kasti arba skenuoti mėnulio ar asteroido povandenines sluoksnius. Tokie radiniai reikalautų kruopščios stratigrafinės analizės, kad būtų atskirtas dirbtinis objektas nuo susidariusių po smūgių ir erozijos natūralių struktūrų.
Magnetic and structural anomalies
Didesnio masto gamyba ir reaktorių arba metalinės infrastruktūros buvimas pakeistų vietinius magnetinius laukus ir gruntinio tankio pasiskirstymą. Magnetometro tyrimai ir žemės išoriniai radarai (ground-penetrating radar) — įrankiai, naudojami planetų moksle ir numatomose mėnulinėse misijose — galėtų atskleisti anomalijas, kurios nesutaptų su žinomais geologiniais procesais. Tokių duomenų koreliacija su izotopinėmis analizėmis ir termografiniais duomenimis padėtų sumažinti klaidingų teiginių riziką.
Where to search first: Moon, Asteroid Belt, Kuiper Belt
Ellery rekomenduoja pirmiausia skirti dėmesį Mėnuliui ir smulkiųjų kūnų populiacijoms dėl jų cheminės sudėties, prieinamumo ir ekonominės vertės žmonių tyrinėtojams. Mėnulis su dideliu silikatų ir metalų koncentracijos kiekiu, pristatytu smūgių metu, yra ypač patrauklus kaip statybos bazė operacijoms, galinčioms palaikyti savireplikaciją.
Taip pat asteroidų juosta ir Kuiperio juosta talpina šimtus milijonų objektų — daug jų yra maži ir daugiausia nenagrinėti. Ellery atkreipia dėmesį, kad vien Kuiperio juostoje yra milžiniška kūnų populiacija, tačiau žmonija stebėjo tik nedidelę dalį. Vienas pastebėtas objektas, 1I/ʻOumuamua, paskatino spėliones dėl anomalumo: netaisyklingos formos ir netikėti trajektorijų pokyčiai kviečia atidžiai tirti tokius atvejus. Jei zondai maži ir slapti, jie galėtų slėptis krateriuose, poviršinėse ertmėse arba būti užmaskuoti regolitu vietose, kuriose dar neimame mėginių.
NASA misija Psyche prie tolimos metalinės asteroidos gabens revoliucinį Deep Space Optical Communications (DSOC) paketą
Why the Moon is a strategic search site
Be to, kad jis arti ir prieinamas, Mėnulis suteikia operacinius privalumus tiek žmonių, tiek hipotetinei nežemiškai gamybai. Regolitas ir smūgių atnešti metalai sukuria išteklių bazę. Mėnulio paviršius taip pat iš esmės yra stabili žmogaus laiko mastu, todėl išsaugomi istoriniai sluoksniai ir lengviau pastebimos anomalijos prieš palyginti nepakitusį foną.
Kai žmonių misijos pagal Artemis programą ir komercinės iniciatyvos pradės nuolatines operacijas cislunarinėje erdvėje, bus dislokuojami instrumentai, reikalingi išteklių radimui ir charakterizacijai: orbitiniai spektrometrai, gruntą skenuojantis radaras ir mėginių grąžinimo sistemos. Ellery ragina, kad šios misijos įtrauktų tikslines technosignatūrų paieškas į savo mokslo komplektus — nes reikalingi matavimai labai sutampa su išteklių prospekavimo tikslais. Integravus technosignatūrų kriterijus į misijų prioritetus, galima gauti papildomą mokslinę vertę už panašias išlaidas.
Meninė Artemis astronautų darbo ant mėnulio paviršiaus vizija. (NASA)
Implications for SETI and space policy
Jeigu būtų rasti inžinieriniai artefaktai, pasekmės mokslui, filosofijai ir politikai būtų gilios. Ellery teigia, kad vietinių technosignatūrų paieška turėtų būti papildoma tradiciniam SETI, o ne juo pakeičianti. Kombinuotas požiūris padidina aptikimo tikimybę: radijo paieškos tirtų aktyvius perdavimus ir švyturiavimo strategijas, o technosignatūrų paieškos — patvarius, ilgalaikius artefaktus.
Praktiškai Ellery pasiūlymas taip pat kertasi su komerciniais ir valstybiniais interesais. Išteklių prospekcija yra daugumos planuojamų misijų varomoji jėga, o instrumentai, reikalingi asteroidų žvalgybai ir kasybos įvertinimui, taip pat tarnauja technosignatūrų paieškai. SETI orientuotų tikslų integracija į išteklių tyrinėjimą gali būti ekonomiška ir moksliniu požiūriu produktyvi — ypač kai duomenys ir instrumentai jau yra planuojami pagal kitus prioritetus.
Searching strategy: what instruments and missions can do
Konkrečios priemonės Ellery rekomendacijoms įgyvendinti apima:
- Aukštos skiriamosios gebos izotopinė analizė grąžintų mėnulio ir asteroido mėginių, ieškant reaktorių veiklos pėdsakų.
- Globalūs magnetometro ir gravitacijos tyrimai Mėnulyje ir atrinktuose asteroiduose, siekiant aptikti požemines struktūras, kurios nesutampa su natūralia geologija.
- Tikslinga, didelio dažnio optinė ir terminė stebėsena artimų Žemei objektų ir Kuiperio juostos kūnų, kad būtų užfiksuoti neįprasti albedo, formos arba negravitaciniai pagreitėjimai.
- Vietoje vykdomos prospekcijos misijos, kurios prioritetizuotų netipinius metalinius koncentratus kruopščiai kasant ir analizuojant.
Daugelis šių veiklų sutampa su įprastais tyrinėjimo tikslais: vandens ledo paieška, mineralų žemėlapiai ir būsimos bazės planavimas. Aiškiai įtraukus technosignatūrų kriterijus į misijų uždavinius, tyrėjai gali maksimaliai padidinti mokslinę grąžą ir tuo pačiu sumažinti papildomas išlaidas, nes daug instrumentų jau reikalingi išteklių įvertinimui.
Expert Insight
«Mintis, kad savireplikaciniai zondai galėtų palikti ilgalaikius, aptinkamus pėdsakus mūsų Saulės sistemoje, nėra mokslinė fantastika — tai stebėjimo strategija», sako dr. Elena Márquez, planetos geofizikė Lunar and Planetary Institute. «Mes jau planuojame magnetometrinius tyrimus ir izotopinį mėginių ėmimą dėl išteklių žemėlapių. Su nedidelėmis papildomomis priemonėmis instrumentų komplektuose ir duomenų analizės vamzdynuose, tie duomenys taip pat galėtų atskleisti anomalijas, vertas tolesnės analizės.»
«Net jei nieko nerastume, paieška pagerina mūsų supratimą apie vietinę geologiją, padeda nustatyti prioritetinius nusileidimo taškus žmonių tyrimams ir paruošia mus atradimo scenarijoms, kurie galėtų pakeisti žaidimo taisykles», — priduria ji.
Broader scientific context and caveats
Ellery ir kiti tyrėjai įspėja vengti sensacingų pareiškimų. Atskirti inžinerines struktūras nuo natūralių procesų yra sudėtinga ir reikalauja aukštos kokybės, pakartojamų įrodymų. Daugelis siūlomų technosignatūrų — neįprastos izotopinės proporcijos, magnetinės anomalijos ar keistos formos — turi pagrįstų natūralių paaiškinimų, ypač atsižvelgiant į smūgių procesų ir kosminės aplinkos erozijos sudėtingumą.
Tas pats galioja ir radijo SETI: dviprasmiški signalai ir foninis triukšmas apsunkina interpretaciją. Paieškos Saulės sistemoje pranašumas yra artumas. Skirtingai nuo tolimų egzoplanetų signalų, vietinės anomalijos galima patikrinti pakartotinai, imti mėginius ir analizuoti vietoje. Fizinis priėjimas leidžia patvirtinantį mokslą, kurio negali suteikti tolimojo stebėjimo metodai.
What discovery would mean for humanity
Rasti dirbtinį artefaktą ar veikiantį zondą Saulės sistemoje būtų vienas iš reikšmingiausių mokslo atradimų istorijoje. Tai patvirtintų, kad technologinis intelektas atsirado kitur ir kad bent kelios civilizacijos siekia ilgalaikės, materialiai orientuotos tyrinėjimo strategijos. Tokia žinia pakeistų SETI prioritetus, inicijuotų naujas tarptautines diskusijas apie kultūrinį paveldą ir planetinę apsaugą bei paskatintų investicijas į kosmoso infrastruktūrą.
Tačiau net neradus nieko, Ellery rekomendacijos praplečia planetų mokslo apimtis. Technosignatūrų suvokimą turinti tyrimų programa stiprina mūsų gebėjimą aptikti neįprastus reiškinius, geriau charakterizuoja vietinius išteklius žmonių naudojimui ir didina mokslo naudą iš misijų, kurios jau suplanuotos artimiausioms dešimtims metų.
Galiausiai paieška von Neumanno zondų užduoda praktišką klausimą: jei pažangūs lankytojai keliavo šia kryptimi, kur jie paliktų pėdsakus, kuriuos mes įtikinamai aptiktume? Pagal Ellery, Saulės sistema — ypač Mėnulis ir smulkūs kūnų rezervuarai — suteikia aukštą tikimybę. Žmonėms ruošiantis sugrįžti į Mėnulį ir stiebtis toliau, technosignatūrų integravimas į tyrimų planus yra mažos kainos, didelės vertės mokslinė investicija.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą