Волна и полоса

Пусть золотая рыбка наконец попала в главный лепесток нашей антенны - ромашки. Значит ли это, что радиосигнал будет принят? Нет, не значит. Это условие необходимое, но еще недостаточное. Есть два дополнительных требования. Первое: приемник должен быть хотя бы приблизительно настроен именно на ту волну, на которой сигналит цивилизация игреков. Второе: горло приемника, или его полоса пропускания, должно быть не уже, чем полоса, занимаемая сигналом. Только при выполнении этих условий приемник проглотит золотую рыбку и появится надежда отыскать ее среди всяческих помех.

Но как уважаемые игреки сообщат нам: "Слушайте нас на волне λ. Горло приемника Δf!"? Таких телеграмм до установления первого контакта, естественно, нам не получить. Значит, надо рассчитывать только на свою догадливость. Ведь обнаруживала же радиоразведка союзников радиосигналы, посылавшиеся гитлеровским командованием своим подводным лодкам, разбросанным по всем морям и океанам. А ведь эти сигналы были очень короткие (доли секунды); каждый сеанс связи проводился на новой волне; время связи менялось по случайному закону. И все-таки сигналы перехватывали.

Правда, эта задача проще поиска сигналов других миров. Уровень техники был приблизительно одинаков у обеих воюющих сторон. Кроме того, всегда имелись какие-то данные разведки до начала перехвата сигналов противника. Но ведь у нас они тоже есть: земная наука и есть та предварительная разведка, которая может кое-что подсказать об игрек-цивилизации. Ведь разумные существа разных миров изучают в школах одни и те же физические законы. И вот что подсказывает нам эта "разведка" о рабочей волне игрек-цивилизации.

Рис. 58

Имеется участок радиоволн, где сумма всех шумов, приходящих из космоса, достигает минимума. Мы с этим уже знакомились (см. рис. на стр. 101). Он расположен приблизительно между 3 и 30 сантиметрами. Это не местное земное явление. Оно имеет общий характер. Логично предположить, что игрек-цивилизация будет сигналить в этом участке. Здесь враг номер один - помехи - минимален, и это существенно повышает шансы быть услышанным.

Далее, сама природа подарила обитателям вселенной стандарты частоты. Мы уже о них говорили: это излучение водорода на волне длиной в 21 сантиметр, излучение гидроксила ОН на волне в 18 сантиметров и др.

Американские ученые Д. Коккони и Ф. Моррисон высказали многообещающую идею - сигналы надо искать именно на этих волнах. Ход их рассуждений такой. Всякая цивилизация нашего уровня развития и более высокого знает эти частоты. Знает, что они есть повсеместно во вселенной. Знает, что они очень стабильны во времени. Следовательно, их неизбежно посетит та же мысль - настроить на них свои межзвездные передатчики и свои приемники.

Теперь о выборе полосы приемника. Что тут нам подсказывает наша разведка? Самый простой метод сигнализации - это излучение гармонического колебания (например, на одной из волн природных стандартов) без всякой модуляции.

Источником таких колебаний может служить, например, атомный генератор. Его особенностью является поразительная стабильность частоты генерируемых колебаний. За годы она может изменяться лишь на доли герца.

Задача повышения стабильности частоты появилась уже в линиях связи А. С. Попова. Первые пять десятилетий радиотехника не знала атомных генераторов. За это время были найдены десятки остроумных способов уменьшения хаотической "пляски" частоты. Тут и термостатирование генераторов, тут и схемы компенсации, тут и использование кварцевых пластинок... Но ни один из них не давал практически полного уничтожения этого легкомысленного поведения частоты. Появились даже "теоретики", доказывавшие принципиальную невозможность решения этой задачи. Но оказывается, вопреки мнению этих ученых мужей в Природе издавна существуют такие стандарты частоты. Как мы уже разбирали, при перескоке электрона на более низкий энергетический уровень он излучает именно такое сверхстабильное по частоте колебание. Для его использования надо только заставить электроны дружно прыгать и научиться извлекать их излучения из атомов. Земляне уже овладели этим (для ряда атомов). Игреки же, шагающие где-то впереди по спирали прогресса, тем более владеют этой тайной Природы.

А не примут ли иксы это искусственное излучение за одно из естественных? Нет. Их различить легко. Все естественные излучения имеют широкий спектр. Даже излучение на волнах природных стандартов сильно размыто и имеет спектр в десяток тысяч герц. Искусственно же излучаемое колебание при отсутствии модуляции будет занимать в тысячи раз меньшую полосу. Следовательно, начинать поиск надо с обследования волн природных стандартов с длиной в 21, 18… сантиметров, в так же 21/2, 18/2... сантиметров.

Для поиска такого гармонического сигнала горло приемника может быть взято очень узким - порядка единиц или нескольких десятков герц. Такой приемник сможет принимать и сигналы с медленной модуляцией. Если говорить о сигналах Да - Нет, то максимальное число этих посылок в секунду должно быть равно приблизительно полосе пропускания.

Например, при полосе приемника Δf=15 герц можно принять сигнал, несущий не более 15 двоичных посылок.

Если же мы таким приемником попытаемся воспринять сигнал с более высокой скоростью передачи, например в 100 посылок в секунду, то потерпим фиаско. Поясним это. Каждая посылка вызывает в контурах приемника свой колебательный процесс. Если этот процесс почти затухает к приходу следующей, то посылки не мешают друг другу. Если нет, то дело плохо, так как каждую посылку начинают подталкивать и давить следом идущие. А разве нельзя посылки призвать к порядку и заставить затухать к приходу следующей?

Конечно, можно! Но сделать это удается единственным способом - расширить горло приемника (чем короче посылки, тем шире должно быть горло).

Представим каждую посылку в виде некой гипотетической птахи. Белая птаха соответствует посылке Да, черная - посылке Нет. Если горло приемника выбрано правильно, то птахи в приемнике не мешают друг другу. Если же мы возьмем более узкую полосу, то у наших пернатых... появится хвост. Он вылезает из отведенной каждой посылке-птахе области во времени и накладывается на следующие за ней. Удивительным свойством нашей птахи является зависимость длины хвоста от полосы: чем уже полоса, тем длиннее вырастает у нее хвост. Устремляя полосу к нулю, мы получим невиданную в природе птаху с бесконечно большим хвостом. А чем длиннее хвост, тем на большее число соседних посылок он накладывается. В результате на каждую посылку накладывается много хвостов от предшествующих. И образ птахи исчезает в этом ворохе черно-белых хвостов: сигнал превращается в шум.

Нечто подобное имеет место и при наблюдении локатором нескольких самолетов. Пока самолеты далеко друг от друга, на индикаторе мы их четко различаем. Но вот они сближаются, и наступает такой момент, когда различить отдельные самолеты невозможно: отраженные от них импульсы накладываются друг на друга и образуют хаос.

Мы не знаем, какой длительности посылки начнет выбрасывать в космос игрек-цивилизация. Значит, мы не знаем, какое взять горло приемника. Придется иметь либо набор поисковых приемников с разным горлом, либо вводить его регулировку.

В первом случае можно производить одновременный анализ в разных полосах, во втором - только последовательный.

Набор приемников с разным горлом можно заменить одним, но на его выходе подключить ряд фильтров с различной полосой пропускания и наблюдения вести одновременно на всех фильтрах.

При оценке минимальной полосы пропускания приемника мы молча предполагали, что расстояние между цивилизациями икс и игрек не меняется. На самом деле все небесные тела, как мы видели, находятся в движении относительно друг друга. Поэтому нам не обойти и не объехать эффект Допплера, о котором уже говорили.

Рис. 59

Если происходит сближение небесных тел с цивилизациями икс и игрек, то частота принимаемого сигнала будет расти: у световых колебаний это называется синим смещением. Если расстояние увеличивается, то частота уменьшается: для света это красное смещение. Значит, нельзя выбрать приемник с узким горлом в десяток герц?

Оказывается, можно. И выручает нас в этом случае большая масса небесных тел. Как движение планет в пространстве, так и их вращение вокруг своих осей происходит сравнительно медленно. Поэтому изменение частоты, из-за эффекта Допплера будет тоже происходить медленно. Оператор или автомат вполне могут успевать время от времени подстраивать приемник. Значит, узкополосный приемник пригоден. Но если мы ищем сигнал на волне, например, λ, то надо тщательно обследовать окрестности этой частоты Δλ±λ для того, чтобы учесть возможные допплеровские сдвиги. С каким же горлом нам следует сооружать приемники - с узким или широченным?

И с тем, и с другим. Энергетические бедняки космоса (цивилизации нашего уровня) ставят скромную задачу - заявить о себе всем цивилизациям в радиусе, доступном их энергетике, сказать, что они есть. Они будут сигналить узкополосными или даже гармоническими колебаниями; на большее у них не хватит пороху. Их сигналы нам надо ловить приборами с узким горлом.

Энергетические короли космоса пойдут дальше; они будут как из пожарного гидранта поливать нас мощным потоком информации. Для ее приема потребуются приемники с гигантским горлом. Но и короли, наверное, будут чередовать свой мощный поток с простым гармоническим колебанием (может, с медленной модуляцией). Это позволит обнаружить их даже узким горлом, и притом на больших дистанциях.

Вырисовывается такая методика поиска: вооружаемся приемником с рядом узких и широких полос пропускания; диапазон его рабочих волн должен лежать в области минимума космических помех. Приемником этим обследуем сначала участки в области естественных стандартов частоты (с учетом эффекта Допплера), как наиболее вероятные для использования, затем уже весь диапазон.

Ох, и нелегкая эта работа - найти в море-океане золотую рыбку!