كيف يمكنك التواصل مع أشكال الحياة الأخرى في الفضاء؟

تعتمد طريقة البحث عن الذكاء في الفضاء على افتراض أن الكائنات الذكية تصل إلى مرحلة ما من تطورها لاستخدام تكنولوجيا الراديو. نحن نبث ولكن هل من أحد يستقبل؟ المقالة الثانية في السلسلة

عمري فاندل "جاليليو"

إذا تم، في مشروع مستقبلي، اكتشاف علامات نشاط بيولوجي على سطح كوكب خارج المجموعة الشمسية، فكيف يمكننا معرفة ما إذا كانت هناك حياة متطورة هناك، أو حتى حياة ذكية؟ مع التلسكوبات الموجودة اليوم، لا يمكننا التمييز مباشرة بين الكواكب خارج المجموعة الشمسية، وحتى التلسكوبات المخطط لها، مثل SIM وTPF، لن تكون قادرة على تمييز التفاصيل الموجودة على وجوهها. إن إرسال مركبة فضائية آلية للدوران حول الكوكب وتصويره عن قرب، مثل البعثات إلى المريخ والكواكب الأخرى في المجموعة الشمسية، ليس عمليا لأنه هل يوجد أحد هناك؟
المسافات الهائلة حتى إلى أقرب النجوم.
هناك طريقة مختلفة للبحث عن الذكاء تقوم على افتراض أن الكائنات الذكية تصل في مرحلة ما من تطورها إلى استخدام تكنولوجيا الراديو - وقد وصلت الثقافة الإنسانية إلى ذلك منذ حوالي قرن من الزمان. تتسرب بعض موجات الراديو المنقولة على سطح الأرض (خاصة في الأطوال الموجية القصيرة المستخدمة في قنوات FM والبث التلفزيوني وأجهزة الرادار) إلى الفضاء الخارجي ويمكن اكتشافها باستخدام أجهزة استقبال مناسبة حتى على مسافة كبيرة من الأرض.
وبالمثل، فإن الموجات الراديوية الصادرة عن حضارة تكنولوجية على سطح كوكب خارج المجموعة الشمسية يمكن اكتشافها من حيث المبدأ باستخدام التلسكوبات الراديوية الموجودة على الأرض. وتبدو هذه التلسكوبات وكأنها لوحات ضخمة، وهي مخصصة بشكل أساسي للأبحاث الفلكية باستخدام إشارات الراديو الطبيعية، التي تنبعث من النجوم والمجرات والأجرام السماوية الأخرى. ويقع أكبر تلسكوب راديوي اليوم بالقرب من مدينة أريسيبو في بورتوريكو، ويبلغ قطر "طبقه" 300 متر.
من أي مسافة يمكننا أن نتوقع استقبال الإرسالات الذكية، إذا كانت موجودة؟ تتناقص قوة الإرسال الراديوي وفقًا لمربع المسافة، وبالتالي فإن الإرسال الراديوي للأرض (أو الكوكب البعيد) الذي ينتشر في جميع الاتجاهات يضعف كثيرًا عند المسافات التي توجد فيها نجوم أخرى.
يمكن زيادة قوة الإشارة عن طريق إرسال شعاع موجه، إذا كان موقع المستمعين المحتملين معروفًا. ولهذا الغرض، من الممكن عكس اتجاه تشغيل التلسكوب الراديوي، واستخدامه لإرسال (بدلاً من استقبال) شعاع في اتجاه معين.
وحتى مع التكنولوجيا الموجودة اليوم، فإن استخدام الإرسال الموجه يمكن أن يسمح بالاستقبال على مسافات كبيرة جدًا. على سبيل المثال، يمكن لتلسكوب أريسيبو اكتشاف إشارات اتجاهية من حضارة غريبة تبث عبر تلسكوب راديوي مماثل من مسافة تصل إلى 1,000 سنة ضوئية. ومن المفهوم أنه إذا كانت هناك حضارات أكثر تطوراً من حضارتنا، فمن المحتمل أنها تستطيع الإرسال بقوة أعلى بكثير، وبالتالي من الممكن اكتشاف إرسالاتها من مسافات أكبر.

ما هو التردد الذي تبحث عنه؟
عندما نأتي للبحث عن الإشارات الذكية، فإن السؤال الذي يطرح نفسه هو ما هو التردد أو نطاق التردد الذي يجب البحث عنه. اتضح أن الطبيعة نفسها تساعدنا في الإجابة على هذا السؤال. كما نعلم، في الاتصالات بشكل عام، يجب أن تكون الإشارة المرسلة أقوى من ضجيج الخلفية. عند الترددات المنخفضة نسبيًا، فإن احتمال وجود حياة، وربما حتى حضارات، خارج الأرض، كان دائمًا يبهر الخيال البشري. سنحاول في المقالة تقييم احتمالات وجود الحياة والثقافة في عوالم أخرى. المقالة الأولى في السلسلة
(أقل من 1 جيجا هرتز)، تكون الضوضاء الخلفية الطبيعية في مجرتنا عالية. من ناحية أخرى، عند الترددات العالية، فوق حوالي 10 جيجا هرتز، يزداد امتصاص الغلاف الجوي وضوضاء إشعاع الخلفية الكونية. ولذلك، فإن نطاق التردد الأكثر ملاءمة يقع في المنطقة 1-10 جيجا هرتز، كما هو موضح في الرسم البياني.
ويمكن القول أن البحث في هذا النطاق الترددي يشبه البحث عن عملة معدنية تحت المصباح - ولكنه ليس كذلك تمامًا. افتراض ثقافة ذكية متقدمة سيعرف علماؤها "نافذة الترددات"، وإذا بثوا بثاً إذاعياً يهدف إلى التواصل مع الثقافات الأخرى، فسيستخدمون الترددات في المجال الأكثر ملاءمة للاستقبال. حتى أن الطبيعة "حددت" ترددًا معينًا في نطاق التردد في "النافذة".
وتبين أن ذرة الهيدروجين -العنصر الأكثر شيوعا في الكون- تبعث إشعاعات راديوية ذات طول موجي مميز يبلغ 21 سم، أي 1,428 ميجاهرتز. إن الثقافة المتقدمة التي ترغب في الإرسال إلى ثقافات أخرى قد تختار هذا التردد "كتردد متفق عليه" (بالطبع سيكون من الضروري "تصفية" الإشارات الذكية من الإشعاع الذي ينشأ من العمليات الطبيعية، وانظر أدناه).

والسؤال المهم هو كيفية التمييز بين إشارات الراديو الطبيعية وإشارات الذكاء الاصطناعي. اتضح أن هناك عدة معايير لهذا: المحتوى والبنية وعرض النطاق الترددي.
و. تبدو الإشارات الطبيعية وكأنها ضوضاء عشوائية، بينما من المرجح أن تحتوي الإشارات الذكية على محتوى مرتب مثل شفرة مورس.
ب. الإشارات الطبيعية بشكل عام غير منظمة، في حين أن الإشارات الذكية من المرجح أن يكون لها بنية محددة - على سبيل المثال، تعديل التردد، أو الدورية، أو مجموعات منفصلة من الإشارات.
ثالث. تنتشر الإشارات الطبيعية عادة على نطاق واسع من الترددات، في حين أن الإشارات المرسلة بواسطة ثقافة ذكية من المرجح أن تتركز في طول موجي واحد أو في نطاق ضيق من الأطوال الموجية، مثل إرسال محطات الراديو، وذلك لأسباب تتعلق بتوفير الطاقة والنقل القنوات.

لا يوجد شعب أخضر صغير، حتى الآن
ولا تمثل هذه المعايير دائمًا ضمانًا كافيًا بأن الإشارة ليست طبيعية. على سبيل المثال، في عام 1967، تم اكتشاف إشارة راديوية من الفضاء الخارجي تتغير دوريًا، وتكرر نفسها 33 مرة في الثانية بدقة شديدة. أطلق عليه علماء الفلك المتحمسون اسم تعريف LGM - وهو اختصار (باللغة الإنجليزية) لـ "الأشخاص الأخضرون الصغار". وفي وقت قصير، تم اكتشاف مصادر أخرى مماثلة، ولكن تبين أنها ظاهرة فيزيائية - نجوم نيوترونية تدور بسرعة حول محورها وترسل شعاعًا راديويًا قويًا إلى الفضاء - وهي أجسام تسمى الآن النجوم النابضة.
في عام 1960، اقترح عالم فلك شاب يدعى فرانك دريك، الذي كان يعمل في التلسكوب الراديوي في مرصد جرين بانك في فرجينيا، البحث عن إشارات راديوية ذكية من الفضاء - فوجه التلسكوب نحو نجمين قريبين يشبهان الشمس، وكرر الملاحظات لعدة اشهر.
افتتح المشروع المسمى OZMA (اسم العميل من كتاب "ساحر أوز") مجال SETI - البحث عن ذكاء خارج كوكب الأرض (البحث عن ذكاء خارج الأرض). ومنذ ذلك الحين، تم تنفيذ العشرات من المشاريع المماثلة، ولكنها أكثر شمولاً وتطوراً. في السنوات الأخيرة، تم إنشاء مشروع مشترك لملايين أجهزة الكمبيوتر الشخصية لتحليل ملاحظات SETI بحثًا عن إشارة ذكية (مشروع يعرف باسم SETI@home)، ولكن حتى الآن دون نتيجة إيجابية.
إحدى الوسائل الأكثر تقدمًا، والتي يتم بناؤها حاليًا كجزء من مشروع SETI، هي مصفوفة تلسكوب Allen، والتي ستشمل عند اكتمالها 350 هوائيًا راديويًا يبلغ قطر كل منها 6 أمتار، وستكون واحدة من أقوى أجهزة الراديو وأكثرها تطورًا. التلسكوبات في العالم. من بين المهام المخطط لها (بالإضافة إلى الرصدات الفلكية الراديوية العادية) - فحص مليون نجم على مسافة تصل إلى 1,000 سنة ضوئية في نطاق الترددات 1-10 جيجا هرتز، مع حساسية كافية للكشف عن إشارة عند قوة الإرسال تلسكوب أريسيبو.

التواصل بين النجوم
وحتى لو كان هناك الآلاف من ثقافات الاتصال في المجرة في نفس الوقت، فإن هذا لا يضمن أننا سنتمكن من اكتشاف بثها الإذاعي، بسبب المسافات الهائلة. على سبيل المثال، إذا كان هناك ألف حضارة في المجرة، فإن أقرب حضارة تبعد حوالي 3,000 سنة ضوئية، وهو أبعد بكثير من نطاق الكشف إذا لم تكن الإشارة المرسلة موجهة، وحدودًا حتى في حالة وجود إشارة موجهة بتقنية الراديو المشابهة لـ لنا.
إن فرصة الاتصال ثنائي الاتجاه (أي إرسال رسالة وتلقي الرد) أقل من ذلك، حيث يجب أن يؤخذ وقت عبور الرسالة في الاعتبار. في المثال الذي اخترناه، لنفترض أن ثقافة تبعد 3,000 سنة ضوئية أرسلت إشارة موجهة تم استقبالها على الأرض؛ ستصل إجابتنا إلى المرسلين في موعد لا يتجاوز 6,000 عام بعد الإرسال الأصلي. من الممكن أن تنقرض ثقافة الإرسال قبل وصول الجواب... وحتى لو كانت ثقافة الإرسال لا تزال موجودة، فمن المحتمل أن تكون أجهزة إرسال الإشارة الأصلية قد ماتت منذ فترة طويلة، لذلك من الضروري الحفاظ على الاتصال على مدى أجيال عديدة .

مفارقة فيرمي: أين هم الفضائيون؟
ويقال إن عالم الفيزياء الشهير إنريكو فيرمي عبر عن رأيه في إمكانية وجود حضارات خارج كوكب الأرض بسؤال "أين هم جميعا؟" - أين هم جميعا؟ نظرية سميت "مفارقة فيرامي".
وتنبع المفارقة من افتراض أن ثقافة متقدمة ستنتشر عبر المجرة وتسكن كل العوالم الصالحة للحياة، أو على الأقل تزورها مع ترك علامات واضحة. ولو كانت مثل هذه الحضارات موجودة لرأينا ممثليها أو علامات زيارتها على الأرض. وبما أنه لا يوجد دليل علمي على مثل هذه الزيارات، فالخلاصة هي أننا الحضارة الوحيدة في المجرة.
من الممكن بالطبع أننا الحضارة الوحيدة أو شبه الوحيدة في المجرة، على الرغم من العدد الهائل من العوالم التي لديها إمكانية تطور الحياة. قد تكون أسباب ذلك مرتبطة بمعادلة دريك:

1. فرضية الأرض النادرة (الأرض النادرة) – نشأت الحياة على الأرض بسبب مزيج نادر من العوامل الفلكية والجيولوجية، وعلى الرغم من احتمال وجود عدد كبير من الكواكب الحاملة للحياة، إلا أنها في الواقع نادرة للغاية.
2. فرضية الذكاء النادر - حتى لو كان عدد الكواكب التي تطورت عليها الكائنات الحية كبيرًا، إلا في عدد قليل من الكواكب فقط تطورت الحياة إلى مستوى الحضارة التكنولوجية (fc<<<1). وحتى لو كانت هناك بعض الحضارات في المجرة اليوم، فهي تبعد عشرات الآلاف من السنين الضوئية، وهو ما يتجاوز نطاق اكتشاف الكواكب والاتصالات اللاسلكية والرحلات الفضائية. ومع ذلك، فإن العديد من الباحثين غير مقتنعين بأن مفارقة فيرمي هي مفارقة حقيقية، حيث أن حقيقة أننا لم نقم بعد بزيارتنا من قبل حضارات أخرى (قد تكون موجودة في المجرة) يمكن تفسيرها بطرق أخرى.
3. لا تزال الثقافة الإنسانية "غير مرئية" لمعظم أجزاء المجرة - ولم تكتشف الثقافات الأخرى بعد الثقافة التكنولوجية على الأرض، منذ المعلومات عنها، والتي كانت تنتشر بسرعة الضوء منذ البث الإذاعي الأول (على الموجات القصيرة) ) ، لم يصل حتى الآن إلا إلى مسافة أقل من مائة سنة ضوئية من الأرض.
4. فرضية عدم الجاذبية - على الرغم من أن المعلومات حول وجود حياة بيولوجية (ليست ذكية بعد) على الأرض قد انتشرت منذ فترة طويلة إلى جميع أطراف المجرة ووصلت إلى جميع الثقافات القادرة على اختبارها (كما ستتمكن ثقافتنا على الأرجح من ذلك). بضعة عقود باستخدام TPF والتلسكوبات المماثلة)، ومع ذلك، نظرًا لتعدد أنظمة الحياة غير الذكية، لا يوجد شيء غير عادي في وجود النظام على الأرض يبرر الإنفاق الهائل للوسائل والطاقة المستخدمة في الطيران بين الكواكب، ولو كان ذلك ممكنا لحضارة متقدمة. ومن المفهوم أنه لا فائدة من توجيه الإرسالات الراديوية إلى كوكب يفتقر إلى الثقافة التكنولوجية القادرة على استقبالها، وبالتالي لم يتم إرسال أي إشارات راديوية نحو الأرض أيضاً.
5. صعوبات الرحلات الفضائية الطويلة – حتى لو كانت الحضارات المتقدمة مهتمة بزيارة الكواكب التي عليها علامات حياة ما قبل الحضارة (كما تظهر الأرض اليوم للمراقبين من مسافات تزيد على مائة سنة ضوئية)، فمن الممكن أن الصعوبات التي ينطوي عليها ذلك الرحلات الفضائية إلى مسافات بين النجوم أكبر مما نتخيل وبالتالي منعت انتشار الحضارات حسب مفارقة فيرمي.
6. فرضية حديقة الحيوان - وفقًا لهذه الفرضية، اكتشفتنا الحضارات المتقدمة منذ زمن طويل، لكنها تتجنب الكشف عن نفسها حفاظًا على المسار الأصلي لتطور الأرض، كما هو الحال في حديقة الحيوانات الضخمة. نسخة أخرى من هذه الفرضية هي أنه في مفاهيم الثقافات المتقدمة التي تنتظرنا، فإننا لم ننضج بعد للاتصال (العنيف، وغير المستقر، وحتى الخطير)، وهم ينتظرون منا أن نخوض "خيوط البلوغ" قبل ذلك. يكشفون عن أنفسهم لنا.
في الختام، على الرغم من مفارقة فيرمي والبحث غير الناجح (حتى الآن) من قبل SETI، لا يمكننا أن نستبعد احتمال وجود العديد من الكواكب خارج حدود النظام الشمسي التي بها حياة وربما حتى حضارات. بمعنى آخر، نحن لا نعرف ما إذا كانت هناك حياة خارج الأرض، ولكن إذا لم نبحث عنها فبالتأكيد لن نجدها.

الدكتور عمري فاندل هو عالم فيزياء فلكية في معهد راكا للفيزياء في الجامعة العبرية بالقدس. مُنشئ ومحاضر دورة "الفيزياء الفلكية والحياة في الكون"، والتي درسها أكثر من ألف طالب منذ عام 1999. أستاذ زائر في جامعة لوس أنجلوس (UCLA)، حيث قام بتدريس، من بين أمور أخرى، ما ورد أعلاه- بالطبع المذكورة. موضوعاته البحثية الرئيسية هي الثقوب السوداء والكوازارات والمجرات النشطة. ينخرط في أوقات فراغه في الملاحة الرياضية والتصوير الفوتوغرافي ولغة الإسبرانتو. نُشرت أصلاً في مجلة "جاليليو".

إلى الجزء الأول من المقال