Иосиф Шкловский - Вселенная, жизнь, разум

Кроме исключительно высокой направленности, другим важным преимуществом пучка излучения, генерируемого лазером, является высокая монохроматичность. Так, например, у современных лазеров, работающих в непрерывном режиме, ширина полосы частот бывает до 10 кГц, что в десятки миллиардов раз меньше частоты излучения. Как мы увидим ниже, высокая степень монохроматичности пучка — весьма ценное качество для межзвездной связи.

В настоящее время усовершенствованию лазеров уделяется огромное внимание. Так, в США над этой проблемой работают тысячи фирм. Расходы на исследования в данной области достигают многих сотен миллионов долларов в год. Интерес к этой проблематике не случаен. Осуществление лазеров большой мощности будет означать появление нового типа оружия совершенно исключительной разрушающей способности. По существу, это будет знаменитый «тепловой луч» уэллсовских марсиан или, еще точнее, «гиперболоид инженера Гарина», созданный лет 60 назад фантазией Алексея Толстого. Лазеры большой мощности, вероятно, можно будет использовать как эффективное противоракетное оружие.

Нужно, однако, надеяться, что колоссальные потенциальные возможности лазеров будут использоваться только в мирных целях. Развитие этой новой техники может оказать решающее влияние на ряд областей деятельности человечества, в частности на космическую связь.

Первыми, кто обратил серьезное внимание на возможность применения лазеров для космической связи, были американские ученые Таунс (один из основоположников квантовой электроники, лауреат Нобелевской премии) и Шварц. Их работа появилась в одном из апрельских номеров журнала «Нейчур» за 1961 г. В качестве основной аппаратуры они рассматривают две системы лазеров, которые пока еще не разработаны, но в принципе могут быть изготовлены в ближайшие годы.

Система «а» характеризуется мощностью 10 кВт в непрерывном режиме излучения, имеет длину волны света около 0,5 мкм, ширину полосы частот в пучке около 1 МГц, диаметр большого дополнительного зеркала 500 см и соответствующий этому зеркалу угол раствора пучка φ = 10-7 рад или 0,02".

Система «б» представляет собой «батарею» из 25 таких же лазеров, как и в системе «а», но для каждого из них A = 10 см, и, следовательно, угол раствора пучка равен l". С такой точностью вся батарея лазеров может быть ориентирована в одном направлении.

Следует заметить, что если система «а» будет установлена на поверхности Земли, то из-за неспокойствия атмосферы угол раствора пучка будет значительно больше теоретически ожидаемого, достигая l" или даже больше. Поэтому такую систему целесообразно поместить на искусственном спутнике за пределами атмосферы. Что касается системы «б», то она может работать с поверхности планеты без существенных искажений.

Таунс и Шварц формулируют два естественных условия обнаружимости сигналов, посланных с других миров с помощью лазеров.

Первое условие: пучок должен быть достаточно интенсивным, чтобы быть обнаруженным с помощью подходящего телескопа.

Второе условие: необходимо, чтобы каким-либо способом можно было отделить сигнал от излучения звезды. В радиодиапазоне второе условие выполняется почти автоматически, но в оптическом отделение сигнала от излучения звезды, как мы увидим ниже, — довольно сложная проблема.

Предположим, что сигнал посылается системой «а», вынесенной за пределы атмосферы планеты. Пусть расстояние R от планеты до Земли 10 световых лет, или 1019 см. Тогда поток излучения у Земли будет

где W = 10 кВт — мощность передатчика, Ω = 10–14 — телесный угол пучка. Следовательно, F = 10–20 Вт/см2, в то время как поток от Солнца равен 0,14 Вт/см2. Зная отношение потоков излучения лазера и Солнца, легко можно вычислить звездную величину лазера, наблюдаемого с Земли. Для этого воспользуемся известной формулой астрономии, которая представляет собой определение понятия «звездная величина»:

Видимая звездная величина Солнца m 2 = -26,8, откуда звездная величина лазера m 1 = +21,2. Это означает, что с расстояния 10 световых лет такой лазер будет наблюдаться как одна из самых слабых звезд, едва доступная для больших телескопов. Поэтому для обеспечения надежной связи мощность передатчика должна быть повышена в несколько десятков раз по сравнению с принятой Таунсом и Шварцем.

Что касается системы «б», то поток от нее получается в 100 раз меньшим, чем от системы «а». Поэтому, вопреки утверждению Таунса и Шварца, для межзвездной связи она непригодна.