Космические послания

Начало см. Бинарные изображения

Кодировать графическую информацию в бинарных сообщениях можно не только в игровых и развлекательных, но и во вполне серьёзных целях. Ниже приведён фрагмент из книги И.С. Шкловского «Вселенная. Жизнь. Разум».

«Пожалуй самым эффективным методом установления контакта между инопланетными цивилизациями является передача изображения. При этом предполагается, что все разумные существа, населяющие разнообразные планеты, должны быть зрячими. Такое предположение выглядит весьма правдоподобно. Ведь у нас на Земле зрением обладает огромное количество видов живых существ, от низших до самых высших. Зрение является мощнейшим способом получения живыми существами информации от внешнего мира, обеспечивающим огромное количество сохраняющих реакций <..>.

Эффективность метода передачи информации посредством изображения была остроумно продемонстрирована Дрэйком на радиоастрономической конференции в Грин Бэнк (США). Допустим, сообщил он, что от некоторой звезды регулярно получаются радиоимпульсы малой длительности, разделённые интервалами, кратными длительности импульса. На первый взгляд, эти интервалы разбросаны беспорядочно. Через определённый промежуток времени та же последовательность импульсов повторяется. Это должно явно указывать на их искусственное происхождение. Если изобразить каждый импульс единицей, а «пустой» промежуток времени, по длительности равный длительности импульса,— нулём, то получится запись, представленная на рис. 104. Дрэйк предложил участникам конференции расшифровать этот сигнал. Самое удивительное то, что очень скоро значительное число участников с этой задачей справилось.

Ход их рассуждения был такой. Всего в записи содержится 1271 знак (единиц и нулей). Число 1271 есть произведение двух простых сомножителей 41*31. Естественно возникает предположение, что сигнал представляет собой кадр телевизионного изображения, в котором 31 строка и 41 элемент в строке (может быть, конечно, наоборот, но от этого изображение повернётся на 90°, что не существенно¹⁾). Так как большинство знаков — нули, изображение контурное. Развернём это изображение по строкам, причём вместо единиц будем ставить чёрные кружки. Тогда получится забавная картинка, представленная на рис.105.

Эта картинка содержит довольно богатую информацию. Прежде всего видно, что разумные существа, населяющие планету, антропоморфны и размножаются таким же способом, как их коллеги по разуму, населяющие Землю. У них есть такая важная общественная ячейка, как семья. Грубая окружность в левом верхнем углу картинки должна изображать их Солнце, а ряд точек, расположенных вдоль левого края изображения сверху вниз,— его планетную семью. Против каждой из таких точек в двоичной системе счисления изображён порядковый номер планеты²⁾. Левая фигура указывает рукой на четвертую (по порядку удаления от их Солнца) планету. Именно на этой планете имеется разумная жизнь.

От третьей сверху планеты горизонтально идёт волнистая линия. Это можно истолковать таким образом: поверхность третьей планеты покрыта жидкостью (вероятно, водой). Под волнистой линией схематически изображено некоторое рыбообразное существо — представитель фауны этой планеты… Следовательно, можно сделать важный вывод: аборигены далекого мира могут совершать межпланетные перелёты. Жизнь на планете основывается на тех же примерно химических процессах, что и у нас на Земле, ибо в верхней части изображения схематически представлены (слева направо) атомы водорода, углерода и кислорода. Изображение содержит также информацию о размерах разумных существ, населяющих этот чужой мир. Справа от фигур находится «метка роста», посредине которой изображено число 11. Значит, рост взрослых особей — 11 единиц некоторого масштаба. Что это за масштаб? Так как передача изображения велась на волне 21 см, естественно считать длину волны межзвёздной радиолинии единицей масштаба. Значит, наши «братья по разуму» заметно выше нас: их рост достигает 231 см… Наконец, над вытянутой рукой правой фигуры изображено число 6. Похоже на то, что эти существа шестипалые, что делает весьма вероятным предположение, что они пользуются двенадцатиричной системой счисления…

Приходится только удивляться, какое большое количество информации мы получили из простого анализа 1271 элемента. Этот пример наглядно иллюстрирует возможности обмена информацией методом передачи изображения.»

1) Автор немного некорректно описал, как точно определить размеры кадра. Если выбрать размер 31×41, то изображение отнюдь не повернётся на 90°, а получится аналогичная исходному изображению «каша». То, что картинка не «вертикальная» 31×41, а «горизонтальная» 41×31 говорят точки в углах изображения. «Братья по разуму» сделали нам подсказку: расстояние от первого импульса до второго как раз и кодирует длину строки кадра.
2) В двоичной системе каждое число представляется суммой степеней 2: n = a₀*2⁰ + a₁*2¹ + a₂*2² + …, где a_i принимают значения либо 1, либо 0. В первом случае ставится точка, во втором делается пропуск. Например, число 11 можно представить как 1*2⁰ + 1*2¹ + 0*2² + 1*2³ или •• •. На рис. 105 слева от изображения каждого числа дополнительно ставится ещё точка, своеобразная «база», чтобы было понятно, где находится самый младший бит или начало числа.

Упомянутый Шкловским в книге «Вселенная. Жизнь. Разум» американский астроном Фрэнк Дональд Дрейк ещё в молодости, прослушав курс лекций прославленного астронома Отто Струве о формировании планетных систем, на всю жизнь загорелся интересом к вопросам внеземной жизни и цивилизаций.

Размышляя о факторах, необходимых для оценки вероятности существования где-либо во Вселенной разумной жизни, Дрейк ещё в 1960 году вывел «уравнение Дрейка» — формулу, предназначенную для определения числа внеземных цивилизаций в Галактике, с которыми у человечества есть шанс вступить в контакт. Дрейк первым в мире начал поиски сигналов других цивилизаций (проект «Озма»), первым в мире совместно с Карлом Саганом создал послание для внеземных цивилизаций (пластинки «Пионера»).

Упомянутый выше вариант «космического послания» размером 1271=41×31, предложенный Дрейком на радиоастрономической конференции в Грин Бэнк (США) был его первой попыткой придумать универсальное сообщение, которое могли бы понять наши потенциальные братья по разуму. На той конференции он всего лишь протестировал на её участниках общий подход к составлению таких посланий.

Совместно с Карлом Саганом и другими коллегами Дрейку удалось, использовав предыдущие совместные наработки, создать и отправить в космос межзвёздное радиопослание, ставшее известным как "послание Аресибо".

00000010101010000000000001010000010100000001001000100010001001011001010101010101010100100100000000000000000000000000000000000001100000000000000000001101000000000000000000011010000000000000000001010100000000000000000011111000000000000000000000000000000001100001110001100001100010000000000000110010000110100011000110000110101111101111101111101111100000000000000000000000000100000000000000000100000000000000000000000000001000000000000000001111110000000000000111110000000000000000000000011000011000011100011000100000001000000000100001101000011000111001101011111011111011111011111000000000000000000000000001000000110000000001000000000001100000000000000010000011000000000011111100000110000001111100000000001100000000000001000000001000000001000001000000110000000100000001100001100000010000000000110001000011000000000000000110011000000000000011000100001100000000011000011000000100000001000000100000000100000100000001100000000100010000000011000000001000100000000010000000100000100000001000000010000000100000000000011000000000110000000011000000000100011101011000000000001000000010000000000000010000011111000000000000100001011101001011011000000100111001001111111011100001110000011011100000000010100000111011001000000101000001111110010000001010000011000000100000110110000000000000000000000000000000000011100000100000000000000111010100010101010101001110000000001010101000000000000000010100000000000000111110000000000000000111111111000000000000111000000011100000000011000000000001100000001101000000000101100000110011000000011001100001000101000001010001000010001001000100100010000000010001010001000000000000100001000010000000000001000000000100000000000000100101000000000001111001111101001111000

Его длина — 1679 двоичных цифр. Число 1679 было выбрано потому, что оно является полупростым (произведением двух простых чисел) и может быть расположено в виде прямоугольника из 73 строк и 23 столбцов. Есть всего два варианта такого прямоугольника - вертикальный и горизонтальный. При горизонтальном расположении (23 строки на 73 столбца) получается непонятная неупорядоченная картинка, похожая на цифровой шум. А вот при вертикальном расположении наблюдается определённая упорядоченность. Предполагалось, что у инопланетян хватит мозгов выбрать правильный вариант из двух :)

Первая часть, выделенная белым, — последовательные числа от единицы до десяти в двоичной системе счисления, запись которых расположена вертикально. Белый квадрат кодирует 1, чёрный — 0. Каждое число отделено промежутком от соседнего. Нижний белый квадрат является маркером младших разрядов и в число не входит.

Числа от 1 до 7 представлены тройками квадратов, где каждая тройка занимает один столбец. Числа от 8 до 10 не помещаются в одну тройку (один столбец), потому что в двоичной системе они имеют 4 разряда; в этом случае старшие разряды смещаются вправо. Чтобы восстановить число, надо выстроить всё в одну цепочку – сначала младшие «помеченные» разряды, затем спереди к ним приписывать разряды, которые старше (правее).

Эта часть является «ключом» к прочтению чисел в остальных частях послания.

Вторая часть, выделенная фиолетовым, — необходимое руководство для чтения третьей части.

Это таблица 5×5, столбцы которой, если «читать» их способом, описанным выше, дают последовательность чисел 1,6,7,8,15 — атомные номера соответственно водорода, углерода, азота, кислорода и фосфора (H,C,N,O,P). Все эти химические элементы являются важнейшими в биохимии (элементы-органогены) — из них построена ДНК. В отличие от предыдущей части, на каждую цифру отводится только один четырёхбитный столбик с маркером младшего разряда снизу.

Вообще странное решение. Авторы сообщения сначала обучают делать «переносы» старших разрядов, и сразу же начинают кодировать числа в один столбик без переносов.

Наибольшая третья часть сообщения, выделенная зелёным, описывает строительные блоки ДНК. Дезоксирибозы и фосфаты по сторонам образуют «каркас» ДНК, внутри которого находятся две пары азотистых оснований: аденин — тимин и гуанин — цитозин.

Состав каждой из компонент нуклеотидов описывается указанием количества химических элементов, оговорённых во второй части послания. Все указанные составные нуклеотидов ДНК находятся в связанном состоянии, поэтому их молекулярные формулы отличаются от таковых в свободном состоянии. Так, к примеру, связанные азотистые основания содержат на один атом водорода меньше, чем в свободном состоянии.

Получается, в первой части познакомили с числами, во второй – с атомами через их атомную массу, а в третьей части получателю сообщили, как из атомов собирается ДНК – основа нашей жизни.

В четвёртой части сообщения опоясывающая центр синяя двойная спираль показывает форму человеческой ДНК.

Вертикальный белый прямоугольник, расположенный внутри спирали — это число 4 294 441 822 (в двоичной системе): 11111111111101111111101101011110. Вот здесь как раз и было применено правило «переноса», с которым знакомили в самой первой части, число собирается в одно длинное из двух столбцов. Это число должно было означать приблизительное количество пар нуклеотидов (пар оснований) в геноме человека. На самом деле учёные позже установили, что количество пар нуклеотидов в ДНК на четверть меньше и составляет примерно 3,1⋅10⁹. В этом был прокол авторов сообщения, они немного дезинформировали наших братьев по разуму. Ну и пусть.

Если в предыдущих частях послания сообщались биохимические сведения, то пятая, состоящая из трёх подчастей, даёт общую информацию об анатомии и человечестве.

Бело-синий объект слева показывает рост человека. Белая часть – это число, расположенное теперь не вертикально, как все числа ранее, а горизонтально. Самый левый квадратик – это «база» младшего бита. Получается ·0111, в стандартном двоичном представлении — 1110, в десятичном — 14. Вертикальная синяя часть указывает на то, что речь идёт о высоте. Сама высота должна рассчитываться как 14, умноженное на некую единицу масштаба. А вот под этой единицей масштаба должна пониматься длина радиоволны, на которой шло послание (12,6 см). Это даёт 176,4 см — приблизительный рост человека.

В центре красный объект изображает грубый эскиз (очертания, форму) человека. ДНК как бы входит в голову человека, указывая на связь ДНК с изображенным существом (человеком). Справа от человечка снова какое-то число, опять расположенное горизонтально и с переносами. В стандартном двоичном представлении это 11111111110111111011111111110110, а в десятичном — число 4 292 853 750, которое равнялось населению Земли на момент отправки сообщения в 1974 году.

В общем-то, это тоже довольно спорная информация, особенно если учесть, что это число было почти такое же, как и число пар нуклеотидов. Эти большие числа лишь сбивают с толку.

Шестая, выделенная жёлтым, часть послания описывает Солнечную систему (само Солнце и девять планет, включая Плутон, который рассматривался как планета в момент отсылки сообщения), а также указывает планету — источник сообщения.

Величина объектов показывает приблизительное соотношение размеров небесных тел. Солнце изображено квадратом 3×3, что даёт относительную величину 9. Пятая и шестая планеты, Юпитер и Сатурн, имеют размер 3, Уран и Нептун — 2, остальные по 1. (Не очень понятная шкала, учитывая, что у Солнца-Земли-Юпитера соотношение размеров 109-1-11, а не 9-1-3. Ну да это не сильно принципиально.)

Положение Земли, источника сообщения и родной планеты человека, выделено сдвигом вверх, в направлении к фигурке человека из предыдущей части послания.

Если уж передавать структуру Солнечной системы, то надо было бы и поясы астероидов и Койпера, а также облако Оорта пририсовать как-нибудь. И с Плутоном тоже промах получился. Хотя, конечно, идея схематически изобразить нашу звёздную систему великолепна.

Седьмая, последняя, и самая сомнительная часть послания содержит информацию о передатчике обсерватории Аресибо. Эскиз обсерватории выделен фиолетовым цветом, его ось находится точно под изображением Земли из шестой части.

Ниже идёт число (белая часть) – информация о диаметре телескопа: в стандартном двоичном представлении — 100101111110, в десятичном — 2430. Синяя часть — указание на то, что это информация о ширине. Сама ширина рассчитывается как 2430, умноженное на длину волны послания – 12,6см, что даёт 306,18м — приблизительное значение диаметра антенны радиотелескопа Аресибо (в реальности равное 304,8м).

Типа во какая у нас крутая антенна. Зачем инопланетянам знать диаметр какого-то железного блюдца – непонятно. И поймут ли они в принципе, что это вообще такое изображено?

Со времени отправки сообщения было проведено много дискуссий о возможности его обработки. Некоторые критики считают, что послание непонятно, требует многих математических трюков для расшифровки. Особенно запутывают числа. Вначале они вертикальные и с переносом, затем без переноса, затем опять с переносом, но при этом то вертикальные, то лежащие слева-направо, то справа-налево. Такая непоследовательность говорит о некой шизофрении отправителей :)

А ещё говорят, что если бы такое сообщение прибыло на Землю в 1800 году, оно не было бы понятно (хотя оно и не могло быть принято). Есть ещё один тонкий момент. Получатель должен быть в состоянии понять простые числа как стороны прямоугольника. Вероятность успешной расшифровки значительно снижается, если наиболее привычной формой для получателя является не прямоугольник, а, например, распространённая у насекомых форма сот. Условием для расшифровки также является владение принимающей цивилизацией нашими знаниями в арифметике, позиционном исчислении и геометрии. А если это будет биоцивилизация слепых бесформенных моллюсков, ощущающих радиоволны кожей? Сообщение они, допустим, примут, а вот преобразить колебания в картинку и тем более понять, что на ней изображено, может быть крайне затруднительно.

«Ответ Аресибо» — так назвали рисунок на поле, который появился на сельскохозяйственных угодьях рядом с радиотелескопом Чилболтон в Хэмпшире в Великобритании 19 августа 2001 года. Его ширина составляла 75 футов, а длина — 120 футов.

«Хэмпширский узор», или «Чилболтонский код», или «ответ Аресибо», представлял рисунок на поле (так называемые, «круги на полях»), появившийся в 2001 году возле радиотелескопа Чилболтон в Хэмпшире, Великобритания, который повторял визуальное представление и большую часть информации из исходного сообщения Аресибо с некоторыми существенными отличиями, включая местоположение / происхождение, конфигурацию ДНК и внешний вид.

Институт SETI Online опроверг идею о том, что это был настоящий внеземной ответ, заявив: «Это крайне маловероятно. Нет никаких доказательств внеземного происхождения этих изображений». «Ответ» почти полностью повторял послание Аресибо с той же сеткой 23×73. Большая часть химических данных осталась прежней, за исключением того, что в раздел, посвящённый важным химическим элементам, был добавлен кремний, а схема ДНК была переписана. Внизу пиктограмма человека заменена на фигуру с большой выпуклой головой. Также изображена Солнечная система с 9 планетами, при этом особое внимание уделяется 3-й, 4-й и 5-й планетам системы. Телескоп Аресибо был заменён копией рисунка, который появился на этом же поле на том же месте годом ранее. Также немного изменилось внизу двоичное представление диаметра передатчика.