Шкала Кардашёва
Классификация цивилизаций по энергетическому масштабу, предложенная для исследования межзвёздной связи.
- Регион
- Земля и наблюдаемая Вселенная
- Область
- Радиоастрономия, поиск внеземных технологий, история энергетики
- Разновидность
- Научная классификация
- Ключевые публикации
- Н. С. Кардашёв, 1964; К. Саган, 1973; исследования радиоизлучения и инфракрасных признаков технологий.
- Формулировка
- Какая мощность доступна технической цивилизации и какие наблюдаемые следы может оставлять её деятельность?
Шкала Кардашёва — предложенная астрономом Николаем Кардашёвым классификация цивилизаций по масштабу используемой энергии. Она появилась в 1964 году в исследовании межзвёздной радиосвязи: какие передатчики могли бы сделать другую цивилизацию заметной на огромном расстоянии? За тремя обозначениями — I, II и III тип — стояли три знакомых астроному масштаба: земное человечество, звезда и галактика.[1]
Позднее к этой классификации добавились десятичные значения и новые способы расчёта. Поэтому за выражением «уровень по Кардашёву» могут скрываться несколько отличающихся определений. Чтобы разобраться в них, нужно вернуться к исходному вопросу. Как измерить технические возможности общества, о котором неизвестны ни язык, ни устройство государства, ни история? Что вообще можно узнать о нём, если единственное свидетельство его существования — свет или радиосигнал, дошедший до телескопа?[2]
Почему астрономы заговорили о цивилизациях
Радиосвязь вместо воображаемой встречи
В 1959 году физики Джузеппе Коккони и Филип Моррисон опубликовали в журнале Nature статью о поиске межзвёздных сообщений. Их интересовал вполне конкретный опыт: направить радиотелескоп на близкую звезду и искать сигнал в узкой полосе частот. Особое место они отвели линии нейтрального водорода с длиной волны около 21 сантиметра. Водород распространён во Вселенной, а его излучение известно любому обществу, освоившему радиоастрономию. Так природная особенность вещества могла бы стать общей отправной точкой для незнакомых друг с другом наблюдателей.[3]
Замысел напоминал поиск радиостанции без знания её частоты и расписания. У приёмника есть собственный шум, небо тоже создаёт радиофон, а сигнал с расстоянием ослабевает. Требовалось выбрать область, где сообщение хотя бы физически могло выделиться на этом фоне. В статье рассматривались частоты, чувствительность приёмников и направленность передачи. Возможное существование разумной жизни превращалось в задачу наблюдения с определёнными условиями успеха.[3]
8 апреля 1960 года Фрэнк Дрейк начал проект «Озма» в американской обсерватории Грин-Бэнк. Радиотелескоп направляли на две близкие звезды, Тау Кита и Эпсилон Эридана. По воспоминаниям Дрейка, в первый день поиска при наблюдении второй звезды появился сильный импульсный сигнал. При смене направления он исчез. Это выглядело многообещающе, но дальнейшая проверка показала земное происхождение помехи. Для различения сигнала с неба и помех понадобилось сопоставлять приём по разным направлениям.[4]
В этом эпизоде уже присутствовала вся дальнейшая трудность поиска: зарегистрировать необычное излучение, проверить аппаратуру, установить источник и объяснить его природу. Волнение наблюдателей было реальным, однако ответ зависел от повторяемого опыта. Дрейк вспоминал и длинные полосы записей, на которых оставался один шум. Даже близкая звезда требует от исследователя терпения: предполагаемый передатчик должен работать именно тогда, когда телескоп слушает, и на тех частотах, которые он принимает.[4]
Задача Кардашёва
Кардашёв рассмотрел другой масштаб связи. Он исследовал передачу информации на расстояния, сравнимые с размерами Галактики и превосходящие их. Когда адрес получателя неизвестен, естественно рассмотреть излучение во все стороны. Однако за такую универсальность приходится платить: энергия расходится по всё большей поверхности. Передача, достаточно яркая для далёкого слушателя, может потребовать колоссальной мощности.[1]
Отсюда возник вопрос об энергетических возможностях отправителя. Небольшой передатчик и источник, располагающий энергией звезды, создают разные условия для наблюдения. В статье «Передача информации внеземными цивилизациями» Кардашёв предложил разделить технически развитые цивилизации на три типа. Само название работы объясняет происхождение шкалы: её исходной областью была радиосвязь между звёздами, а исходной величиной — доступная мощность.[1]
Так появился способ сравнения, почти не требующий сведений о внутренней жизни общества. Для историка важны земледелие, города, письменность, право и разделение труда. Для удалённого радионаблюдателя первым вопросом становится другое: сколько энергии источник способен передавать и какая её часть достигает телескопа? Шкала выросла из этой разницы в положении наблюдателя.[2]
Три типа в работе 1964 года
На странице 219 английского перевода статьи Кардашёв описал первый тип как уровень, близкий к тогдашнему земному. Для второго он взял энергию, излучаемую собственной звездой, для третьего — энергию в масштабе галактики. Эти определения сопровождались приблизительными числами. Они задавали порядки величин, с которыми можно было рассчитывать дальность связи.[1]
| Тип | Определение в статье 1964 года | Приблизительная мощность в ваттах |
|---|---|---|
| I | Технический уровень, близкий к достигнутому тогда на Земле | |
| II | Использование энергии, излучаемой собственной звездой | |
| III | Энергетические возможности в масштабе своей галактики |
В оригинале значения записаны в эргах в секунду — единицах, широко употреблявшихся в физике. Перевод в ватты меняет запись, сохраняя физическую величину. Один ватт равен одному джоулю в секунду, а один эрг составляет одну десятимиллионную джоуля. Поэтому исходные 4 × 10¹⁹ эрг в секунду для первого типа соответствуют четырём триллионам ватт, или четырём тераваттам.[5][1]
Для сопоставления второго типа с реальной звездой удобно взять Солнце. Международный астрономический союз в 2015 году установил номинальную солнечную светимость 3,828 × 10²⁶ ватт — стандартное значение для пересчёта астрономических величин. Приблизительные четыре на десять в двадцать шестой степени из статьи Кардашёва близки к этому масштабу. Речь идёт обо всём излучении Солнца, расходящемся в пространство.[6]
Земля перехватывает лишь небольшую часть солнечного света. Она удалена от Солнца и занимает крошечный участок поверхности воображаемой сферы, по которой распределяется его излучение. Поэтому солнечная электростанция на Земле и хозяйство, использующее мощность целой звезды, относятся к совершенно разным энергетическим масштабам. Источник энергии у них может быть один, но доступная доля этого источника различается на многие порядки.[6]
Третий тип расширял сравнение до галактики, содержащей огромное множество звёзд. При этом галактики различаются размерами, составом и светимостью. Название типа обозначает астрономический масштаб; точная мощность конкретной галактики требует отдельного измерения. Для расчётов самого Кардашёва было достаточно приблизительного ориентира.[2]
Первый тип в исходной таблице близок к человечеству 1964 года. Позднейшая десятичная версия передвинула эту отметку к гораздо большей мощности. Так возникли два разных ответа на вопрос о земном «первом типе»: они относятся к разным определениям.[7]
От трёх категорий к десятичной шкале
Предложение Карла Сагана
Между энергией земного хозяйства и энергией звезды лежит огромный промежуток. Три римские цифры почти ничего не сообщают о различиях внутри него. Карл Саган в книге «Космическая связь» 1973 года предложил более дробное описание: десятичные значения, при которых увеличение мощности в десять раз повышает индекс на одну десятую.[8]
Предложение Сагана начинается так: «Я предложил бы тип 1,0 как цивилизацию, использующую 10¹⁶ ватт для межзвёздной связи» (перевод с английского). Следующие примеры — тип 1,1 при 10¹⁷ ватт и тип 1,2 при 10¹⁸. Тогдашнее человечество он относил примерно к типу 0,7. В той же главе Саган обсуждал другой показатель — количество накопленной информации. Уже в этой работе энергия была одним из возможных измерений технической цивилизации.[8]
Из такого предложения получается равномерная логарифмическая шкала. Слово «логарифмическая» означает здесь простую вещь: одинаковым шагам на линейке соответствуют одинаковые множители мощности. Например, путь от миллиона до десяти миллионов ватт занимает тот же шаг, что путь от миллиарда до десяти миллиардов. Линейка показывает, во сколько раз изменился масштаб.[7]
Роберт Грей в статье 2020 года подробно сопоставил исходную классификацию и её позднейшие варианты. Он обратил внимание и на распространённую библиографическую ошибку: формулу десятичного индекса нередко приписывают непосредственно книге Сагана, хотя в книге приведены словесное предложение и численные примеры. Уравнение служит математической записью этого принципа; его собственную историю Грей рассматривает отдельно.[7]
Как устроен расчёт
Для распространённой десятичной версии индекс выражается следующим образом:
Здесь P — мощность, а K — её положение на шкале. Деление на один ватт в записи означает, что в расчёт подставляют численное значение мощности в ваттах. При 10¹⁶ ватт получается 1,0, при 10²⁶ — 2,0, при 10³⁶ — 3,0. Эти три круглые точки удобны для сравнения планетных, звёздных и галактических порядков величин.[7]
Шаг на одну десятую соответствует десятикратному изменению мощности. Шаг на целую единицу — десяти таким увеличениям подряд, то есть множителю десять миллиардов. Поэтому разница между 0,7 и 1,0 гораздо больше, чем подсказывает привычка читать десятичные дроби: три десятых означают три последовательных умножения на десять, или приблизительно тысячу раз.[7]
У шкалы нет содержательного нуля, подобного отсутствию энергии. Её нулевая отметка в этой записи соответствует одному миллиону ватт. При меньшей положительной мощности формула даст отрицательное число. Это свойство выбранной линейки: положение нуля определяется условным началом отсчёта. Само потребление энергии при этом остаётся положительной физической величиной.[7]
Обратная запись позволяет по индексу восстановить мощность:
Обе записи описывают одну зависимость. Их полезный результат — возможность сравнить энергетические величины, различающиеся в миллионы и миллиарды раз, на одном рисунке. Но всякий раз нужно знать, какое определение выбрано: первоначальные категории Кардашёва или позднейшая десятичная версия.[2]
Почему в таблицах встречаются разные числа
| Обозначение | Статья Кардашёва, 1964 | Десятичная версия по принципу Сагана | Что изменилось |
|---|---|---|---|
| Первый тип | Около | для K = 1,0 | Граница стала примерно в 2500 раз выше первоначального земного ориентира |
| Второй тип | Около | для K = 2,0 | Сохранён звёздный порядок величины, выбрана круглая степень десяти |
| Третий тип | Около | для K = 3,0 | Установлен равный интервал между целыми отметками |
Эта разница объясняет кажущееся противоречие популярных пересказов. В одном говорится, что человечество ещё не достигло первого типа. В другом первый тип назван уровнем Земли уже в 1964 году. Обе фразы отсылают к опубликованным определениям, но к разным. Для содержательного сравнения надёжнее сразу назвать мощность и используемую версию шкалы.[7]
Где находится земное человечество
От годового потребления к мощности
Статистика хозяйства обычно сообщает, сколько энергии израсходовано за год. Мощность показывает, с какой средней скоростью она расходовалась. Разница похожа на различие между объёмом воды, прошедшей через трубу за сутки, и расходом воды в каждую секунду. Для перехода от первого числа ко второму годовую энергию делят на продолжительность года.[5]
В выпуске Statistical Review of World Energy 2024 года Energy Institute приводит мировое потребление первичной энергии за 2023 год: около 620 эксаджоулей. Это совокупный показатель энергетического хозяйства. Солнечную, ветровую и другую неископаемую генерацию сводка тоже выражает через топливный эквивалент: сколько топлива потребовалось бы обычной тепловой станции для такой выработки. Электричество составляет только часть хозяйства: транспорт, отопление и промышленность используют также топливо напрямую.[9]
В одном эксаджоуле — миллиард миллиардов джоулей. В 2023 году было 365 суток, по 86 400 секунд в каждых. Средняя мощность, соответствующая округлённому годовому показателю, составляет:
Получается около 19,7 тераватта, или примерно 0,73 в десятичной версии шкалы. Число описывает мировое потребление первичной энергии за 2023 год по методике Energy Institute. Оно служит датированным ориентиром энергетического масштаба человечества.[9][7]
Новые данные и смена методики подсчёта
В обзоре Energy Institute 2026 года уже приведены данные за 2025 год. Совокупное предложение энергии, обозначаемое TES, превысило 600 эксаджоулей и выросло на 1,7 % относительно предыдущего года. Если взять округлённый масштаб 600 эксаджоулей за 365 суток, получится около 19 тераватт и индекс 0,728, или 0,73 при округлении до сотых. Это расчёт по энергетической статистике; отдельного наблюдательного измерения «уровня цивилизации» за ним нет.[10]
Полученная по годовому расходу величина описывает среднее фактическое использование энергии. Её следует отличать от предельной мощности оборудования или доступного энергетического резерва. Например, установка мощностью один гигаватт, работающая половину времени с полной нагрузкой и выключенная в остальное время, даёт за весь период среднюю мощность половину гигаватта. При сравнении обществ нужно уточнять, взят ли реальный расход энергии или техническая возможность её использовать.[5][7]
Сопоставлять это число с приведёнными выше 620 эксаджоулями как свидетельство падения потребления нельзя. В 2025 году Energy Institute сменил методику: вместо прежнего топливного эквивалента первичной энергии стал применять метод физического содержания энергии. Для ветра, солнечных батарей и гидроэнергетики он учитывает произведённое электричество без добавления условных потерь тепловой электростанции. Поэтому для исследования динамики нужен исторический ряд, пересчитанный по одинаковым правилам.[11]
Эта смена особенно существенна при росте электрификации. Более эффективное устройство может обеспечивать ту же работу при меньшем расходе исходной энергии. Если меняются и машины, и способ статистического учёта, одна разность между двумя индексами смешивает несколько процессов. Дата данных, определение показателя и методика пересчёта должны сопровождать земную оценку по шкале.[11][12]
Сколько отделяет 0,73 от 1,0
Число 0,73 легко прочитать как долю от единицы. Но на логарифмической линейке расстояние устроено иначе. Чтобы перейти от примерно двадцати триллионов ватт к десяти квадриллионам — отметке 1,0, — мощность должна увеличиться приблизительно в пятьсот раз. Две цифры после запятой здесь сообщают положение на шкале степеней десяти.[7]
При сопоставлении с исходным первым типом 1964 года получается иная картина: около двадцати тераватт примерно в пять раз больше четырёх тераватт первоначального ориентира. Это сопоставление масштабов, а не точный расчёт роста за весь период: исторические и современные энергетические сводки составлялись по различающимся правилам. Зато причина расхождения между обозначениями видна сразу — изменилась сама граница первого типа.[1][9]
В энергетическом счёте важно также, что именно суммируется. Первичная энергия топлива ещё не равна полезной работе машины. На электростанции часть энергии уходит с теплом, в двигателе часть рассеивается, при передаче электричества возникают потери. Если сравнить расход топлива одного хозяйства с полезной работой другого, численное различие будет зависеть и от эффективности преобразования.[12]
Руководитель Energy Institute Ник Уэйт в разборе статистики 2024 года отдельно подчёркивал эту разницу между первичной энергией и тем, что в конечном счёте обеспечивает свет, тепло и движение. Поэтому энергетический рост и улучшение жизни связаны через устройства, инфраструктуру и организацию потребления. Количество исходного топлива — только начало этой цепочки.[12]
Планета, солнечный свет и отметка 1,0
Распространённое определение первого типа через «всю энергию планеты» звучит наглядно, но объединяет разные величины. Можно говорить о солнечном потоке, приходящем к Земле, о поглощённой части этого потока, о тепле недр, о запасах топлива или о мощности, которой реально распоряжается общество. Для расчёта каждой из этих величин нужен свой вопрос.[2]
Номинальный солнечный поток на расстоянии Земли составляет 1361 ватт на квадратный метр поверхности, обращённой перпендикулярно лучам. Если умножить его на площадь диска Земли, получится около 1,74 × 10¹⁷ ватт. Используется именно площадь диска: она описывает тень, которую планета отбрасывала бы на плоскость поперёк солнечных лучей. Умножение на всю площадь поверхности шара посчитало бы один и тот же приходящий свет несколько раз.[6]
Этот входящий поток примерно в семнадцать раз выше условных 10¹⁶ ватт десятичного первого типа. Часть света отражается, часть поглощается; солнечная установка превращает в полезную энергию только долю полученного излучения. Итак, отметка 1,0 и полный солнечный поток у Земли — разные числа. Их близость в астрономическом масштабе удобна для образа планетной энергетики, но физическое содержание каждого числа остаётся своим.[6][7]
Земная история: что стоит за ростом мощности
От поля и водяного колеса к ископаемому топливу
Энергия присутствовала в человеческом хозяйстве задолго до электрических сетей. Пища обеспечивала работу человека и тягловых животных, древесина давала тепло, ветер двигал паруса, течение вращало мельницы. Историк Эдвард Ригли описывал раннее хозяйство как зависевшее прежде всего от текущего поступления солнечной энергии: урожай, лес и корм для животных возобновлялись в пределах доступных земель.[13]
Для такого хозяйства расширение производства часто означало расширение площади, с которой собирают пищу, топливо и сырьё. Поле, пастбище и лес конкурировали за землю. Уголь изменил это соотношение: общество получило доступ к запасам энергии, накопленным растительностью в геологическом прошлом. Добыча из недр позволила увеличивать расход энергии без равного увеличения площади лесов, которые пришлось бы вырубать на топливо.[13]
Однако между наличием угля и промышленным переворотом лежит целая система хозяйственных связей. В исследованиях британской индустриализации Роберт Аллен связывает распространение трудосберегающих технологий с сочетанием относительно дорогого труда, дешёвой энергии и экономической выгоды новых машин. Изобретение должно было окупаться в конкретных условиях. Одинаковый механизм мог быть прибыльным в одном месте и слишком дорогим в другом.[14]
Так проявляется различие между энергетической характеристикой и объяснением развития. Шкала способна показать, что мощность выросла. История техники выясняет, какие машины обеспечили рост, кто их изготовил, как была устроена добыча топлива, почему предприятия внедряли новшества. Именно эти связи превращают физический ресурс в работающую промышленность.[14]
Энергия, знания и численность людей
В 1943 году антрополог Лесли Уайт предложил рассматривать развитие культуры через энергию, используемую на человека, и эффективность технических средств. В его подходе рост возможностей зависел от двух сторон: расширения энергетической базы и улучшения способов её применения. Это объясняет, почему одна и та же мощность может давать разный хозяйственный результат.[15]
В шкале Кардашёва используется общий энергетический масштаб. Он может увеличиться потому, что людей стало больше, потому, что каждый из них использует больше энергии, или вследствие обоих изменений. Показатель на человека отвечает уже на другой вопрос. А качество механизмов, распределение ресурсов, здоровье и образование требуют ещё других данных. Одно число удобно именно потому, что оно оставляет эти различия за пределами собственного определения.[15][7]
Майкл Кремер в работе 1993 года исследовал взаимное усиление населения и технологий. В модели большее население означает больше потенциальных создателей новых решений; улучшение технологий расширяет возможности прокормить население. Но для такой связи существенны обмен знаниями и возможность применять изобретения. Размер группы сам по себе ещё не описывает устройство её хозяйства.[16]
Крист Ваэсен и соавторы в 2016 году оспорили достаточность одной численности для объяснения культурной сложности. Обучение, контакты между группами и условия жизни меняют возможности общества. В энергетическом сравнении численность людей приходится соединять с их реальным потреблением, а историю техники — с организацией обмена знаниями.[17]
Вычисления: больше результата на единицу энергии
Измеримый пример различия между мощностью и техническими возможностями даёт история компьютеров. Джонатан Куми, Стивен Берард, Марла Санчес и Генри Вонг в исследовании 2011 года сопоставили вычислительную производительность с расходом электричества. В их ряду за 1946–2009 годы число вычислений на киловатт-час при пиковой производительности удваивалось в среднем раз в 1,57 года. Это историческая эмпирическая зависимость для исследованной техники; она не устанавливает вечного темпа улучшения.[18]
Рост эффективности позволял создавать переносные устройства и расширять область вычислений. При одинаковой электрической мощности машины разных поколений могли выполнять разный объём работы. Сам по себе такой выигрыш не повышает индекс Кардашёва, если суммарная используемая мощность остаётся прежней. Поэтому для описания технологии рядом с ваттами нужны характеристики выполняемой работы и затрат энергии на неё.[18][7]
У шкалы мощности нет встроенного календаря
Величина в ваттах описывает скорость использования энергии в данный момент. Она не содержит сведений о том, как долго общество создавало свои технологии. Два общества с близкой мощностью могут иметь разную историю: одно постепенно наращивало собственное производство, другое получило часть оборудования и знаний через обмен. Разницу устанавливают по историческим свидетельствам.[19]
Алекс Месуди в исследовании накопления культуры рассматривает время и усилия, необходимые для освоения уже существующего знания. Передача сложных навыков требует обучения; рост объёма знаний меняет его стоимость. Для этого процесса существенны способы хранения информации и разделение труда. Мощный источник энергии не передаёт человеку автоматически навыки изготовления турбины, управления сетью или подготовки инженеров.[19]
В теориях развития цивилизаций исследуют, как люди создают и передают знания, организуют производство и меняют хозяйство. Шкала Кардашёва добавляет к этому энергетическую характеристику общества в определённый момент. Историю подъёма восстанавливают по последовательности таких состояний и по свидетельствам о происходивших между ними переменах.[2]
Как энергетические возможности становятся наблюдаемым сигналом
Передатчик, луч и расстояние
Радиотелескоп принимает только ту энергию, которая дошла до его антенны. Если источник излучает одинаково во все стороны, мощность распределяется по сфере. При удвоении расстояния площадь сферы увеличивается в четыре раза, и на каждый её участок приходится вчетверо меньше энергии. Это геометрическое ослабление сигнала лежит в основе расчётов дальности связи.[3]
Направленная антенна меняет распределение. Она собирает излучение в узкий пучок, подобно тому как отражатель фонаря направляет свет. Внутри луча сигнал сильнее, зато наблюдатель вне луча его не получит. Сравнение радиостанций поэтому включает не только реальную мощность передатчика, но и направленность антенны.[20]
В радиоастрономических поисках используется эквивалентная изотропно излучаемая мощность: мощность воображаемого передатчика, который создавал бы такой же сигнал, излучая во все стороны. У узконаправленного источника эта величина может намного превосходить расход энергии его реального оборудования. Она описывает яркость в направлении наблюдателя.[21]
Это различие существенно при чтении сообщений о поиске «передатчиков мощностью с цивилизацию». Эквивалентная мощность в направлении Земли, реальная мощность радиостанции и полная мощность хозяйства — три разных величины. Современная земная техника способна создавать направленные сигналы, которые в первом из этих смыслов выглядят значительно мощнее собственного передатчика.[21]
В исходной постановке Кардашёв делал акцент на излучении во все стороны, поскольку предполагал неизвестного адресата. Современные обзоры ищут также узкополосные и потенциально направленные сигналы. Способ передачи определяет, какие технические возможности нужны отправителю и насколько вероятно, что наш телескоп окажется в подходящем положении.[1][20]
Что проверили радиопоиски
В исследовании Дж. Эмилио Энрикеса и соавторов, опубликованном в 2017 году, рассматривались наблюдения 692 близких звёзд на частотах 1,1–1,9 гигагерца. Наблюдения целей чередовали с наблюдениями других направлений: так отсеивались помехи, возникавшие около телескопа. События, прошедшие первоначальный автоматический отбор, при подробном анализе оказались совместимыми с земными радиопомехами.[21]
Работа Дэнни Прайса и соавторов 2020 года расширила исследование до 1327 близких звёзд и диапазона 1,10–3,45 гигагерца, используя телескопы Грин-Бэнк и Паркс. Убедительных сигналов искусственного внеземного происхождения в проверенных данных также не обнаружили. Каждая такая работа определяет условия поиска: какие звёзды наблюдали, на каких частотах, с какой чувствительностью и как долго.[20]
Результат относится к передатчикам, которые могли проявиться в этих условиях. Радиомолчание, передача в другом диапазоне и луч, направленный в другую сторону, создают разные наблюдательные ситуации. Чем точнее описан опыт, тем содержательнее его отрицательный результат: исследователь узнаёт, какие варианты уже проверены и какие сигналы отсутствовали в собранных данных.[20]
Как далеко заметна земная техника
София Шейх и соавторы в работе «Земля обнаруживает Землю» (Earth Detecting Earth), опубликованной в 2025 году, сравнили обнаружимость земных технологий. Для радио они приняли проектную чувствительность SKA1-Mid, час накопления и отношение сигнала к шуму 5. Оценка включает разрабатываемые возможности приёмника, в том числе нужный планетному радару частотный диапазон.[22]
| Источник | Расстояние, световые годы | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Направленный планетный радар типа Аресибо | Около 12 000 | Передатчики сети дальней космической связи DSN | Около 65 | Передатчик аппарата «Вояджер» | Около 0,97 |
Эти расстояния характеризуют чувствительность в заданных условиях. Наблюдатель должен оказаться в луче во время работы источника. В расчёте не учтены доплеровский дрейф и расширение спектральной линии. Передачи радаров ещё не успели пройти 12 тысяч световых лет.[22]
Наблюдаемость определяется технологией и условиями опыта. Даже при энергетическом хозяйстве земного масштаба возможны сигналы, доступные межзвёздному поиску. По их яркости нельзя без знания антенны и режима передачи восстановить полную мощность общества.[22][20]
Тепло как другой способ поиска
Идея Фримена Дайсона
В 1960 году Фримен Дайсон предложил искать техническую деятельность по инфракрасному излучению. Основа идеи — превращение энергии. Общество, перехватывающее значительную часть света своей звезды и использующее его для работы устройств, должно куда-то отводить образующееся тепло. При определённых температурах такое тепло будет заметно в инфракрасном диапазоне.[23]
Этот подход отличается от поиска сообщения. Радиосвязь требует работающего передатчика, подходящей частоты и геометрии наблюдения. Тепловое излучение возникает как физическое следствие энергетической деятельности. Исследователь ищет изменение того, как система получает и отдаёт энергию.[23]
Известное выражение «сфера Дайсона» часто вызывает образ твёрдой оболочки вокруг звезды. Для самой наблюдательной идеи важна суммарная доля перехваченного света и характер его последующего излучения. Анализ может рассматривать совокупность отдельных собирающих устройств. Форма конструкции и способ её изготовления остаются отдельными вопросами.[23][24]
В этой постановке техническая деятельность оставляет след, который можно сравнить с обычной астрофизикой. Если видимого света меньше, а теплового излучения больше ожидаемого, появляется объект для дальнейшей проверки. Его спектр, температура и окружение помогают выяснить происхождение необычного соотношения.[24]
Почему тёплая галактика ещё требует объяснения
Пыль тоже поглощает свет и излучает тепло. Молодые звёзды нагревают окружающее вещество; активные ядра галактик создают мощные потоки излучения. Поэтому природа производит немало объектов с ярким инфракрасным свечением. Для исследования возможной технологии необходимо сначала понять эти естественные источники.[25]
Спутник WISE, запущенный в 2009 году, провёл обзор неба в инфракрасных диапазонах. Его четыре канала были сосредоточены около длин волн 3,4, 4,6, 12 и 22 микрометра. Такой набор наблюдений позволял сравнивать излучение звёзд и более холодного вещества, в том числе пыли. Обзор создавался для широкого круга астрономических задач; его данные стали пригодны и для поиска необычного теплового излучения.[26]
В 2015 году Роджер Гриффит и соавторы исследовали около ста тысяч галактик по данным WISE. В рассмотренной выборке они не нашли объектов, отвечающих модели преобразования более 85 процентов звёздного света в среднее инфракрасное излучение. Пятьдесят галактик имели свойства, совместимые с преобразованием более половины света; их оставили среди объектов, требующих изучения.[27]
Сильное инфракрасное излучение у этих объектов могло объясняться и нагретой пылью. Поэтому отбор по данным WISE дал список для последующего изучения: требовалось проверить изображения, свойства галактик и естественные источники тепла.[27]
Майкл Гарретт в том же году сопоставил инфракрасное и радиоизлучение группы из 93 кандидатов. В обычных галактиках оба вида излучения могут быть связаны с образованием звёзд. Выяснилось, что основная часть выборки следует знакомой астрофизической зависимости. Это поддерживало естественное объяснение большинства объектов и сокращало число случаев, требовавших особого внимания.[25]
Так энергетическая классификация получает наблюдательное содержание. Она помогает сформулировать ожидаемый масштаб излучения. Затем телескоп даёт реальные данные, а исследователи сравнивают несколько причин, способных их объяснить. Убедительность результата определяется всей этой последовательностью.[24]
Кандидаты проекта «Гефест»
В 2024 году Матиас Суасо и соавторы опубликовали результаты второй части проекта «Гефест» (Project Hephaistos). Они сопоставили оптические и инфракрасные данные Gaia DR3, 2MASS и WISE для примерно пяти миллионов объектов в пределах 300 парсек. После последовательного отсева осталось семь кандидатов — красных карликов спектрального класса M с необычным инфракрасным избытком.[28]
Отбор был рассчитан на определённую модель: часть звёздного света поглощается собирающими устройствами и переизлучается как тепло. На основной стадии проверялись температуры 100–700 кельвинов и доли перехваченной светимости от 0,1 до 0,9. Число семь означает количество объектов, прошедших этот отбор, а не количество обнаруженных сооружений. Естественные причины избытка и случайное наложение разных источников требовали дальнейшей проверки.[28]
Границы модели определяют и силу отрицательного результата. Поиск в выбранных диапазонах не проверяет с одинаковой чувствительностью любые температуры, доли перехваченного света и расстояния. Его выводы относятся к тем энергетическим следам, для которых была рассчитана процедура отбора.[28]
Проверка двух кандидатов телескопом JWST
28 июля и 9 сентября 2025 года два кандидата, обозначенные D и E, наблюдали прибором MIRI космического телескопа имени Джеймса Уэбба. В препринте, представленном 10 июля 2026 года, Эрик Закриссон и соавторы сообщили, что избыток инфракрасного излучения у этих двух объектов создают фоновые галактики. Они расположены примерно в одной угловой секунде от изображений красных карликов и смешивались с ними в менее подробных данных WISE.[29]
Для фона кандидата D авторы получили красное смещение около 0,9 и признаки активного галактического ядра. У фона E — около 0,4 и свойства пылевой галактики со вспышкой звездообразования. Существенным результатом стало пространственное и спектральное разделение источников. По заключению авторов, в этих двух случаях избыток не возникает у самих звёзд, как ожидалось бы для рассматриваемых сооружений.[29]
Этот результат снимает предложенное объяснение для двух конкретных кандидатов. Он сам по себе не устанавливает природу каждого оставшегося объекта и не исключает все возможные варианты звёздной инженерии. Наблюдательный вывод относится к D и E и к проверенным у них источникам излучения.[29]
Тепловые ограничения планетной энергетики
Энергетическое хозяйство должно отводить тепло. Для оценки добавочного нагрева планеты удобно разделить рассеиваемую мощность на площадь её поверхности. Для Земли эта площадь составляет около 5,1 × 10¹⁴ квадратных метров; условные 10¹⁶ ватт первого десятичного типа дали бы около 20 ватт на квадратный метр, если бы вся эта мощность поступала дополнительным теплом в земную среду. Это оценка потока, а не расчёт конкретной температуры.[30]
Амедео Бальби и Манасви Лингам в исследовании 2025 года получили для рассмотренных моделей землеподобных планет тепловой предел около K = 0,85–0,9. При непрерывном росте потребления порядка 1 % в год опасные изменения возникают за время порядка тысячи лет или меньше от начала моделируемой фазы. Значения зависят от принятых условий обитаемости, звёздного потока и отвода тепла; универсального срока существования цивилизации они не задают.[30]
Солнечная энергетика использует уже приходящий свет, но коллекторы могут менять долю отражённого излучения. Авторы рассматривают этот случай отдельно. Они также различают стабилизацию потребления и перенос энергоёмкой деятельности в космос. Нынешнее глобальное потепление преимущественно связано с парниковым эффектом; прямое выделение тепла пока значительно слабее в глобальном масштабе.[30]
Расширения и многомерные классификации
Энергия и другие характеристики технологии
Технические возможности общества можно описывать несколькими независимыми показателями. Саган предлагал учитывать количество накопленной информации. Джон Барроу построил другую классификацию по масштабу управляемых структур: от доступных человеку макроскопических объектов к генам, молекулам, атомам и более глубоким уровням вещества. Обзор Милана Чирковича рассматривает её как возможное дополнение энергетического сравнения.[8][2]
| Подход | Что характеризует | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Шкала Кардашёва и её десятичная версия | Энергетический масштаб, выраженный в мощности | Информационный показатель Сагана | Количество накопленной информации | Классификация Барроу | Масштаб структур, которыми позволяет управлять технология |
Эти подходы являются предложениями исследователей о способах сравнения. Они не образуют подтверждённую наблюдениями последовательность внеземных обществ. Энергетическая отметка сама по себе не устанавливает наличие межзвёздных перелётов, управления погодой или определённой вычислительной техники. Для каждого такого утверждения нужны сведения о соответствующих устройствах и физических возможностях.[2][7]
Классификация по взаимодействию со средой
Валентин Иванов, Хуан Карлос Беамин, Клаудио Касерес и Данте Миннити в статье 2020 года предложили сочетать мощность с характером взаимодействия цивилизации и окружающей среды. Их качественная последовательность включает использование готовых условий, изменение среды под собственные потребности, изменение самих обитателей для приспособления к среде и, наконец, предполагаемую интеграцию с ней. Энергетическая и качественная характеристики образуют две оси сравнения.[31]
Смысл предложения — показать, что техническое усложнение может происходить при разных энергетических траекториях. Более приспособленное к условиям общество в этой схеме не обязано постоянно переделывать всё большую среду с возрастающими затратами энергии. Но это теоретическая возможность, построенная на аналогиях с земной историей. Она не доказывает существование малозаметных сверхцивилизаций и не отменяет необходимость проверять конкретные техносигнатуры.[31]
Четвёртый тип и границы расширения шкалы
Первоначальная работа Кардашёва содержала три типа. Позднейшие авторы продолжали шкалу выше галактического уровня. В расширенной десятичной записи Роберта Грея четвёртая целая отметка соответствует 10⁴⁶ ватт; это продолжение выбранной числовой последовательности. В обзоре Чирковича обсуждается четвёртый тип в масштабе наблюдаемой Вселенной и отмечается особенно спекулятивный характер дальнейших расширений.[1][7][2]
Такое обозначение не является свидетельством существования соответствующего общества. Оно также не устанавливает способности менять законы физики или управлять другими вселенными. Здесь особенно важно различать удобную числовую экстраполяцию, физически разработанную модель и результат наблюдения: одинаковая запись «тип» не делает их равнозначными.[2]
Что шкала даёт при обсуждении древней земной цивилизации
Сначала — уровень, который требуется объяснить
В гипотезах о древней развитой цивилизации предполагается, что до известной нам истории могло существовать человеческое общество с высокой техникой, затем погибшее или утратившее прежние возможности. Слово «высокая» здесь нуждается в содержании. Римский город с водопроводом, общество с паровыми машинами и общество с электросетями предъявляют разные требования к энергии, производству и передаче знаний.[32]
Шкала Кардашёва позволяет уточнить только энергетическую сторону версии. Если предполагается хозяйство, сравнимое с современным мировым, нужен соответствующий источник и способ расходования энергии. Для этого уровня достаточно рассматривать величины порядка десятков тераватт. Требование достичь десятичного первого типа подняло бы предполагаемую мощность ещё примерно в пятьсот раз относительно приведённой оценки 2023 года и тем самым задало бы гораздо более сильную гипотезу.[9][7]
Ядерное оружие тоже не является определением какого-либо типа по Кардашёву. Энергия взрыва — количество энергии отдельного события; шкала описывает мощность, которой располагает общество. Для оценки разрушительной способности, угрозы голода и длительности восстановления нужны исследования самих последствий катастрофы. Энергетический индекс отвечает на свой, более узкий вопрос.[33]
Работа Тимоти Махера и Сета Баума о восстановлении после глобальной катастрофы рассматривает сохранение знаний, социальную память, изоляцию общин и возобновление институтов. Эти обстоятельства определяют, предстоит ли выжившим поддерживать известную технику, восстанавливать её по сохранившейся информации или заново открывать утраченные способы производства. Ваттами такое различие не измеряется.[33]
Затем — следы энергетического хозяйства
Гэвин Шмидт и Адам Франк в работе о «силурийской гипотезе» исследуют обнаружимость промышленной деятельности в геологической летописи. Они обсуждают изменения состава осадков, круговорота углерода и других веществ, распространение искусственных материалов. Их предмет — признаки деятельности, которые могли бы сохраниться после разрушения построек и устройств.[32]
Для древней земной цивилизации это другой способ наблюдения, чем у радиоастронома. Историк и геолог изучают вещество самой планеты: археологические слои, месторождения, изменения почв и осадков. Существование масштабного энергетического хозяйства проверяется через конкретные технологии и их последствия. Вид источника — уголь, нефть, древесина или иная энергия — меняет характер ожидаемых следов.[32]
Энергетическая сторона древнего хозяйства становится содержательной, когда известны источник, масштаб и длительность расходования энергии. Угольная промышленность оставляет одни следы, использование иных ресурсов — другие. Археологическая последовательность показывает, когда эти занятия возникли, как распространялись и что осталось после их прекращения.[33][32]
Значение шкалы
В классификации Кардашёва удачно соединены простота вопроса и огромный диапазон сравнения. Измеряемая величина одна — мощность. С её помощью можно поставить рядом земное хозяйство, светимость звезды и энергетический масштаб галактики. В этой простоте и заключается причина долговечности идеи.[2]
История определения при этом существенно влияет на числа. Первый тип в статье 1964 года был близок к тогдашнему человечеству; позднейшая десятичная отметка 1,0 соответствует 10¹⁶ ватт. Для мирового энергетического хозяйства по данным 2023 и 2025 годов получается приблизительно 0,73 по второй версии; точное сравнение этих дат требует учёта смены статистической методики. Каждое из этих утверждений становится однозначным, когда названы определение, величина и дата данных.[1][7][9][10][11]
Для поиска другой цивилизации мощность важна через конкретный физический след: радиопередачу, тепловое излучение, изменение спектра наблюдаемой системы. Радиообзоры близких звёзд, инфракрасные исследования галактик и проверка отдельных звёздных кандидатов уже охватили определённые варианты таких следов. Их результаты имеют силу именно благодаря измеренным частотам, чувствительности, выборкам и сравнению с естественными источниками.[20][27][25]
Историческое развитие требует другого набора свидетельств. Знания передаются между людьми, машины создаются в определённой системе производства, общество поддерживает обучение и обмен. В теориях развития цивилизаций исследуются именно эти связи. Энергетический масштаб дополняет такое объяснение, позволяя количественно описать одну из его важнейших сторон.[19][14]
Идея Кардашёва связала возможности общества с величиной, которую физика умеет измерять. Радиотелескоп принимает сигнал, инфракрасный обзор регистрирует тепло, история энергетики восстанавливает работу земного хозяйства. Во всех трёх случаях простая шкала становится полезной благодаря конкретным данным о том, куда поступала энергия и что с ней происходило.
Связанные статьи
- Портал: История науки
- Технологический уклад — связанные производства, история промышленных переходов и восстановление хозяйства.
Примечания
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 Кардашёв Н. С. Передача информации внеземными цивилизациями. Астрономический журнал. 1964. 41(2): 282–287. Английский перевод: Kardashev N. S. Transmission of Information by Extraterrestrial Civilizations. Soviet Astronomy. 1964. 8(2): 217–221. Определения трёх типов: с. 219. Публикация.
- ↑ 2,00 2,01 2,02 2,03 2,04 2,05 2,06 2,07 2,08 2,09 2,10 Ćirković M. M. Kardashev’s Classification at 50+: A Fine Vehicle with Room for Improvement. Serbian Astronomical Journal. 2015. 191: 1–15. DOI: 10.2298/SAJ1591001C. Публикация.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 Cocconi G., Morrison P. Searching for Interstellar Communications. Nature. 1959. 184: 844–846. DOI: 10.1038/184844a0. Публикация.
- ↑ 4,0 4,1 Drake F. D. A Reminiscence of Project Ozma. Cosmic Search. 1979. 1(1). Авторские воспоминания; электронная копия на сайте NRAO. Публикация.
- ↑ 5,0 5,1 5,2 Bureau international des poids et mesures. The International System of Units (SI). 9th edition. 2019, version 4.01, 2026. Таблицы производных единиц и единиц времени. DOI: 10.59161/AUEZ1291. Публикация.
- ↑ 6,0 6,1 6,2 6,3 Mamajek E. E. et al. IAU 2015 Resolution B3 on Recommended Nominal Conversion Constants for Selected Solar and Planetary Properties. Принята 13 августа 2015 года. arXiv:1510.07674. Публикация.
- ↑ 7,00 7,01 7,02 7,03 7,04 7,05 7,06 7,07 7,08 7,09 7,10 7,11 7,12 7,13 7,14 7,15 7,16 Gray R. H. The Extended Kardashev Scale. The Astronomical Journal. 2020. 159(5): 228. DOI: 10.3847/1538-3881/ab792b. Публикация.
- ↑ 8,0 8,1 8,2 Sagan C. The Cosmic Connection: An Extraterrestrial Perspective. New York: Anchor Press, 1973. Глава 34: Twenty Questions: A Classification of Cosmic Civilizations. P. 233–234. Публикация.
- ↑ 9,0 9,1 9,2 9,3 9,4 Energy Institute. Statistical Review of World Energy 2024. 73rd edition. London, 2024. P. 4, 13, 69. Данные о первичной энергии за 2023 год; определения и правила пересчёта. Публикация.
- ↑ 10,0 10,1 Energy Institute. Statistical Review of World Energy 2026. 75th edition. Summary version. London, 2026. P. 4. Данные за 2025 год. Публикация.
- ↑ 11,0 11,1 11,2 Energy Institute. Statistical Review of World Energy. Methodology. 2025. Раздел Total energy supply: переход к Physical Energy Content method и правила учёта источников. Публикация.
- ↑ 12,0 12,1 12,2 Wayth N. Getting real about the energy transition. Energy Institute. New Energy World. 31 July 2024. Различие между первичной энергией и полезными энергетическими услугами. Публикация.
- ↑ 13,0 13,1 Wrigley E. A. Energy and the English Industrial Revolution. Cambridge University Press. 2010. Публикация.
- ↑ 14,0 14,1 14,2 Allen R. C. The British Industrial Revolution in Global Perspective. Proceedings of the British Academy. 2011. Vol. 167: 199–224. Опубликованный текст Keynes Lecture 2009. DOI: 10.5871/bacad/9780197264775.003.0007. Публикация.
- ↑ 15,0 15,1 White L. A. Energy and the Evolution of Culture. American Anthropologist. 1943. 45(3): 335–356. DOI: 10.1525/aa.1943.45.3.02a00010. Публикация.
- ↑ Kremer M. Population Growth and Technological Change: One Million B.C. to 1990. The Quarterly Journal of Economics. 1993. 108(3): 681–716. DOI: 10.2307/2118405. Публикация.
- ↑ Vaesen K., Collard M., Cosgrove R., Roebroeks W. Population size does not explain past changes in cultural complexity. PNAS. 2016. 113: E2241–E2247. Публикация.
- ↑ 18,0 18,1 Koomey J. G., Berard S., Sanchez M., Wong H. Implications of Historical Trends in the Electrical Efficiency of Computing. IEEE Annals of the History of Computing. 2011. 33(3): 46–54. DOI: 10.1109/MAHC.2010.28. Рис. 3: ряд 1946–2009 годов, эффективность при пиковой производительности. Публикация; текст статьи.
- ↑ 19,0 19,1 19,2 Mesoudi A. Variable Cultural Acquisition Costs Constrain Cumulative Cultural Evolution. PLOS ONE. 2011. 6(3): e18239. DOI: 10.1371/journal.pone.0018239. Публикация.
- ↑ 20,0 20,1 20,2 20,3 20,4 20,5 Price D. C. et al. The Breakthrough Listen Search for Intelligent Life: Observations of 1327 Nearby Stars over 1.10–3.45 GHz. The Astronomical Journal. 2020. 159(3): 86. DOI: 10.3847/1538-3881/ab65f1. Публикация.
- ↑ 21,0 21,1 21,2 Enriquez J. E. et al. The Breakthrough Listen Search for Intelligent Life: 1.1–1.9 GHz Observations of 692 Nearby Stars. The Astrophysical Journal. 2017. 849(2): 104. DOI: 10.3847/1538-4357/aa8d1b. Публикация.
- ↑ 22,0 22,1 22,2 Sheikh S. Z. et al. Earth Detecting Earth: At What Distance Could Earth's Constellation of Technosignatures Be Detected with Present-day Technology? The Astronomical Journal. 2025. 169(2): 118. DOI: 10.3847/1538-3881/ada3c7. Раздел 2: параметры SKA1-Mid, час накопления, SNR = 5 и ограничения расчёта. Публикация.
- ↑ 23,0 23,1 23,2 Dyson F. J. Search for Artificial Stellar Sources of Infrared Radiation. Science. 1960. 131(3414): 1667–1668. DOI: 10.1126/science.131.3414.1667. Публикация.
- ↑ 24,0 24,1 24,2 Wright J. T., Mullan B., Sigurdsson S., Povich M. S. The Ĝ Infrared Search for Extraterrestrial Civilizations with Large Energy Supplies. I. Background and Justification. The Astrophysical Journal. 2014. 792(1): 26. DOI: 10.1088/0004-637X/792/1/26. Публикация.
- ↑ 25,0 25,1 25,2 Garrett M. A. Application of the mid-IR radio correlation to the Ĝ sample and the search for advanced extraterrestrial civilisations. Astronomy & Astrophysics. 2015. 581: L5. DOI: 10.1051/0004-6361/201526687. Публикация.
- ↑ Wright E. L. et al. The Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE): Mission Description and Initial On-orbit Performance. The Astronomical Journal. 2010. 140(6): 1868–1881. DOI: 10.1088/0004-6256/140/6/1868. Публикация.
- ↑ 27,0 27,1 27,2 Griffith R. L. et al. The Ĝ Infrared Search for Extraterrestrial Civilizations with Large Energy Supplies. III. The Reddest Extended Sources in WISE. The Astrophysical Journal Supplement Series. 2015. 217(2): 25. DOI: 10.1088/0067-0049/217/2/25. Публикация.
- ↑ 28,0 28,1 28,2 Suazo M. et al. Project Hephaistos — II. Dyson sphere candidates from Gaia DR3, 2MASS, and WISE. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2024. 531(1): 695–707. DOI: 10.1093/mnras/stae1186. Публикация.
- ↑ 29,0 29,1 29,2 Zackrisson E. et al. Project Hephaistos — IV. James Webb Space Telescope Observations of Two Dyson Sphere Candidates. Препринт, представлен 10 июля 2026 года. arXiv:2607.09460v1. Разделы 2 и 6; наблюдения программы JWST GO 7199. Публикация.
- ↑ 30,0 30,1 30,2 Balbi A., Lingam M. Waste Heat and Habitability: Constraints from Technological Energy Consumption. Astrobiology. 2025. 25(1): 1–21. DOI: 10.1089/ast.2024.0082. Упрощённые модели энергетического баланса, разделы 2.3–2.6 и 3. Публикация.
- ↑ 31,0 31,1 Ivanov V. D., Beamín J. C., Cáceres C., Minniti D. A qualitative classification of extraterrestrial civilizations. Astronomy & Astrophysics. 2020. 639: A94. DOI: 10.1051/0004-6361/202037597. Публикация.
- ↑ 32,0 32,1 32,2 32,3 Schmidt G. A. Frank A. The Silurian hypothesis would it be possible to detect an industrial civilization in the geological record. International Journal of Astrobiology. Онлайн 2018; выпуск 2019. 18: 142–150. Публикация.
- ↑ 33,0 33,1 33,2 Maher T. M., Jr., Baum S. D. Adaptation to and Recovery from Global Catastrophe. Sustainability. 2013. 5(4): 1461–1479. DOI: 10.3390/su5041461. Публикация.