Новое исследование изучает, как инопланетные цивилизации могли собирать энергию со звезд

Неизбежно у нас есть только один пример планеты, поддерживающей жизнь (Земля), и один пример технологически развитой цивилизации (человечество), на которых мы можем основывать наши теории. Что касается более развитых цивилизаций, что статистически кажется более вероятным, ученые ограничены прогнозами нашего собственного развития. Однако эти же прогнозы накладывают ограничения на то, что следует искать исследователям SETI, и дают подсказки о нашем будущем развитии.

В серии работ, подготовленных под руководством Научного института космических исследований «Голубой мрамор» (BMSIS), группа исследователей изучает, как будет выглядеть уровень технологического развития Земли (он же «техносфера») в будущем.

В последней части работы они предлагают новую интерпретацию шкалы Кардашева, которая предполагает, что цивилизации расширяются, чтобы использовать более высокие уровни энергии (планета, звезда-хозяин и галактика). Вместо этого они предполагают, что шкала Кардашева устанавливает верхние пределы на количество звездной энергии, которую может использовать цивилизация («предел светимости»), и что цивилизации могут обойти его, используя непосредственно звездную массу.

Как и предыдущее исследование из этой серии, исследование проводилось под руководством Джейкоба Хакк-Мисры, старшего научного сотрудника Космического института науки Blue Marble. Работа «Прогнозы техносферы Земли: Светимость и масса как пределы роста» рассматривается для публикации в журнале Acta Astronautica.

Шкала Кардашева, названная в честь советско-российского астрофизика и радиоастронома Николая Кардашева (1932 — 2019), была впервые предложена в его фундаментальной работе «Передача информации внеземными цивилизациями», опубликованной в 1964 году.

В ней Кардашев предложил, какие типы радиочастот (и при каких энергиях) следует искать ученым, чтобы обнаружить возможные передачи внеземной цивилизации (ВЗЦ). В соответствии с идеей о том, что цивилизации могут быть на миллиарды лет старше человечества, он рассуждал, что эти цивилизации могут использовать уровни энергии, превышающие человеческие возможности.

Чтобы охарактеризовать уровень развития ЭТЦ, Кардашев предложил трехуровневую шкалу, основанную на количестве энергии, которую они могут использовать.

Однако эта шкала отражает предположение, что цивилизации и их потребности в энергии будут расти в геометрической прогрессии. Это соответствует наблюдениям за собственной «техносферой» человечества, под которой понимается созданная человеком инфраструктура, машины, средства связи и другие признаки технологической деятельности (они же «техносигнатуры»). По сути, это отражает нашу ограниченную перспективу, когда речь заходит о том, какое поведение могли бы демонстрировать продвинутые ЭТК. Как сказал Хакк-Мисра в интервью Universe Today по электронной почте:

«Земля — наш единственный известный пример планеты с технологиями, поэтому поиск внеземных цивилизаций должен начинаться с размышлений о том, как искать аналоги земных технопризнаков сегодня и возможных технопризнаков, которые могут возникнуть на Земле в будущем.

Мы также должны попытаться расширить наш разум, чтобы рассмотреть другие, неземные и более экзотические возможности, но даже такие фантазийные возможности всегда будут либо начинаться с того (или контрастировать с тем), что мы знаем, что возможно на основе существующей или известной физики на Земле».

Традиционное применение шкалы Кардашева предсказывает, что рост будет экспоненциальным, и даже рассматривается возможность возникновения цивилизации, способной использовать энергию всех звезд во Вселенной — космической цивилизации IV типа!

Это применение послужило стимулом для поиска цивилизаций, достигших таких масштабов использования огромной энергии, на что указывают мегаструктуры (например, сферы Дайсона, полосы Кларка и т. д.) и другие передовые техносферы. В своем исследовании Хакк-Мисра и его коллеги использовали другой подход:

«В нашем исследовании мы пересматриваем эти предположения, отмечая, что цивилизации могут следовать различным траекториям расширения в пространстве и потребления энергии. Это предполагает компромисс между «исследованием» и «эксплуатацией», и существует множество возможностей для развития цивилизации по этим двум направлениям».

«Некоторые цивилизации могут отдавать предпочтение исследованию физических расстояний, никогда не нуждаясь в увеличении потребления энергии до масштабов Кардашева типа I или типа II. Другие цивилизации могут сосредоточиться на эксплуатации и увеличить потребление энергии на локальном уровне. Некоторые цивилизации могут пытаться найти оптимальный баланс между исследованием и эксплуатацией.

«Мы также отмечаем, что шкалу Кардашева лучше рассматривать как теоретический предел для цивилизации, использующей звездную энергию (светимость). Шкала Кардашева не описывает траекторию, по которой будут двигаться развитые цивилизации, а является верхним пределом использования энергии цивилизацией, поскольку это связано с увеличением физического расстояния, но пределом, который, возможно, никогда не будет достигнут из-за термодинамических ограничений эффективности.

«Другими словами, шкала Кардашева описывает верхний предел компромиссов между исследованием и эксплуатацией, и цивилизация, зависящая от звездной светимости в своих энергетических потребностях, всегда будет падать ниже энергетических и пространственных пределов, описываемых шкалой Кардашева.»

Сценарий, предложенный Хакк-Мисрой и его коллегами, представляет некоторые новые и интересные возможности для развитых цивилизаций. Например, предположим, что человечество когда-нибудь достигнет предела энергии, которую оно может извлекать из нашего Солнца. В этом случае оно может отказаться от исследования и заселения других звездных систем (с целью использования энергии большего количества планет и звезд). Вместо этого они могут заняться добычей звездной массы самостоятельно.

«Подобные цивилизации, потребляющие звезды, которые мы называем «стелливорами», могли бы выйти в потреблении энергии за пределы светимости по шкале Кардашева», — говорит Хакк-Мисра.

«Мы как земная цивилизация еще не достигли такого уровня, но мы можем хотя бы задуматься о том, что сбор массы и преобразование ее в энергию (как описывает знаменитое уравнение Эйнштейна) дает цивилизации возможность достичь масштабов использования энергии, выходящих за рамки шкалы Кардашева».

Как и все прогнозы относительно будущего развития человечества, это исследование также имеет отношение к будущим исследованиям SETI. Это соответствует предположению, что ЭТК в нашей галактике будут старше и более развиты, чем человечество на данный момент.

Это также согласуется с принципом: «Если мы можем это придумать, то кто-то другой наверняка уже это сделал». Как объяснил Хакк-Мисра, будущие исследования SETI должны изучать «аккрецирующие бинары» — тесно вращающиеся бинарные звезды, масса которых перетекает от одной звезды к другой.

Хакк-Мисра и его коллеги рекомендуют ученым наблюдать за аккрецирующими бинарами в поисках аномального поведения, которое может указывать на технологическую активность:

«Если некоторые цивилизации действительно эволюционируют в стелливоров, то некоторые из них могут быть похожи на такие аккрецирующие бинарные звездные системы. Мы не можем утверждать, что все или даже большинство аккрецирующих двойных звезд являются технологическими цивилизациями, но мы также не можем исключать возможность того, что некоторые из них действительно могут быть технологическими. Стоит держать наш разум открытым и действительно искать подобные доказательства существования продвинутых и экзотических цивилизаций, а не исключать их еще до того, как мы их увидим».