Постигнет ли инопланетян та же участь, что и человечество?

Средняя глобальная температура на Земле неуклонно растет со времен промышленной революции. По данным Национального агентства океанических и атмосферных исследований (NOAA), с 1850 года Земля нагревается на 0,06 °C (0,11 °F) за десятилетие — или примерно на 1,11 °C (2 °F) в целом. С 1982 года среднегодовой прирост составляет 0,20 °C (0,36 °F) за десятилетие, то есть более чем в три раза быстрее.

Более того, прогнозируется, что к середине века эта тенденция усилится на 1,5-2 °C (2,7-3,6 °F), а возможно, и больше! Это прямое следствие сжигания ископаемого топлива, которое с середины XIX века растет в геометрической прогрессии, сообщает universetoday.com.

В зависимости от масштабов повышения температуры, последствия для обитаемости Земли могут быть катастрофическими. В недавнем исследовании группа ученых рассмотрела вопрос о том, что повышение температуры — это долгосрочная проблема, стоящая перед развитыми цивилизациями, а не только вопрос потребления ископаемого топлива.

По их мнению, повышение температуры на планете может быть неизбежным результатом экспоненциального роста потребления энергии. Их выводы могут иметь серьезные последствия для астробиологии и поиска внеземного разума (SETI).

Исследование провели Амедео Бальби, доцент кафедры астрономии и астрофизики в римском университете Тор Вергата, и Манасви Лингам, доцент кафедры аэрокосмических, физических и космических наук и кафедры химии и химического машиностроения в Технологическом институте Флориды (Florida Tech).

Статья, в которой подробно описываются полученные ими результаты, называется «Waste Heat and Habitability: Ограничения, связанные с технологическим потреблением энергии,» недавно появилась в Интернете и находится на рассмотрении для публикации в журнале «Астробиология».

Идея о том, что цивилизации в конце концов перегреют свою планету, восходит к работам советского ученого Михаила Ивановича Будыко. В 1969 году он опубликовал новаторское исследование «Влияние колебаний солнечной радиации на климат Земли», в котором утверждал: «Вся энергия, используемая человеком, превращается в тепло, причем основная часть этой энергии является дополнительным источником тепла по сравнению с нынешним радиационным приростом.

Простые расчеты показывают, что при нынешних темпах роста использования энергии тепло, производимое человеком, менее чем через двести лет будет сопоставимо с энергией, поступающей от Солнца».

Это простое следствие того, что при любом производстве и потреблении энергии неизменно образуется отработанное тепло. Хотя это отработанное тепло вносит лишь незначительный вклад в глобальное потепление по сравнению с выбросами углерода, долгосрочные прогнозы показывают, что ситуация может измениться. Как сообщил Лингам по электронной почте изданию Universe Today:

«В настоящее время вклад отработанного тепла в повышение глобальной температуры минимален. Однако если производство отработанного тепла будет расти по экспоненциальной траектории в течение следующего столетия, то повышение температуры еще на 1 градус Цельсия (1,8 F) может произойти за счет отработанного тепла, независимо от усиления парникового эффекта из-за ископаемого топлива. Если выработка тепла сохранит свой экспоненциальный рост в течение столетий, мы покажем, что в конечном итоге это может привести к полной потере пригодности для жизни и гибели всего живого на Земле».

Сфера Дайсона — подходящий пример отработанного тепла, возникающего в результате экспоненциального роста развитой цивилизации. В своей оригинальной статье «Поиск искусственных звездных источников инфракрасного излучения» Фримен Дайсон утверждал, что потребность в большем количестве пригодного для жизни пространства и энергии может в конечном итоге подтолкнуть цивилизацию к созданию «искусственной биосферы, которая полностью окружает свою родительскую звезду».

По его словам, эти мегаструктуры можно будет обнаружить с помощью инфракрасных приборов благодаря «масштабному преобразованию звездного света в дальнее инфракрасное излучение», то есть они будут излучать в космос отработанное тепло.

«Нагрев, который мы исследуем в нашей статье, возникает в результате преобразования любой формы энергии и является неизбежным следствием законов термодинамики», — добавил Бальби, который был ведущим автором исследования. «Для современной Земли этот нагрев представляет собой лишь незначительную часть потепления, вызванного антропогенным парниковым эффектом. Однако если глобальное потребление энергии продолжит расти нынешними темпами, этот эффект может стать значительным в течение нескольких столетий, что потенциально может повлиять на пригодность Земли для жизни».

Чтобы определить, сколько времени потребуется развитым цивилизациям, чтобы достичь той точки, когда они сделают свою родную планету непригодной для жизни, Балби и Лингам разработали теоретические модели на основе Второй закон термодинамики (применительно к производству энергии). Затем они применили его к обитаемости планет, рассмотрев околосолнечную обитаемую зону (ОЗО) — то есть орбиты, на которых планета будет получать достаточное количество солнечной радиации для поддержания жидкой воды на ее поверхности.

«Мы адаптировали расчет обитаемой зоны, который является стандартным инструментом в исследованиях экзопланет. По сути, мы включили дополнительный источник тепла — от технологической деятельности — в дополнение к звездному облучению», — говорит Бальби.

Еще один ключевой фактор, который они учли, — это экспоненциальные темпы роста цивилизаций и их энергопотребления, как предсказывает шкала Кардашева. Используя человечество в качестве образца, мы видим, что в период с 1800 по 2023 год глобальный уровень потребления энергии вырос с 5 653 тераватт-часов (ТВт-ч) до 183 230 ТВт-ч.

Эта тенденция была не только экспоненциальной, но и ускорялась с течением времени, подобно росту населения в тот же период (1 миллиард в 1800 году до 8 миллиардов в 2023 году). Балби и Лингам экстраполировали эту тенденцию, чтобы оценить последствия для обитаемости и определить максимальную продолжительность жизни развитой цивилизации после того, как она вступит в период экспоненциального роста.

В итоге они пришли к выводу, что максимальный срок жизни техносфер составляет около 1000 лет при условии, что их ежегодный рост будет составлять около 1% в течение всего интересующего нас периода.

По словам Бальби, эти выводы имеют значение для человечества и для поиска внеземного разума (SETI):

«Наши результаты показывают, что эффект отработанного тепла может стать существенным не только в будущем Земли, но и в развитии любых гипотетических технологических видов, населяющих планеты вокруг других звезд. Следовательно, учет этого ограничения может повлиять на то, как мы подходим к поиску технологически развитой жизни во Вселенной и как мы интерпретируем результаты таких поисков. Например, это может дать частичное объяснение парадоксу Ферми».

Бальби и Лингам также подчеркивают, что эти результаты дают некоторые возможные рекомендации о том, как мы можем избежать того, чтобы наша планета стала непригодной для жизни. И опять же, это имеет отношение к SETI, поскольку любое решение, которое мы можем представить, скорее всего, уже было реализовано другим развитым видом. Бальби сказал:

«Хотя наша статья посвящена физике, а не решению социальных проблем, мы представляем себе несколько сценариев, которые могли бы помочь технологическим видам смягчить ограничения, связанные с нагревом отходов, и отсрочить его наступление. Достаточно развитая цивилизация может использовать технологии для противодействия нагреву, например, использовать звездное экранирование».

«В качестве альтернативы они могут перенести большую часть своей технологической инфраструктуры за пределы планеты, переместившись в космос. Такие мегаинженерные проекты будут иметь значительные последствия для нашего поиска технопризнаков. Менее амбициозным, но, возможно, более осуществимым подходом было бы сокращение потребления энергии за счет замедления роста. Конечно, мы не можем предсказать, какой из этих вариантов окажется наиболее правдоподобным».