01.10.2024. - Развитые цивилизации перегреют свои планеты за 1000 лет

Развитые цивилизации перегреют свои планеты за 1000 лет

Средняя глобальная температура на Земле неуклонно повышается со времен промышленной революции. По данным Национального агентства океанических и атмосферных исследований (NOAA), с 1850 года Земля нагревается со скоростью 0,06°C (0,11°F) за десятилетие, или в общей сложности около 1,11°C (2°F).

С 1982 года среднегодовой прирост температуры составлял 0,20°C (0,36°F) за десятилетие, то есть более чем в три раза быстрее. Более того, по прогнозам, к середине столетия эта тенденция увеличится на 1,5-2°C (2,7-3,6°F), а возможно, и больше! Это является прямым следствием сжигания ископаемого топлива, которое с середины 19 века растет в геометрической прогрессии.

В зависимости от степени повышения температуры, воздействие на пригодность Земли для жизни может быть катастрофическим. В недавнем исследовании группа ученых проанализировала, почему повышение температуры является долгосрочной проблемой, стоящей перед развитыми цивилизациями, а не просто вопросом 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 было проведено Амедео Бальби, адъюнкт-профессором астрономии и астрофизики Римского университета в Вергате, и Манасви Лингамом, доцентом кафедры аэрокосмических, физических и космических наук и кафедры химии и химической инженерии Флоридского технологического института (Florida Tech).

Статья, в которой подробно описываются их выводы, "Отработанное тепло и пригодность для жизни: ограничения, связанные с технологическим потреблением энергии", была недавно размещена на сервере препринтов arXiv и находится на рассмотрении для публикации в журнале Astrobiology.

Идея о том, что цивилизации в конечном счете перегрев их планета возвращает нас к работе советский ученый М. И. Будыко. В 1969 году он опубликовал новаторское исследование под названием "Влияние изменений солнечной радиации на климат Земли", в котором утверждал, что "Вся энергия, используемая человеком, преобразуется в тепло, причем основная часть этой энергии является дополнительным источником тепла по сравнению с нынешним усилением радиации".

"Простые расчеты показывают, что при нынешних темпах роста использования энергии тепло, производимое человеком, менее чем через двести лет будет сравнимо с энергией, получаемой от солнца".

Это простое следствие того, что при производстве и потреблении энергии неизменно образуется избыточное тепло. Хотя это избыточное тепло является лишь незначительным вкладом в глобальное потепление по сравнению с выбросами углекислого газа, долгосрочные прогнозы указывают на то, что ситуация может измениться. Лингам связался с Universe Today по электронной почте:

"В настоящее время вклад отработанного тепла в повышение глобальной температуры минимален. Однако, если производство отработанного тепла будет продолжаться по экспоненциальной траектории в течение следующего столетия, то из-за использования отработанного тепла температура может повыситься еще на 1°C (1,8°F), независимо от усиления парникового эффекта из-за использования ископаемого топлива.

"Если выработка отработанного тепла сохранит свой экспоненциальный рост на протяжении столетий, мы покажем, что в конечном итоге это может привести к полной потере пригодности для жизни и исчезновению всей жизни на Земле".

Сфера Дайсона является подходящим примером отработанного тепла, образующегося в результате экспоненциального роста развитой цивилизации. В своем первоначальном предложении "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".

Как он описал, эти мегаструктуры будут видны инфракрасным приборам благодаря "крупномасштабному преобразованию звездного света в дальнее инфракрасное излучение", что означает, что они будут излучать ненужное тепло в космос.

"Нагрев, который мы исследуем в нашей статье, является результатом преобразования любой формы энергии и является неизбежным следствием законов термодинамики", - добавил Бальби, который был ведущим автором исследования.

"Для современной Земли это нагревание представляет собой лишь незначительную долю 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 повлияет на пригодность Земли для жизни".

Чтобы определить, сколько времени потребуется развитым цивилизациям, чтобы достичь точки, когда они сделают свою родную планету непригодной для жизни, Бальби и Лингам разработали теоретические модели, основанные на Втором законе термодинамики (в том, что касается производства энергии). Затем они применили это к обитаемости планет, рассмотрев околосолнечную обитаемую зону (CHZ), то есть орбиты, на которых планета получала бы достаточное солнечное излучение для поддержания жидкой воды на своей поверхности.

"Мы адаптировали расчет обитаемой зоны, который является стандартным инструментом в исследованиях экзопланет. По сути, мы включили дополнительный источник нагрева, связанный с технологической активностью, наряду со звездным излучением", — сказал Бальби.

Еще одним ключевым фактором, который они рассматривали, являются экспоненциальные темпы роста цивилизаций и их энергопотребления, как предсказывает шкала Кардашева. Используя человечество в качестве примера, мы видим, что в период с 1800 по 2023 год мировое потребление энергии возросло с 5 653 тераватт-часов (ТВтч) до 183 230 ТВтч.

Эта тенденция была не только экспоненциальной, но и ускорялась с течением времени, подобно росту населения за тот же период (с 1 миллиарда в 1800 году до 8 миллиардов в 2023 году). Бальби и Лингам экстраполировали эту тенденцию, чтобы измерить влияние на пригодность для жизни и определить максимальную продолжительность жизни развитой цивилизации, когда она вступит в период экспоненциального роста.

В конечном счете, они пришли к выводу, что максимальный срок службы техносфер составляет около 1000 лет при условии, что в течение рассматриваемого периода они будут ежегодно расти примерно на 1%.

Эти открытия, по словам Бальби, имеют значение для человечества и для поиска внеземного разума (SETI):

"Наши результаты показывают, что влияние избыточного тепла может стать существенным не только для будущего Земли, но и для развития любых гипотетических технологических видов, населяющих планеты вокруг других звезд. Следовательно, учет этого ограничения может повлиять на наш подход к поиску технологически развитой жизни во Вселенной и на то, как мы интерпретируем результаты таких поисков. Например, это может частично объяснить парадокс Ферми."

Бальби и Лингам также подчеркивают, что эти результаты дают некоторые возможные рекомендации о том, как мы могли бы избежать того, чтобы сделать нашу планету непригодной для жизни. И снова, это имеет значение для SETI, поскольку любое решение, которое мы можем предложить, скорее всего, уже было реализовано другим высокоразвитым видом. Сказал Бальби:

"Хотя в нашей статье основное внимание уделяется физике, а не решениям социальных проблем, мы представляем несколько сценариев, которые могли бы помочь технологически развитому виду людей смягчить ограничения, связанные с нагревом отходов, и отсрочить его наступление. Достаточно развитая цивилизация могла бы использовать технологии для противодействия нагреву, например, использовать звездную защиту".

"В качестве альтернативы они могли бы переместить большую часть своей технологической инфраструктуры за пределы планеты, переместившись в космос. Такие мегаинженерные проекты имели бы значительные последствия для нашего поиска техносигнатур. Менее амбициозным, но, возможно, более осуществимым подходом было бы сокращение потребления энергии за счет замедления экономического роста. Конечно, мы не можем предсказать, какой из этих вариантов является наиболее вероятным".

Источник