Если инопланетные технологические цивилизации существуют, они почти наверняка используют солнечную энергию. Наряду с ветром, это самая чистая и доступная форма энергии, по крайней мере, здесь, на Земле. Благодаря технологическим достижениям и массовому производству солнечная энергетика на Земле быстро распространяется.
Кажется вероятным, что ETI (внеземной разум), использующие широко распространенную солнечную энергию на своей планете, могли бы сообщить нам о своем присутствии.
Если бы существовали другие внеземные цивилизации, они могли бы легко опередить нас в технологическом отношении. Кремниевые солнечные панели могли бы широко использоваться на поверхности планет. Может ли их массовое внедрение представлять собой обнаруживаемую техносигнатуру?
Авторы новой статьи исследуют этот вопрос. Статья называется «Обнаруживаемость солнечных панелей как техносигнатура» и будет опубликована в «Астрофизическом журнале». Ведущий автор — Рави Коппарапу из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА.
В своей статье авторы оценивают возможность обнаружения солнечных панелей на основе кремния на планете с обитаемой зоной, похожей на Землю. «Фотоэлектрические элементы на основе кремния обладают высоким коэффициентом отражения в УФ-ВИД и ближнем ИК-диапазоне, в диапазоне длин волн флагманской концепции космического базирования, такой как Обсерватория обитаемых миров (HWO)», — пишут авторы. HWO будет искать и фотографировать миры, подобные Земле, в обитаемых зонах. Сроки миссии не определены, но Десятилетний обзор 2020 года рекомендовал построить телескоп. Это исследование прогнозирует миссию или подобную ей когда-нибудь в будущем.
Естественно, авторы делают ряд предположений относительно гипотетического внеземного разума, использующего солнечную энергию. Они предполагают, что внеземной разум использует крупномасштабные фотоэлектрические системы (PV) на основе кремния и что их планета вращается вокруг звезды, подобной Солнцу. Кремниевые фотоэлектрические батареи экономически эффективны в производстве и хорошо подходят для использования энергии звезд, подобных Солнцу.
Коппарапу и его соавторы не первые, кто предполагает, что кремниевые фотоэлектрические батареи могут представлять собой техносигнатуру. В статье 2017 года Ави Леб и Манасви Лингам из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики написали, что фотоэлектрические элементы на основе кремния создают искусственный край в своих спектрах. Этот край похож на «красный край», который можно обнаружить в земной растительности, если смотреть из космоса, но сдвинут в сторону более коротких волн. «Будущие наблюдения за отраженным светом от экзопланет позволят фотометрически обнаружить как естественные, так и искусственные края, если значительная часть поверхности планеты будет покрыта растительностью или фотоэлектрическими массивами соответственно», — пишут Лингам и Леб.
«Под «краем» подразумевается заметное увеличение отражательной способности рассматриваемого материала, когда снимается спектр отраженного света планеты», — поясняют авторы нового исследования. Спутники контролируют красный край Земли, чтобы наблюдать за сельскохозяйственными культурами, и то же самое можно применить и к обнаружению фотоэлектрических систем в других мирах.
Хотя Лингам и Леб предположили такую возможность, Коппарапу и его соавторы копнули глубже. Они отмечают, что мы могли бы генерировать достаточно энергии для наших нужд (по состоянию на 2022 год), если бы только 2,4% поверхности Земли было покрыто фотоэлектрическими батареями на основе кремния. Число 2,4% является точным только в том случае, если выбранное местоположение оптимизировано. Для Земли это означает пустыню Сахара, и нечто подобное может произойти и в чужом мире.
Авторы объясняют: «Этот регион расположен близко к экватору, где в течение года будет доступно сравнительно большее количество солнечной энергии, и имеет минимальный облачный покров».
Авторы также работают с показателем покрытия земли 23%. Эта цифра отражает предыдущие исследования, показавшие, что при прогнозируемой максимальной численности населения в 10 миллиардов человек 23% земельного покрытия обеспечат высокий уровень жизни для всех. Они также используют его в качестве верхнего предела, поскольку все, что выходит за его пределы, кажется маловероятным и будет иметь негативные последствия. На Земле весь африканский континент занимает около 23% поверхности.
Расчеты авторов показывают, что 8-метровый телескоп, аналогичный HWO, не сможет обнаружить экзопланету земного типа, 2,4% поверхности которой покрыто ФВ.
Если бы внеземной разум покрыл 23% своей поверхности фотоэлектрическими батареями, собирающими энергию, можно ли было бы это обнаружить? Было бы трудно распутать свет планеты от света звезды, и для достижения приемлемого соотношения сигнал/шум (S/N) потребуются сотни часов времени наблюдения.
«Поскольку мы выбрали диапазон 0,34–0,52 мкм для расчета влияния кремниевых панелей на спектры отражения, разница между планетами с кремнием и без него существенно не отличается, даже с 23% земного покрова», — авторы объяснять.
Технологический прогресс добавляет к этим цифрам еще одну морщинку. По мере развития фотоэлектрических технологий ETI будет охватывать меньшую площадь поверхности своей планеты, чтобы генерировать такое же количество энергии, что еще больше усложнит обнаружение.
2,4 % земельного покрытия фотоэлектрическими батареями (сплошной синий цвет), 23 % фотоэлектрических систем (сплошной красный цвет) и 0 % (зеленый пунктирный) покрытия территории солнечными панелями. «Это говорит о том, что искусственный край кремния, предложенный Лингамом и Лебом (2017), может быть необнаружим», — пишут авторы. Изображение предоставлено: Коппарапу и др. 2024.
Солнечная энергетика быстро распространяется на Земле. С каждым годом все больше частных домов, предприятий и учреждений внедряют солнечные батареи. Возможно, это не техносигнатуры, но отдельные инсталляции — не единственное, что растет.
Китай построил огромную солнечную электростанцию под названием «Фотоэлектрический проект Гунхэ» в своей малонаселенной провинции Цинхай. Она генерирует 3182 МВт. В Индии есть солнечный парк Бхадла (2245 МВт) в пустыне Тар. Саудовская Аравия построила несколько новых солнечных электростанций и намерена построить еще. Регулярно анонсируются и другие инновационные солнечные проекты.
Но сможем ли мы когда-нибудь реально покрыть 2,4% нашей планеты солнечными батареями? Нам понадобится? Есть много вопросов.
Производство солнечной энергии в жаркой пустыне Сахара является сложной задачей. Сильная жара снижает эффективность. Создание инфраструктуры, необходимой для доставки энергии в населенные пункты, также является еще одной проблемой. Тогда учтите, что фотоэлектрические панели на основе кремния, возможно, не станут конечной точкой в разработке солнечных панелей. Фотоэлектрические батареи на основе перовскита обещают превзойти кремний. Они более эффективны, чем кремний, и исследователи часто бьют с их помощью энергетические рекорды (в лабораториях). Могут ли перовскитовые фотоэлектрические элементы создать такое же «преимущество» в спектрах планеты?
Авторы не рассматривали конкретные технологические достижения, такие как перовскит, потому что это выходит за рамки их статьи.
Суть в том, что солнечные батареи на основе кремния на поверхности планеты вряд ли создадут легко обнаруживаемую техносигнатуру. «Предполагая, что 8-метровый телескоп типа HWO, сфокусированный на краю отражения в UV-VIS, и учитывая различное покрытие суши солнечными панелями на экзопланете, похожей на Землю, которые соответствуют нынешним и прогнозируемым потребностям в энергии, мы оцениваем, что несколько сотен часов наблюдения необходимо, чтобы достичь отношения сигнал/шум ~5 при большом покрытии суши ~23%», — пишут авторы.
Авторы также задаются вопросом, что это означает для шкалы Кардашева и таких вещей, как сферы Дайсона. В этой парадигме внеземные цивилизации требуют все больше и больше энергии и в конечном итоге создают мегаинженерный проект, который собирает всю доступную энергию своей звезды. Сфера Дайсона создаст мощную техносигнатуру, и астрономы уже ищут ее.
Но если цифры в этом исследовании верны, мы, возможно, никогда их не увидим, потому что они не нужны.
«Мы обнаруживаем, что даже при значительном росте населения энергетические потребности человеческой цивилизации будут на несколько порядков ниже энергетического порога для цивилизации Кардашева типа I или сферы/роя Дайсона, которая использует энергию звезды», — заключают они. . «Эта линия исследования пересматривает полезность таких концепций и потенциально затрагивает один важный аспект парадокса Ферми: мы еще не открыли никаких крупномасштабных инженерных проектов, возможно, потому, что передовые технологии могут не нуждаться в них».
