Когда дело доходит до нашего современного общества и многих кризисов, с которыми мы сталкиваемся, нет никаких сомнений в том, что термоядерная энергия — это путь в будущее. Эта технология не только предлагает обильную энергию, которая могла бы решить энергетический кризис, но и делает это экологически чистым и устойчивым способом. По крайней мере, пока наши запасы дейтерия (H2) и гелий-3 выдерживают. В недавнем исследовании группа исследователей рассмотрела, как доказательства синтеза дейтерия-дейтерия (DD) могут быть использованы в качестве потенциальной техносигнатуры в поисках внеземного разума (SETI).
Исследование провели Дэвид К. Кэтлинг и Джошуа Криссансен-Тоттон из Департамента наук о Земле и космосе и Виртуальной планетарной лаборатории (VPL) Вашингтонского университета (соответственно) и Тайлер Д. Робинсон из VPL и Лунно-космической лаборатории. Планетарная лаборатория (LPL) в Университете Аризоны. В своей статье, которая должна появиться в Астрофизический журналКоманда рассмотрела, как долгоживущие внеземные цивилизации могут истощить свои запасы дейтерия – то, что можно было бы обнаружить с помощью космических телескопов.
В основе SETI лежит предрешенный вывод о том, что развитые цивилизации существовали в нашей галактике задолго до появления человечества. Из этого вытекает еще один вывод: если человечество может что-то придумать (и физика верна), более развитая цивилизация, вероятно, уже создала это. Фактически, многие исследователи и ученые SETI предполагают, что развитые цивилизации будут использовать термоядерную энергию для удовлетворения своих растущих энергетических потребностей по мере того, как они продолжают расти и подниматься по шкале Кардашева.
Это понятно, учитывая, что другие виды энергии (ископаемое топливо, солнечная, ветровая, ядерная, гидроэлектрическая и т. д.) либо конечны, либо неэффективны. Солнечная энергия космического базирования является жизнеспособным вариантом, поскольку она может обеспечить стабильное снабжение энергией, не зависящей от перебоев или погодных условий. Тем не менее, ядерный синтез считается основным претендентом на удовлетворение будущих потребностей в энергии из-за его эффективности и плотности энергии. Подсчитано, что один грамм водородного топлива может генерировать до 90 000 киловатт-часов энергии, что эквивалентно 11 метрическим тоннам (12 тоннам США) угля.
Кроме того, естественное содержание дейтерия в океанах Земли составляет примерно один атом дейтерия на каждые 6420 атомов водорода. Этот дейтерий взаимодействует с молекулами воды и заменяет один или оба атома водорода, образуя «полутяжелую воду» (HOD или DOH), а иногда и «тяжелую воду» (D2О). Это получается 4,85×10.13 или 48,5 миллиардов метрических тонн (5,346×1013 тонн США) дейтерия. Как они утверждают в своей статье, извлечение дейтерия из океана уменьшит соотношение дейтерия к водороду (D/H), которое можно будет обнаружить в водяном паре в атмосфере. Тем временем гелий, образующийся в результате ядерных реакций, улетит в космос.
В последние годы было высказано предположение, что избыток углекислого газа и радиоактивных изотопов в атмосфере экзопланеты можно использовать для вывода о наличии индустриальной цивилизации. В том же духе низкие значения D/H в атмосфере экзопланеты (наряду с гелием) могут быть использованы для обнаружения высокоразвитой и долгоживущей цивилизации. Как объяснил Кэтлинг в недавнем интервью phys.org, об этой возможности он начал думать много лет назад.
«Я мало что делал с этой зародышевой идеей, пока в прошлом году не стал соорганизатором встречи астробиологов в обсерватории Грин-Бэнк в Западной Вирджинии», — сказал он. «Измерение соотношения D/H в водяном паре на экзопланетах, конечно, непростая задача. Но это тоже не несбыточная мечта».
Чтобы смоделировать, как будет выглядеть развитая цивилизация, зависящая от термоядерного синтеза, Кэтлинг и его коллеги рассмотрели прогнозы того, как будет выглядеть Земля к 2100 году. 100 Тераватт (ТВт). Затем они умножили это значение в десять раз (1000 ТВт) для более развитой цивилизации и обнаружили, что они снизят значение D/H земного океана до значения межзвездной среды (ISM) примерно через 170 миллионов лет.
Прелесть этого подхода в том, что низкие значения D/H в атмосфере экзопланеты будут сохраняться еще долгое время после того, как цивилизация вымерла, мигрировала за пределы мира или стала еще более развитой и «превзойденной». Что касается стратегий поиска, команда использовала модель переноса атмосферного излучения спектрального картирования (SMART), чтобы определить конкретные длины волн и линии излучения для HDO и H.2О. Эти результаты будут полезны для будущих исследований с участием космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), предлагаемой НАСА Обсерватории обитаемых миров (HWO) и Большого интерферометра для экзопланет (LIFE).
«Все зависит от инженеров и ученых, проектирующих [HWO] и [LIFE] чтобы увидеть, может ли измерение D/H на экзопланетах быть достижимой целью. На данный момент мы можем сказать, что поиск D/H с помощью LIFE представляется возможным для экзопланет с большим количеством водяного пара в атмосфере в области спектра с длиной волны около 8 микрон».
Дополнительная литература: phys.org, arXiv.
