Средняя глобальная температура Земли неуклонно растет с начала промышленной революции. Согласно данным Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), Земля нагревается со скоростью 0,06 °C за десятилетие с 1850 года, что в сумме составило около 1,11 °C. С 1982 года среднегодовой прирост составляет 0,20 °C за десятилетие – более чем в три раза быстрее. Более того, прогнозируется, что эта тенденция усилится, и к середине века температура повысится на 1,5–2 °C, а возможно, и больше.
Это прямое следствие сжигания ископаемого топлива, которое экспоненциально увеличивается с середины XIX века.
В зависимости от степени повышения температуры, влияние на обитаемость Земли может быть катастрофическим. В недавнем исследовании группа ученых изучила, как повышение температуры становится долгосрочной проблемой, стоящей перед развитыми цивилизациями, а не просто вопросом потребления ископаемого топлива.
По их мнению, повышение планетарной температуры может быть неизбежным следствием экспоненциального роста потребления энергии. Их выводы могут иметь серьезные последствия для астробиологии и поиска внеземного разума (SETI).
Исследование было проведено Амедео Бальби, доцентом астрономии и астрофизики в Римского Университета Тор Вергата, и Манасви Лингамом, доцентом кафедры аэрокосмических исследований, физики и космических наук, а также кафедры химии и химической инженерии Флоридского технологического института (Florida Tech).
Статья с подробным описанием их результатов, «Тепловые отходы и обитаемость: ограничения, связанные с потреблением технологической энергии», недавно появилась в сети и проходит рецензирование для публикации в журнале Astrobiology.
Идея о том, что цивилизации в конечном итоге перегреют свою планету, восходит к работам советского ученого Михаила И. Будыко.
В 1969 году он опубликовал новаторское исследование под названием «Влияние изменений солнечной радиации на климат Земли», где утверждал, что:
«Вся энергия, используемая человеком, превращается в тепло, основная часть этой энергии является дополнительным источником тепла по сравнению с нынешним приростом радиации. Простые расчеты показывают, что при нынешних темпах роста использования энергии тепло, производимое человеком, менее чем за двести лет станет сопоставимым с энергией, поступающей от Солнца».
Это простое следствие того, что любое производство и потребление энергии неизбежно приводит к выделению отработанного тепла. Хотя это отработанное тепло вносит лишь незначительный вклад в глобальное потепление по сравнению с выбросами углерода, долгосрочные прогнозы указывают на то, что это может измениться.
Как рассказал Лингам:
«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, дальнейшее повышение температуры на 1 градус Цельсия может быть вызвано отработанным теплом, независимо от усиленного парникового эффекта из-за ископаемого топлива».
«Если производство отработанного тепла будет сохранять свой экспоненциальный рост на протяжении веков, мы показываем, что это может в конечном итоге привести к полной потере обитаемости и гибели всей жизни 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 обитаемом пространстве и энергии может в конечном итоге подтолкнуть цивилизацию к созданию «искусственной биосферы, которая полностью окружит ее родительскую звезду».
Как он описывал, эти мегаструктуры были бы обнаруживаемы инфракрасными приборами из-за «масштабного преобразования звездного света в дальнейшее инфракрасное излучение», что означает, что они будут излучать отработанное 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 этот нагрев представляет собой лишь незначительную часть потепления, вызванного антропогенным парниковым эффектом. Однако, если глобальное потребление энергии будет продолжать расти нынешними темпами, этот эффект может стать значительным в течение нескольких столетий, потенциально влияя на обитаемость Земли».
Чтобы определить, сколько времени потребуется развитым цивилизациям, чтобы достичь точки, когда они сделают свою родную планету непригодной для жизни, Бальби и Лингам создали теоретические модели, основанные на втором законе термодинамики (в его применении к производству энергии).
Затем они применили это к планетарной обитаемости, рассматривая околозвездную обитаемую зону (CHZ) – т.е. орбиты, где планета будет получать достаточное солнечное излучение для поддержания жидкой воды на своей поверхности.
«Мы адаптировали расчет обитаемой зоны, стандартного инструмента в экзопланетных исследованиях. По сути, мы включили дополнительный источник нагрева, обусловленный технологической деятельностью, наряду со звездным излучением», – сказал Бальби.
Еще один ключевой фактор, который они учли, – это экспоненциальные темпы роста цивилизаций и их потребления энергии, как предсказывает шкала Кардашева. Используя человечество в качестве шаблона, мы видим, что мировые темпы потребления энергии выросли с 5 653 тераватт-часов (ТВтч) до 183 230 ТВтч в период с 1800 по 2023 год.
Эта тенденция была не только экспоненциальной, но и ускоряющейся со временем, подобно росту населения за тот же период (1 миллиард в 1800 году до 8 миллиардов в 2023 году). Бальби и Лингам экстраполировали эту тенденцию, чтобы оценить последствия для обитаемости и определить максимальную продолжительность жизни развитой цивилизации после того, как она вступила в период экспоненциального роста.
В конечном счете, они пришли к выводу, что максимальная продолжительность жизни техносфер составляет около 1000 лет, при условии, что они испытывают ежегодный темп роста около 1% в течение всего интересующего периода.
Эти выводы, по словам Бальби, имеют значение как для человечества, так 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 любой гипотетической технологической расы, населяющей 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 представляют некоторые возможные рекомендации относительно того, как мы могли бы избежать превращения нашей планеты в непригодную для жизни. Опять же, есть последствия для SETI, поскольку любое решение, которое мы можем себе представить, скорее всего, уже было реализовано другой развитой инопланетной расой. Бальби сказал:
«Хотя наша статья фокусируется на физике, а не на решении социальных проблем, мы представляем себе несколько сценариев, которые могли бы помочь технологической расе смягчить ограничения отработанного тепла и отсрочить его наступление. Достаточно развитая цивилизация может использовать технологии для противодействия нагреванию, например, использовать звездные экраны».
«В качестве альтернативы, они могли бы перенести большую часть своей технологической инфраструктуры за пределы планеты, в космос. Такие мега-инженерные проекты имели бы значительные последствия для нашего поиска техносигнатур. Менее амбициозный, но, возможно, более осуществимый подход заключался бы в снижении потребления энергии за счет замедления роста. Конечно, мы не можем предсказать, какой из этих вариантов наиболее вероятен».
Читайте также: По шкале цивилизаций Кардашева человечество не достигло даже первого уровня
