|
Зависимость внеземной цивилизации от ядерного синтеза
|
|
|
|
Внеземным цивилизациям требуется большое количество энергии по мере их продвижения по шкале Кардашева. Запасы ископаемого топлива ограничены, энергия ветра и солнца не содержит углерода, но не так эффективна, как ископаемое топливо, а традиционная ядерная энергетика зависит от запасов расщепляющегося материала и связана с проблемой отходов. Таким образом, любой высокоразвитый инопланетный вид вполне может обратиться к ядерному синтезу для удовлетворения своих постоянно растущих энергетических потребностей (если только они не открыли еще более совершенные энергетические процессы, о которых мы пока не знаем).
|
|
|
|
Синтез дейтерия (D) - это одна из простейших форм ядерного синтеза, при которой D соединяется с тритием или другим D. Поскольку, насколько нам известно, жизнь нуждается в воде, океаны в развитых странах могли бы обеспечить ее достаточным количеством в океанской воде.
|
|
|
|
На Земле вода содержит незначительное количество тяжелой воды, при этом дейтерий заменяет один или оба атома водорода, чтобы существовать в виде HOD или DOH и редко в виде D2O. Извлечение дейтерия из океана привело бы к снижению соотношения дейтерия к водороду, D/H, в том числе в водяном паре атмосферы, в то время как гелий, образующийся в результате ядерных реакций, улетучился бы в космос. Могут ли низкие значения D/H в атмосфере экзопланеты быть техносигналом долгоживущей, сверхразвитой внеземной жизни?
|
|
|
|
|
|
|
Это то, о чем некоторое время назад задумался Дэвид К. Кэтлинг из Вашингтонского университета. "Я не придавал особого значения этой идее, пока в прошлом году не стал одним из организаторов конференции по астробиологии в обсерватории Грин-Бэнк в Западной Вирджинии", - сказал он.
|
|
|
|
Во время мозгового штурма по SETI он провел предварительный анализ, который в конечном итоге привел к трехстороннему сотрудничеству и подготовке статьи на эту тему, которая появится в журнале Astrophysical Journal и будет опубликована на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
"Измерить соотношение D/H в водяном паре на экзопланетах, конечно, не так-то просто", - сказал он. "Но, согласно его анализу, это и не несбыточная мечта". Одним из больших преимуществ поиска низких значений D/H в атмосфере экзопланеты является то, что они будут сохраняться, даже если высокоразвитая жизнь на их планете вымерла или мигрировала, что увеличивает шансы обнаружить этот техносигнатур.
|
|
|
|
На Земле, где человечество в настоящее время находится на уровне 0,73 балла по шкале Кардашева, природный дейтерий в океане составляет примерно один атом на каждые 6240 атомов водорода, или 35 граммов дейтерия на каждую тонну морской воды. (В совокупности это составляет 4,85 * 10^13 тонн дейтерия.) Соотношение D/H в нашей атмосфере почти такое же. Дейтерий может соединяться сам с собой и в результате цепочки ядерных реакций в конечном итоге вырабатывает 335 гигаджоулей энергии на грамм дейтерия.
|
|
|
|
Используя Землю в качестве модели экзопланеты с развитой жизнью, Кэтлинг и его коллеги рассчитали мощность термоядерного синтеза, которая примерно в 10 раз превысит прогнозируемую для людей на следующее столетие, - около 100 ТВт в 2100 году при населении в 10,4 миллиарда человек (в пять раз больше, чем сегодня). Эти 1000 тераватт (ТВТ) — что может быть небольшим количеством для высокоразвитых видов (или их роботизированных потомков!) — примерно за 170 миллионов лет снизили бы значение D/H в океане земного типа до значения, характерного для местной межзвездной среды, примерно 16 частей на миллион.
|
|
|
|
"Если бы было обнаружено, что соотношение D/H в воде экзопланеты существенно ниже [межзвездной среды] values...it, это было бы странно и аномально", - пишет группа в своей статье.
|
|
|
|
Если бы случайно на их экзопланете был океан, составляющий всего несколько процентов от земного, — так называемая "планета суши", - D/H достигла бы аномально низких значений примерно через 1-10 миллионов лет. Это примерно соответствует средней продолжительности жизни млекопитающих с тех пор, как столкновение с Чиксулубом положило конец динозаврам, - около 3 миллионов лет.
|
|
|
|
Другие планеты имеют более высокие значения D/H, такие как Венера и Марс, но такие процессы, как безудержный парниковый эффект на Венере и физические процессы эвакуации на Марсе, сделали обе планеты непригодными для жизни. Таким образом, более высокое значение D/H, чем у Земли, "вероятно, указывает на планету, которая проблематична для обитаемости в геологических масштабах времени".
|
|
|
|
Подобные расчеты привели группу к предложению искать необычно низкое содержание D/H в водяном паре планеты в качестве потенциального техносигнала, который они называют "потенциально обнаруживаемым дистанционно".
|
|
|
|
Используя модель спектрального картирования атмосферного переноса излучения (SMART), они предложили конкретные длины волн для поиска среди линий излучения HDO и H2O. HDO обладает сильными линиями в инфракрасной и ближней инфракрасной части электромагнитного спектра, и в 2019 году ученые впервые обнаружили водяной пар в атмосфере потенциально обитаемой планеты.
|
|
|
|
Две разрабатываемые миссии - обсерватория обитаемых миров НАСА (HWO), которая последует за космическим телескопом Джеймса Уэбба, и европейский Большой интерферометр для экзопланет (LIFE), возможно, смогут измерить D/H.
|
|
|
|
"Инженеры и ученые, разрабатывающие [HWO] и [LIFE], должны выяснить, может ли измерение D/H на экзопланетах быть достижимой целью", - сказал Кэтлинг, отметив, что один ученый из команды LIFE рассматривает этот вопрос после прочтения их статьи.
|
|
|
|
"Что мы можем сказать на данный момент, так это то, что поиск D/H признаков ЖИЗНИ, по-видимому, возможен для экзопланет с большим количеством водяного пара в атмосфере в области спектра с длиной волны около 8 микрон".
|
|
|
|
Источник
|
