Mogu li izvanzemaljski solarni paneli biti tehnopotpisi?

Ako tehnološki napredne izvanzemaljske civilizacije postoje, gotovo sigurno koriste solarnu energiju. Uz energiju vjetra, solarna energija je najčišći i najpristupačniji oblik energije, barem ovdje na Zemlji. Potaknuta tehnološkim napretkom i masovnom proizvodnjom, solarna energija na Zemlji brzo se širi. Čini se vjerojatnim da bi izvanzemaljska inteligencija koja koristi raširenu solarnu energiju na svom planetu mogla učiniti svoju prisutnost poznatom nama.

Ako postoje druge izvanzemaljske inteligencije, lako bi mogle biti tehnološki naprednije od nas. Silicijski solarni paneli mogli bi biti široko korišteni na njihovim planetarnim površinama. Može li njihova masovna implementacija predstavljati detektabilni tehnopotpis?

Autori novog rada objavljenog na otvorenom arXiv ispituju to pitanje. Glavni autor je Ravi Kopparapu iz NASA-inog Goddard Space Flight Centera.

Istraživanje detektabilnosti solarnih panela

U svom radu, autori procjenjuju detektabilnost silicijskih solarnih panela na planetu sličnom Zemlji u nastanjivoj zoni. “Silicijske fotonaponske ćelije imaju visoku refleksiju u UV-VIS i bliskom IR području, unutar valnog raspona svemirske misije kao što je Opservatorij naseljivih svjetova, “(Habitable Worlds Observatory ili skraćeno HWO)”, pišu autori.

Opservatorij naseljivih svjetova bi tražio i snimao svjetove slične Zemlji u nastanjivim zonama. Nema vremenskog okvira za misiju, ali Decadal Survey iz 2020. preporučio je izgradnju teleskopa. Ovo istraživanje gleda unaprijed na tu misiju ili neku sličnu u budućnosti.

Pretpostavke o korištenju solarne energije

Naravno, autori postavljaju niz pretpostavki o hipotetičkoj izvanzemaljskoj inteligenciji koja koristi solarnu energiju. Pretpostavljaju da izvanzemaljska inteligencija koristi velike fotonaponske sustave temeljene na siliciju i da njihov planet kruži oko zvijezde slične Suncu. Silicijski fotonaponski sustavi su isplativi za proizvodnju i dobro su prilagođeni za iskorištavanje energije zvijezde slične Suncu.

Kopparapu i njegovi suautori nisu prvi koji sugeriraju da bi silicijski fotonaponski sustavi mogli predstavljati tehnopotpis. U znanstvenom radu iz 2017., Avi Loeb i Manasvi Lingam iz Harvard-Smithsonian Centra za astrofiziku napisali su da silicijski fotonaponski sustavi stvaraju umjetni rub u svojim spektrima. Taj rub je sličan “crvenom rubu” koji je detektabilan u vegetaciji Zemlje kada se gleda iz svemira, ali pomaknut prema kraćim valnim duljinama.

Razlike u refleksiji svjetlosti

“Buduća opažanja reflektirane svjetlosti s egzoplaneta mogla bi fotometrijski detektirati i prirodne i umjetne rubove ako je značajan dio površine planeta prekriven vegetacijom ili fotonaponskim sustavima”, napisali su Lingam i Loeb.

“Rub se odnosi na primjetno povećanje refleksije materijala kada se uzme spektralna refleksija planeta”, objašnjavaju autori novog istraživanja. Sateliti prate crveni rub na Zemlji kako bi promatrali poljoprivredne usjeve, a isto bi se moglo primijeniti na otkrivanje fotonaponske sustave na drugim svjetovima.

Učinkovitost detekcije

Dok su Lingam i Loeb sugerirali mogućnost, Kopparapu i njegovi suautori su otišli dublje. Ističu da bismo mogli generirati dovoljno energije za naše potrebe (od 2022.) ako bi samo 2,4% Zemljine površine bilo prekriveno silicijskim fotonaponskim sustavima. Brojka od 2,4% točna je samo ako je odabrana lokacija optimizirana. Za Zemlju, to znači Sahara, a nešto slično može biti istinito na izvanzemaljskom svijetu.

Autori objašnjavaju: “Ova regija je blizu ekvatora, gdje je tijekom cijele godine dostupno relativno više solarne energije, a ima i minimalno oblačno pokrivanje.” Autori također rade s brojkom od 23% pokrivenosti kopna. Ova brojka odražava prethodna istraživanja koja pokazuju da bi za projiciranu maksimalnu ljudsku populaciju od 10 milijardi ljudi, 23% pokrivenosti kopna osiguralo visok životni standard za sve.

Gornje granice i praktičnost

Također je koriste kao gornju granicu jer bi sve više od toga bilo vrlo malo vjerojatno i imalo bi negativne posljedice. Na Zemlji, cijeli kontinent Afrike čini oko 23% površine. Autori’ izračuni pokazuju da teleskop od 8 metara sličan HWO-u ne bi detektirao egzoplanet sličan Zemlji s 2,4% njegove površine prekrivene fotonaponskim sustavima.

Ako bi izvanzemaljska inteligencija prekrila 23% svoje površine fotonaponskim sustavima za prikupljanje energije, bi li to bilo detektabilno? Bilo bi teško razdvojiti svjetlost planeta od svjetlosti zvijezde i bilo bi potrebno stotine sati opažanja kako bi se postigao prihvatljiv omjer signal-šum. “Budući da smo odabrali raspon od 0,34 µm–0,52 µm za izračunavanje utjecaja silicijskih panela na spektralnu refleksiju, razlika između planeta s i bez silicija nije značajna, čak ni uz 23% pokrivenosti kopna,” objašnjavaju autori.

Utjecaj tehnološkog napretka

Tehnološki napredak dodaje još jedan sloj ovim brojkama. Kako tehnologija fotonaponskih sustava napreduje, izvanzemaljska inteligencija bi pokrivala manji dio površine svog planeta kako bi generirala istu količinu energije, što bi detekciju učinilo još težom. Solarna energija se brzo širi na Zemlji. Svake godine, sve više pojedinačnih domova, tvrtki i institucija implementira solarne sustave. Oni možda neće predstavljati tehnopotpis, ali pojedinačne instalacije nisu jedina stvar koja raste.

Kina je izgradila ogromnu solarnu elektranu pod nazivom Gonghe Photovoltaic Project u rijetko naseljenoj provinciji Qinghai. Generira 3182 MW. Indija ima Bhadla Solar Park (2245 MW) u pustinji Thar. Saudijska Arabija izgradila je nekoliko novih solarnih elektrana i namjerava izgraditi još. Redovito se najavljuju i drugi inovativni solarni projekti.

Izazovi implementacije solarnih panela

Ali hoćemo li realno ikada prekriti 2,4% našeg planeta solarnim sustavima? Hoće li nam to biti potrebno? Puno je pitanja. Generiranje solarne energije u vrućini pustinje Sahare je izazovno. Ekstremna vrućina smanjuje učinkovitost. Izgradnja infrastrukture potrebne za isporuku energije u naseljena središta također je izazov.

Također treba uzeti u obzir da silicijski fotonaponski sustavi možda nisu krajnja točka u razvoju solarnih panela. Fotonaponski sustavi temeljeni na perovskitu obećavaju nadmašiti silicij. Učinkovitiji su od silicija, a istraživači često postavljaju energetske rekorde s njima (u laboratorijima). Bi li fotonaponski sustavi temeljeni na perovskitu stvarali isti “rub” u spektru planeta?

Autori nisu uzeli u obzir specifične tehnološke napretke poput perovskita jer je to izvan opsega njihovog rada.

Dakle, koji je zaključak?

Zaključak je da silicijski solarni paneli na planetarnoj površini vjerojatno neće stvoriti lako detektabilni tehnopotpis.

“Pod pretpostavkom teleskopa poput HWO-a od 8 metara, fokusiranog na refleksijski rub u UV-VIS području, i uzimajući u obzir varijabilnu pokrivenost kopna solarnim panelima na egzoplanetu sličnom Zemlji koji odgovara sadašnjim i projiciranim energetskim potrebama, procjenjujemo da je potrebno nekoliko stotina sati opažanja kako bi se postigao omjer S/N od ~5 za visoku pokrivenost kopna od ~23%,” pišu autori.

Kardashevljeva skala i Fermijev paradoks

Autori se također pitaju što ovo znači za Kardaševa skala i stvari poput Dysonovih sfera. U toj paradigmi, izvanzemaljske inteligencije trebale bi sve više energije i na kraju bi izgradile ogromne inženjerske projekte koji prikupljaju svu energiju njihove zvijezde. Dysonova sfera bila bi jedan takav projekt i stvorila bi snažan tehnopotpis koji astronomi već traže.

Međutim, ako su brojke iz ovog istraživanja točne, možda nikada nećemo vidjeti takve strukture jer možda nisu potrebne. “Otkrivamo da bi, čak i uz značajan rast populacije, energetske potrebe ljudske civilizacije bile nekoliko redova veličine ispod energetskog praga za Kardashevljevu tip I civilizaciju ili Dysonovu sferu/sustav koji iskorištava energiju zvijezde,” zaključuju autori. “Ova linija istraživanja preispituje korisnost takvih koncepata i potencijalno objašnjava jedan ključni aspekt Fermijevog paradoksa: Nismo otkrili nikakve velike inženjerske projekte jer napredne tehnologije možda nisu potrebne.