Атмосферное загрязнение поможет найти внеземную цивилизацию

Согласно новому исследованию НАСА, если есть развитая внеземная цивилизация, населяющая соседнюю звездную систему, мы могли бы обнаружить ее, используя ее собственное атмосферное загрязнение. В исследовании рассматривалось присутствие газообразного диоксида азота (NO₂ ), который на Земле образуется при сжигании ископаемого топлива, но также может поступать из непромышленных источников, таких как молнии и вулканы.

Художественная иллюстрация технологически продвинутой экзопланеты. Цвета преувеличены, чтобы показать промышленные загрязнения, которые в противном случае не видны.

Кредиты: НАСА / Джей Фрейдлендер

«На Земле большая часть диоксида азота выделяется в результате деятельности человека – процессов сгорания, таких как выбросы транспортных средств и электростанции, работающие на ископаемом топливе, – сказал Рави Коппарапу из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. – В нижних слоях атмосферы (примерно от 10 до 15 километров) NO ₂ от человеческой деятельности преобладает по сравнению с природными источниками. Следовательно, наблюдение NO ₂ на обитаемой планете потенциально может указывать на присутствие индустриальной цивилизации».

На сегодняшний день астрономы обнаружили более 4000 планет, вращающихся вокруг других звезд. У некоторых могут быть условия, подходящие для жизни, какой мы ее знаем, и в некоторых из этих пригодных для жизни миров жизнь могла развиться до точки, в которой возникла технологическая цивилизация. Поскольку планеты вокруг других звезд находятся слишком далеко, ученые не могут искать признаки жизни или цивилизации, отправляя космические корабли в эти далекие миры. Вместо этого они должны использовать мощные телескопы, чтобы увидеть, что находится внутри атмосферы экзопланет.

Возможным признаком жизни или биосигнатуры может быть комбинация газов, таких как кислород и метан, в атмосфере. Точно так же признаком технологии на экзопланете, называемой техносигнатурой, может быть то, что считается загрязнением здесь, на Земле – присутствие газа, который выделяется в качестве побочного продукта широко распространенного промышленного процесса, такого как NO₂ .

Это исследование является первым случаем, когда NO ₂ рассматривается как возможная техносигнатура.

«В других исследованиях изучались хлорфторуглероды (ХФУ) как возможные техносигнатуры, которые представляют собой промышленные продукты, которые широко использовались в качестве хладагентов до тех пор, пока они не были выведены из употребления из-за их роли в разрушении озонового слоя, – сказал Якоб Хакк-Мисра, соавтор статьи, из Института науки голубого мрамора, Сиэтл, Вашингтон. – ХФУ также являются мощным парниковым газом, который можно использовать для терраформирования такой планеты, как Марс, за счет дополнительного нагрева атмосферы. Насколько нам известно, ХФУ вообще не производятся биологией, поэтому они являются более очевидной технологической сигнатурой, чем NO₂ . Однако ХФУ – это очень специфические производимые химические вещества, которые могут не встречаться где-либо еще. Для сравнения, NO₂ является побочным продуктом любого процесса сгорания».

В своем исследовании команда использовала компьютерное моделирование, чтобы предсказать, вызовет ли загрязнение NO₂ сигнал, который можно обнаружить с помощью существующих и планируемых телескопов. Атмосферный NO₂ сильно поглощает некоторые цвета (длины волн) видимого света, которые можно обнаружить, наблюдая за светом, отраженным от экзопланеты, когда она вращается вокруг своей звезды. Они обнаружили, что для планеты земного типа, вращающейся вокруг звезды, похожей на Солнце, цивилизация, производящая такое же количество NO_2, как наша, может быть обнаружена на расстоянии до 30 световых лет с примерно 400 часами наблюдений с использованием будущего большого телескопа для наблюдения в видимом диапазоне длин волн. Это значительный, но не беспрецедентный период времени, поскольку космическому телескопу Хаббла НАСА потребовалось такое же количество времени для знаменитого наблюдения в глубоком поле . Расстояние в один световой год, которое свет проходит за год, составляет около 9,5 триллионов километров. Для сравнения: самые близкие к нашему Солнцу звезды находятся в системе Альфа Центавра на расстоянии чуть более 4 световых лет, а наша галактика имеет размер около 100 000 световых лет в поперечнике.

Они также обнаружили, что звезды, которые более холодны и встречаются гораздо чаще, чем наше Солнце, такие как звезды K и M-типов, будут давать более сильный, более легко обнаруживаемый сигнал NO₂. Это потому, что такие звезды излучают меньше ультрафиолетового света, который может разрушить NO₂. Более обильные звезды увеличивают вероятность обнаружения внеземной цивилизации.

Поскольку NO₂ также производится естественным путем, ученым придется тщательно проанализировать экзопланету, чтобы увидеть, есть ли избыток, который можно отнести к технологическому обществу.

«На Земле около 76 процентов выбросов NO₂ происходит из-за промышленной деятельности, – отметил Джада Арни из Годдарда, соавтор статьи. – Если мы наблюдаем NO₂ на другой планете, нам придется запускать модели для оценки максимально возможных выбросов NO_2, которые могут быть только из непромышленных источников. Если мы наблюдаем больше NO_2, чем предполагают наши модели, из непромышленных источников, то остальная часть NO₂ можно отнести к промышленной деятельности. Тем не менее, всегда существует вероятность ложного срабатывания при поиске жизни за пределами Земли, и в будущем потребуется работа, чтобы обеспечить уверенность в том, чтобы отличать истинные положительные результаты от ложных».

Другие осложнения включают присутствие облаков или аэрозолей в атмосфере. Облака и аэрозоли поглощают свет с такой же длиной волны, что и диоксид азота, поэтому они могут имитировать сигнатуру. Команда планирует использовать более продвинутую модель, чтобы увидеть, можно ли использовать естественную изменчивость облачного покрова, чтобы различать их. Для этого первоначального исследования ученые использовали модель, которая предполагает, что атмосфера планеты представляет собой один столбец от земли до космоса с множеством слоев. Это хорошее предположение для большинства целей и для быстрых вычислений. Но планеты – это трехмерные объекты, а не отдельные колонны. В последующем исследовании команды будут использоваться 3D-модели, чтобы сравнить точность их первоначальных результатов.