Kan fremmede solpaneler være teknosignaturer?

Hvis fremmede teknologiske civilisationer eksisterer, bruger de næsten helt sikkert solenergi. Sammen med vind er det den reneste, mest tilgængelige form for energi, i det mindste her på Jorden. Drevet af teknologiske fremskridt og masseproduktion vokser solenergi på Jorden hurtigt.

Det virker sandsynligt, at ETI'er (Extraterrestrial Intelligence), der bruger udbredt solenergi på deres planet, kan gøre os bekendt med deres tilstedeværelse.

Hvis der findes andre ETI'er, kan de let være foran os teknologisk. Silicium solpaneler kan bruges i vid udstrækning på deres planetariske overflader. Kunne deres masseimplementering udgøre en detekterbar teknosignatur?

Forfatterne af et nyt papir udsendte til arXiv preprint server undersøge det spørgsmål. Artiklen har titlen "Detectability of Solar Panels as a Technosignature", og den er planlagt til offentliggørelse i The Astrophysical Journal . Hovedforfatteren er Ravi Kopparapu fra NASAs Goddard Space Flight Center.

I deres papir vurderer forfatterne sporbarheden af ​​siliciumbaserede solpaneler på en jordlignende beboelig zoneplanet. "Siliciumbaserede fotovoltaiske celler har høj reflektans i UV-VIS og i nær-IR, inden for bølgelængdeområdet for et rumbaseret flagskibsmissionskoncept som Habitable Worlds Observatory (HWO)," skriver forfatterne.

HWO ville søge efter og afbilde jordlignende verdener i beboelige zoner. Der er ingen tidslinje for missionen, men 2020 Decadal Survey anbefalede, at teleskopet blev bygget. Denne forskning ser frem til missionen eller en lignende engang i fremtiden.

Naturligvis gør forfatterne en række antagelser om en hypotetisk ETI ved brug af solenergi. De antager, at en ETI bruger storskala fotovoltaik (PV'er) baseret på silicium, og at deres planet kredser om en sollignende stjerne. Silicium PV'er er omkostningseffektive at producere, og de er velegnede til at udnytte energien fra en sollignende stjerne.

Kopparapu og hans medforfattere er ikke de første til at foreslå, at silicium PV'er kunne udgøre en teknosignatur. I et papir fra 2017 skrev Avi Loeb og Manasvi Lingam fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, at siliciumbaserede PV'er skaber en kunstig kant i deres spektre. Denne kant ligner den "røde kant", der kan spores i Jordens vegetation, når den ses fra rummet, men skiftes til kortere bølgelængder.

"Fremtidige observationer af reflekteret lys fra exoplaneter ville være i stand til at detektere både naturlige og kunstige kanter fotometrisk, hvis en betydelig del af planetens overflade er dækket af henholdsvis vegetation eller fotovoltaiske arrays," skrev Lingam og Loeb.

"'Kanten' refererer til den mærkbare stigning i reflektansen af ​​det pågældende materiale, når et reflekteret lysspektrum tages af planeten," forklarer forfatterne af den nye forskning. Satellitter overvåger den røde kant på Jorden for at observere landbrugsafgrøder, og det samme kunne gælde for sansning af PV'er på andre verdener.

Mens Lingam og Loeb foreslog muligheden, gravede Kopparapu og hans medforfattere dybere. De påpeger, at vi kunne generere nok energi til vores behov (fra 2022), hvis kun 2,4% af jordens overflade var dækket af siliciumbaserede PV'er. Tallet på 2,4 % er kun nøjagtigt, hvis den valgte placering er optimeret. For Jorden betyder det Sahara-ørkenen, og noget lignende kan være sandt i en fremmed verden.

Forfatterne forklarer, "Denne region er både tæt på ækvator, hvor en forholdsvis større mængde solenergi ville være tilgængelig hele året, og har minimal skydækning."

Forfatterne arbejder også med et landdækningstal på 23 %. Dette tal afspejler tidligere forskning, der viser, at for en forventet maksimal befolkning på 10 milliarder mennesker, ville 23 % landdækning give en høj levestandard for alle.

De bruger det også som en øvre grænse, fordi alt ud over det virker meget usandsynligt og ville have negative konsekvenser. På Jorden er hele Afrikas kontinent omkring 23 % af overfladen.

Forfatternes beregninger viser, at et 8-meter teleskop svarende til HWO ikke ville opdage en jordlignende exoplanet med 2,4 % af dens overflade dækket med PV'er.

Hvis en ETI dækkede 23% af sin overflade med energi-høstende PV'er, ville det så kunne spores? Det ville være vanskeligt at afvikle planetens lys fra stjernens lys og ville kræve hundredvis af timers observationstid for at nå et acceptabelt signal-til-støj-forhold (S/N).

"Fordi vi har valgt området 0,34 µm-0,52 µm til at beregne virkningen af ​​siliciumpaneler på reflektansspektrene, er forskellen mellem en planet med og uden silicium ikke markant anderledes, selv med 23% landdækning," forklarer forfatterne.

Teknologiske fremskridt tilføjer endnu en rynke til disse tal. Efterhånden som PV-teknologien udvikler sig, vil en ETI dække mindre af sin planets overfladeareal for at generere den samme mængde energi, hvilket gør detektion endnu vanskeligere.

Solenergi udvider sig hurtigt på Jorden. Hvert år implementerer flere individuelle hjem, virksomheder og institutioner solcellepaneler. De udgør måske ikke teknosignaturer, men individuelle installationer er ikke det eneste, der vokser.

Kina byggede et stort solenergianlæg kaldet Gonghe Photovoltaic Project i sin tyndt befolkede Qinghai-provins. Den genererer 3182 MW. Indien har Bhadla Solar Park (2.245 MW) i Thar-ørkenen. Saudi-Arabien har bygget flere nye solcelleanlæg og har til hensigt at bygge flere. Andre innovative solenergiprojekter annonceres jævnligt.

Men vil vi realistisk nogensinde dække 2,4 % af vores planet i solpaneler? Skal vi det? Der er mange spørgsmål.

Det er udfordrende at generere solenergi i varmen i Sahara-ørkenen. Den ekstreme varme reducerer effektiviteten. Opbygning af den infrastruktur, der kræves for at levere energien til befolkningscentre, er også en anden udfordring.

Overvej derefter, at siliciumbaserede PV'er muligvis ikke er slutpunktet i udvikling af solpaneler. Perovskite-baserede PV'er lover meget at overgå silicium. De er mere effektive end silicium, og forskere slår ofte energirekorder med dem (i laboratorier). Ville perovskit-PV'er skabe den samme "kant" i en planets spektre?

Forfatterne overvejede ikke specifikke teknologiske fremskridt som perovskit, fordi det ligger uden for omfanget af deres papir.

Den nederste linje er, at siliciumbaserede solpaneler på en planetoverflade sandsynligvis ikke vil skabe en let detekterbar teknosignatur.

"Under forudsætning af et 8 meter HWO-lignende teleskop, med fokus på reflektionskanten i UV-VIS, og i betragtning af varierende landdækning af solpaneler på en jordlignende exoplanet, der matcher det nuværende og forventede energibehov, vurderer vi, at flere hundrede timers observationstid er nødvendig for at nå en SNR på ~5 for en høj landdækning på ~23%," skriver forfatterne.

Forfatterne undrer sig også over, hvad dette betyder for Kardashev-skalaen og ting som Dyson Spheres. I det paradigme kræver ETI'er mere og mere energi og bygger til sidst et mega ingeniørprojekt, der høster al den energi, der er tilgængelig fra deres stjerne. En Dyson-sfære ville skabe en kraftfuld teknosignatur, og astronomer leder allerede efter dem.

Men hvis tallene i denne forskning er korrekte, vil vi muligvis aldrig se en, fordi de ikke er nødvendige.

"Vi finder ud af, at selv med betydelig befolkningstilvækst, vil energibehovet for den menneskelige civilisation være adskillige størrelsesordener under energitærsklen for en Kardashev Type I-civilisation eller en Dyson-sfære/sværm, som udnytter energien fra en stjerne," konkluderer de. .

"Denne undersøgelse undersøger nytten af ​​sådanne begreber og adresserer potentielt et afgørende aspekt af Fermi-paradokset:Vi har endnu ikke opdaget nogen storstilet ingeniørvirksomhed, muligvis fordi avancerede teknologier måske ikke har brug for dem."