343
Учені давно шукали ознаки життя за межами Землі, шукаючи кисень. Цей газ підтримує дихання і дозволяє тваринам і рослинам процвітати. Тепер дослідники припускають, що кисень також може вказувати на передову технологію. Якщо атмосфера екзопланети містить достатньо кисню, це може не тільки підтримувати організми, але й допомагати їм розпалювати вогонь, будувати структури та створювати механізми. Дослідження в Nature Astronomy представляє цю точку зору, підкреслюючи значення кисню як більше, ніж просто ознаку біології.
Кисень, цивілізація і технології
Керівниками цього дослідження є Адам Френк, професор фізики та астрономії Рочестерського університету Хелен Ф. і Фред Х. Гоуен, і Амедео Бальбі, доцент кафедри астрономії та астрофізики Ромського університету Тор Вергата, Італія. Разом зі своєю командою вони вирішили дослідити, чи є кисень ключовим фактором, що дозволяє позаземним цивілізаціям виникати та процвітати завдяки розвитку технологій.
«Ми готові знайти сліди життя в чужих світах», — каже Френк. «Але як умови [кисню] на планеті говорять нам про можливості розвитку розумного, технологічного життя?»
Це питання змушує досліджувати роль кисню за межами дихання та метаболізму, особливо у зв’язку з великомасштабною промисловою діяльністю.
Чому кисень важливий для цивілізацій
Фотосинтез на Землі забезпечує основну частину нашого кисню на нашій планеті завдяки незліченній кількості організмів, які використовують сонячне світло для виробництва їжі. Оскільки цей процес виробляє дуже багато кисню, його вважають біосигнатурою. Планета зі значним рівнем кисню натякає на те, що життя може бути присутнім, але Френк і Бальбі стверджують, що кисень також виконує й другу функцію.
«У нашій статті ми досліджуємо, чи будь-який склад атмосфери буде сумісний із наявністю передових технологій», — каже Балбі. «Ми виявили, що вимоги до атмосфери можуть бути досить жорсткими».
Зв’язок із технологією походить від спалювання на відкритому повітрі. Виплавка металів, приготування їжі та живлення двигунів – усе залежить від кисню. Будь-якій інопланетній цивілізації, яка кує метали, знадобиться певний відсоток кисню в повітрі, щоб надійно підтримувати вогонь. Відповідно до історії Землі цей відсоток становить близько 18 відсотків.
Пожежа та 18% бар’єр
«Можливо, ви зможете отримати біологію — можливо, ви навіть зможете отримати розумних істот — у світі, де немає кисню, — каже Френк, — але без готового джерела вогню ви ніколи не підете вище. технологія, оскільки вища технологія вимагає палива та плавлення». Він звертає увагу на роль вогню у формуванні інструментів, інфраструктури та виробництва енергії. Обробка металу, наприклад, залежить від підтримки достатньо гарячого полум’я, щоб розплавити руду та створити витончені структури. Френк і Балбі називають цю вимогу «кисневим вузьким місцем». На планеті можуть існувати різноманітні форми життя, але вона залишатиметься без спалювання, необхідного для промислового прориву.
«Наявність високого рівня кисню в атмосфері схожа на вузьке горлечко, яке потрібно пройти, щоб мати технологічний вид», — каже Френк. «У вас все інше може працювати, але якщо у вас немає кисню в атмосфері, ви не матимете технологічного виду».
Технологія Oxygen + створює «технопідписи»
Френк вважає, що екзопланети з рівнем кисню не менше 18 відсотків повинні бути у верхній частині нашого списку пошуку.
«Націлювання на планети з високим рівнем кисню має бути пріоритетним, оскільки наявність або відсутність високого рівня кисню в атмосферах екзопланет може бути головною підказкою в пошуку потенційних техносигнатур», — каже Френк.
Планети, які перевищують цей рівень, можуть мати потужності для заводів, інфраструктури чи комунікаційних мереж. Балбі зазначає, що інтерпретувати будь-який можливий сигнал про розумне життя буде складно.
«Наслідки відкриття розумного технологічного життя на іншій планеті були б величезними», — додає Балбі. «Тому ми повинні бути надзвичайно обережними в інтерпретації можливих виявлень.
Їхнє дослідження свідчить про те, що астрономи повинні скептично ставитися до потенційних техносигнатур планети з недостатньою кількістю кисню в атмосфері.
Техносфера проти біотехносфери
Точка зору Френка та Балбі також охоплює ідею техносфери, яка є колективним результатом розвиненої цивілізації. Заводи, транспортні засоби та електромережі підходять під цю марку. Вони покладаються на ресурси, які надає біосфера планети, але виходять за межі суто природних процесів. Спалювання палива на відкритому повітрі було центральним у кожному великому промисловому стрибку, від кування сталі до виробництва електроенергії.
Коли ці технології досягають глобального масштабу, вони утворюють біотехносферу. Цей термін стосується взаємодії живих систем і технологій — по суті, того, як співіснують організми та машини. На Землі це включає все, починаючи від смартфонів і закінчуючи фермами, і все працює пліч-о-пліч. Добре налагоджена біотехносфера може створювати чіткі сигнали в атмосфері: відпрацьовані гази, незвичайні моделі тепла або хімічні речовини, які зазвичай не зустрічаються в природі.
Балансування машин і екосистем
Історія показує, що коли технологія розширюється, вона іноді може пошкодити або змінити середовище. Заводи можуть викачувати забруднюючі речовини в повітря, тоді як вирубка лісів усуває середовища існування, які виробляють кисень. І все ж рух до чистішої енергії та ефективнішого використання ресурсів триває. Якщо будь-яка інопланетна цивілізація піде подібним шляхом, ми можемо виявити певні побічні продукти у вигляді парникових газів або сконструйованих молекул.
Хоча основна увага приділяється кисню, інші фактори також мають значення, наприклад температура та доступ до металів або палива. Планеті можуть знадобитися стабільні умови для розвитку життя до точки, коли промисловість стане можливою. Тим не менш, висновки Френка та Балбі підкреслюють, наскільки кисень виділяється серед цих факторів, оскільки він безпосередньо забезпечує процеси горіння.
Вогонь і прогрес у минулому Землі
Власний розвиток Землі завдяки прогресу в технологіях дає зрозуміти, наскільки життєво важливим був кисень для технічних досягнень. Коли в нашій атмосфері його було достатньо, люди навчилися використовувати вогонь для приготування їжі та виготовлення міцніших матеріалів. Від простого ковальства до сучасного виробництва, кожен етап розвитку передбачав спалювання на відкритому повітрі.
«Все інше може працювати, але якщо в атмосфері немає кисню, у вас не буде технологічного виду», — каже Френк.
Ця ідея підкреслює, як єдиний фактор — кисень — може відкрити або закрити двері для промислового прогресу, змінивши весь майбутній шлях планети.
Кисень, технології та наступні кроки
Обсерваторії, які зараз працюють, можуть незабаром збирати детальні дані про атмосфери екзопланет. Виявлення високого вмісту кисню може позначити світ, який підтримує розвинені живі організми. Наступним завданням є пошук доказів промисловості чи технології, які іноді називають технопідписами. Вони можуть виглядати як хімічні випромінювання, радіосигнали або певні спектральні лінії. Якщо ці дві перевірки — вміст кисню вище 18 відсотків і докази штучної активності — обидва дадуть результати, ми матимемо переконливий доказ того, що ми ділимо Всесвіт з іншою технологічною цивілізацією. Ця реальність може змінити те, як ми бачимо себе та своє місце серед зірок.
Чому щось із цього має значення?
Розуміння значення атмосферного кисню також може спонукати до роздумів про нашу рідну планету. Людська промисловість значною мірою залежить від спалювання, від роботи автомобілів до живлення фабрик. Це змінило екосистеми Землі. Коли ми дізнаємося більше про те, як кисень в атмосфері сприяє або обмежує технології, ми можемо отримати нові ідеї щодо того, як керувати власним балансом між ростом і здоров’ям навколишнього середовища.
Зрештою, аргумент Френка та Балбі показує, що кисень може зробити набагато більше, ніж підтримувати живі клітини. Це може бути найчіткішим сигналом того, чи може планета підтримувати технології, які формують сучасні суспільства. Визнаючи 18-відсотковий поріг, вчені можуть уточнити свої пошуки розвиненого життя і, можливо, наблизитися до відповіді на давнє запитання: чи ми одні, чи хтось інший використовує вогонь, щоб змінити свій світ? Повний текст дослідження опубліковано в журналі Nature Astronomy.
