産業革命以降、地球の平均気温は着実に上昇している。米国海洋大気庁(NOAA)によると、1850年以降、地球は10年ごとに0.06℃(0.11°F)の割合で温暖化しており、合計で約1.11℃(2°F)上昇している。1982年以降、年間平均上昇率は10年あたり0.20℃(0.36°F)と、3倍以上に加速している。さらに、この傾向は今世紀半ばまでに1.5〜2℃(2.7〜3.6°F)、場合によってはそれ以上上昇すると予測されている。これは19世紀半ば以降、指数関数的に増加した化石燃料の燃焼の直接的な結果である。
気温上昇の程度によっては、地球の居住可能性に壊滅的な影響を及ぼす可能性がある。最近の研究で、科学者チームは気温上昇が単に化石燃料消費の問題だけでなく、高度な文明が直面する長期的な問題であることを検証した。彼らは、惑星の気温上昇がエネルギー消費の指数関数的成長の必然的結果である可能性を主張している。彼らの発見は、宇宙生物学と地球外知的生命体の探査(SETI)に重大な影響を与える可能性がある。
この研究は、ローマ・トル・ヴェルガータ大学の天文学・宇宙物理学准教授Amedeo Balbiと、フロリダ工科大学(Florida Tech)の航空宇宙・物理・宇宙科学部および化学・化学工学部の助教授Manasvi Lingamによって実施された。彼らの調査結果を詳述した論文「Waste Heat and Habitability: Constraints from Technological Energy Consumption」が最近オンラインで公開され、現在「Astrobiology」誌に掲載するための審査中である。
文明が最終的に自らの惑星を過熱させるという考えは、ソビエトの科学者Mikhail I. Budykoの研究にさかのぼる。1969年、彼は画期的な研究「The effect of solar radiation variations on the climate of the Earth」を発表し、次のように主張した。「人間が使用するすべてのエネルギーは熱に変換され、このエネルギーの大部分は現在の放射収支と比較して追加の熱源となる。簡単な計算によると、現在のエネルギー使用増加率では、200年も経たないうちに人間が生産する熱が太陽から来るエネルギーに匹敵するようになる」。
これは、すべてのエネルギー生産と消費が不可避的に廃熱を生み出すという単純な結果である。現在、この廃熱は炭素排出と比較して地球温暖化への寄与は限定的だが、長期的な予測ではこの状況が変化する可能性がある。Lingamは Universe Today にメールで次のように述べている：
「現在、廃熱が地球の気温上昇に寄与する割合は最小限です。しかし、廃熱生産が今後1世紀にわたって指数関数的な軌道を描くと、化石燃料による温室効果の増大とは無関係に、廃熱だけで気温がさらに1度セルシウス(1.8°F)上昇する可能性があります。廃熱生成が数世紀にわたって指数関数的成長を維持すると、最終的には居住可能性の完全な喪失と地球上のすべての生命の絶滅につながる可能性があることを私たちは示しています」。
ダイソン球は、高度な文明の指数関数的成長の結果として生じる廃熱の適切な例である。Freeman Dysonは、元の提案論文「Search for Artificial Stellar Sources of Infrared Radiation」で、より多くの居住可能な空間とエネルギーへの需要が、最終的に文明を「親星を完全に取り囲む人工バイオスフィア」の創造へと駆り立てる可能性があると論じた。彼が説明したように、これらのメガストラクチャーは「星光の大規模な遠赤外線への変換」により赤外線観測機器で検出可能であり、つまり宇宙に廃熱を放射するということである。
この研究の筆頭著者であるBalbiは次のように付け加えた。「私たちの論文で探求している加熱は、あらゆる形態のエネルギーの変換から生じるものであり、熱力学の法則の避けられない結果です。現在の地球では、この加熱は人為的な温室効果による温暖化のごくわずかな割合しか占めていません。しかし、世界のエネルギー消費が現在の速度で成長し続ければ、この効果は数世紀以内に重要になり、地球の居住可能性に影響を与える可能性があります」。
Balbiと Lingamは、高度な文明が母星を居住不可能にするまでの時間を決定するために、エネルギー生産に適用される熱力学第二法則に基づく理論モデルを作成した。そして、これを周恒星居住可能領域(CHZ)、つまり惑星が表面に液体の水を維持するのに十分な太陽放射を受ける軌道を考慮することで、惑星の居住可能性に適用した。
Balbiは次のように述べている。「我々は系外惑星研究の標準ツールである居住可能領域の計算を適応させました。本質的に、恒星からの放射に加えて、技術的活動に由来する追加の熱源を組み込みました。」彼らが考慮したもう一つの重要な要素は、カルダシェフ・スケールが予測する文明とそのエネルギー消費の指数関数的成長率である。人類を例にとると、世界のエネルギー消費率は1800年から2023年の間に5,653テラワット時(TWh)から183,230 TWhに増加した。
この傾向は指数関数的であっただけでなく、時間とともに加速し、同期間の人口成長(1800年の10億人から2023年の80億人)と同様であった。BalbiとLingamは、この傾向を外挿して居住可能性への影響を測定し、文明が指数関数的成長期に入ってからの最大寿命を決定した。最終的に、彼らは対象期間全体を通じて年間約1%の成長率を経験するという条件で、テクノスフィアの最大寿命は約1000年であると結論づけた。
Balbiは、これらの発見が人類と地球外知的生命体の探査(SETI)に示唆を与えると述べている：
「我々の結果は、廃熱の影響が地球の未来だけでなく、他の恒星の周りの惑星に住む仮説上の技術的種の発展においても実質的なものになる可能性があることを示しています。したがって、この制約を考慮することは、宇宙における技術的に進歩した生命の探査へのアプローチ方法や、そのような探査の結果の解釈に影響を与える可能性があります。例えば、フェルミのパラドックスの部分的な説明を提供するかもしれません」。
BalbiとLingamはまた、これらの結果が我々の惑星を居住不可能にすることを回避する方法についていくつかの可能な提案を示していると強調している。ここでもまた、我々が想像できるあらゆる解決策は、おそらく他の高度な種によってすでに実施されている可能性があるため、SETIへの示唆がある。Balbiは次のように述べている：
「我々の論文は社会的課題への解決策よりも物理学に焦点を当てていますが、技術的種が廃熱の制約を緩和し、その発生を遅らせるのに役立つ可能性のあるシナリオをいくつか想定しています。十分に進歩した文明は、恒星シールドの使用など、加熱に対抗するために技術を使用するかもしれません」。
「あるいは、技術インフラの大部分を地球外に移動し、宇宙に進出する可能性もあります。このようなメガエンジニアリングプロジェクトは、我々のテクノシグネチャー探査に大きな影響を与えるでしょう。より野心的ではないがおそらくより実現可能なアプローチは、成長を抑制してエネルギー消費を削減することです。もちろん、これらの選択肢のうちどれが最も妥当であるかを予測することはできません」。
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