В условиях изменения климата, вырубки лесов и утраты биоразнообразия создание устойчивой версии цивилизации является одной из самых неотложных задач человечества. Но, сталкиваясь с этой огромной проблемой, мы редко задаемся вопросом, который может быть самым насущным из всех: как мы узнаем, возможна ли вообще устойчивость? Астрономы провели инвентаризацию значительной доли звезд, галактик, комет и черных дыр во Вселенной. Но являются ли планеты с устойчивыми цивилизациями частью вселенной? Или каждая цивилизация, которая могла возникнуть в космосе, просуществовала всего несколько столетий, прежде чем рухнула из-за вызванного ею изменения климата?
Астрофизик Адам Франк, профессор физики и астрономии Рочестерского университета, входит в группу исследователей, которые сделали первые шаги, чтобы ответить на эти вопросы. В новом исследовании, опубликованном в журнале Astrobiology, группа, в которую входят Фрэнк, Джонатан Кэрролл-Нелленбак, старший научный сотрудник по вычислительной технике в Рочестере, Мартина Альберти из Вашингтонского университета и Аксель Клейдон из Института биогеохимии Макса Планка, отвечает на эти вопросы. с «астробиологической» точки зрения.
«Астробиология - это изучение жизни и ее возможностей в планетарном контексте», - говорит Франк, который также является автором новой книги «Свет звезд: чужие миры и судьба Земли», основанной на этом исследование. «Это включает в себя «экзоцивилизации» или то, что мы обычно называем инопланетянами».
Фрэнк и его коллеги отмечают, что дискуссии об изменении климата редко происходят в таком более широком контексте, который учитывает вероятность того, что это не первый случай в космической истории, когда планета и ее биосфера эволюционировали в нечто вроде что мы создали на Земле.«Если мы не первая цивилизация во Вселенной, - говорит Фрэнк, - значит, вероятно, существуют правила, определяющие, как развивается судьба молодой цивилизации, подобной нашей».
По мере роста населения цивилизации она использует все больше и больше ресурсов своей планеты. Потребляя ресурсы планеты, цивилизация изменяет состояние планеты. Короче говоря, цивилизации и планеты не развиваются отдельно друг от друга; они развиваются взаимозависимо, и судьба нашей собственной цивилизации зависит от того, как мы используем ресурсы Земли.
Чтобы проиллюстрировать совместную эволюцию систем цивилизация-планета, Фрэнк и его сотрудники разработали математическую модель, показывающую, как технологически развитое население и его планета могут развиваться вместе. Думая о цивилизациях и планетах - даже чужеродных - в целом, исследователи могут лучше предсказать, что может потребоваться для выживания человеческого проекта цивилизации.
«Суть в том, чтобы признать, что изменение климата может быть чем-то общим, - говорит Фрэнк.«Законы физики требуют, чтобы любое молодое население, строящее энергоемкую цивилизацию, подобную нашей, получало обратную связь на своей планете. Наблюдение за изменением климата в этом космическом контексте может дать нам лучшее понимание того, что происходит с нами сейчас и как смирись с этим."
Используя свою математическую модель, исследователи обнаружили четыре потенциальных сценария, которые могут возникнуть в системе цивилизация-планета:
- Вымирание: Население и состояние планеты (обозначаемое чем-то вроде ее средней температуры) растут очень быстро. В конце концов, численность населения достигает пика, а затем быстро снижается, поскольку повышение планетарной температуры делает условия для выживания более трудными. Достигнут стабильный уровень населения, но это лишь часть пикового населения. «Представьте, что 7 из 10 человек, которых вы знали, быстро умерли», - говорит Фрэнк. «Неясно, сможет ли сложная технологическая цивилизация пережить такие изменения».
- Устойчивость: население и температура растут, но в конечном итоге оба приходят к устойчивым значениям без каких-либо катастрофических последствий. Этот сценарий реализуется в моделях, когда население осознает, что оказывает негативное влияние на планету, и переключается с использования ресурсов с высокой степенью воздействия, таких как нефть, на ресурсы с низкой степенью воздействия, такие как солнечная энергия.
- Обрушение без изменения ресурсов: население и температура быстро растут, пока население не достигнет пика и резко не упадет. В этих моделях цивилизация рушится, хотя неясно, полностью ли вымирает сам вид.
- Обрушение с изменением ресурсов: население и температура растут, но население осознает, что это вызывает проблему, и переключается с ресурсов с высокой степенью воздействия на ресурсы с низкой степенью воздействия. Кажется, что на какое-то время ситуация стабилизируется, но оказывается, что реакция пришла слишком поздно, и популяция все равно сокращается.
"Последний сценарий самый пугающий", - говорит Фрэнк. «Даже если вы поступили правильно, но слишком долго ждали, ваша популяция все равно может сократиться».
Исследователи создали свои модели частично на основе тематических исследований вымерших цивилизаций, таких как обитатели острова Пасхи. Люди начали колонизировать остров между 400 и 700 годами нашей эры, а пик населения вырос до 10 000 человек где-то между 1200 и 1500 годами нашей эры. Однако к 18 веку жители истощили свои ресурсы, и население резко сократилось примерно до 2000 человек.
Вымирание популяции острова Пасхи связано с концепцией, называемой пропускной способностью, или максимальным количеством видов, которые может поддерживать окружающая среда. Реакция Земли на строительство цивилизации - вот что на самом деле означает изменение климата, говорит Фрэнк. «Если вы столкнетесь с действительно сильным изменением климата, то ваша пропускная способность может упасть, потому что, например, крупномасштабное сельское хозяйство может быть сильно нарушено. Представьте, если бы изменение климата привело к тому, что на Среднем Западе перестали идти дожди. выращивать пищу, и наше население уменьшится».
В настоящее время исследователи не могут окончательно предсказать судьбу Земли. Следующими шагами будет использование более подробных моделей поведения планет, когда цивилизация потребляет энергию в любой форме для своего роста. Тем временем Фрэнк делает трезвое предупреждение.
"Если вы измените климат Земли в достаточной степени, вы, возможно, не сможете изменить его обратно", - говорит он. «Даже если вы отступите и начнете использовать солнечные или другие менее эффективные ресурсы, может быть слишком поздно, потому что планета уже меняется. Эти модели показывают, что мы не можем просто думать о том, что население эволюционирует само по себе. думать о наших планетах и цивилизациях, эволюционирующих вместе."