طبق گزارش آژانس ملی اقیانوسی و جوی (NOAA)، زمین از سال ۱۲۲۸ هجری شمسی تا کنون با نرخ ۰.۰۶ درجه سانتیگراد (۰.۱۱ درجه فارنهایت) در هر دهه – یا در مجموع حدود ۱.۱۱ درجه سانتیگراد (۲ درجه فارنهایت) گرم می شود.
از سال ۱۳۶۰، میانگین افزایش سالانه ۰.۲۰ درجه سانتیگراد (۰.۳۶ درجه فارنهایت) در هر دهه بوده است که بیش از سه برابر سریعتر است. علاوه بر این، پیش بینی می شود که این روند تا اواسط قرن بین ۱.۵ تا ۲ درجه سانتیگراد (۲.۷ تا ۳.۶ درجه فارنهایت) افزایش یابد، احتمالاً بیشتر!
این نتیجه مستقیم سوزاندن سوخت های فسیلی است که از اواسط قرن نوزدهم به طور تصاعدی افزایش یافته است.
بسته به میزان افزایش دما، تأثیر آن بر قابلیت سکونت زمین می تواند فاجعه بار باشد. در یک مطالعه اخیر، تیمی از دانشمندان بررسی کردند که چگونه افزایش دما یک مسئله طولانی مدت است که تمدن های پیشرفته با آن مواجه هستند و فقط موضوع مصرف سوخت فسیلی نیست.
همانطور که آنها استدلال می کنند، افزایش دمای سیاره می تواند یک نتیجه اجتناب ناپذیر از رشد تصاعدی مصرف انرژی باشد. یافته های آنها می تواند پیامدهای جدی برای اختر زیست شناسی و جستجوی هوش فرازمینی (SETI) داشته باشد.
این مطالعه توسط آمیدئو بالبی، دانشیار نجوم و اخترفیزیک در دانشگاه دی روما تور ورگاتا و ماناسوئی لینگام، استادیار گروه هوافضا، فیزیک و علوم فضایی و گروه شیمی و مهندسی شیمی در موسسه فناوری فلوریدا (فلوریدا تکنیک) انجام شد.
مقاله‌ای که جزئیات یافته‌های آنها را شرح می‌دهد، «حرارت زائد و زیست‌پذیری: محدودیت‌های ناشی از مصرف انرژی فناوری»، اخیراً به صورت آنلاین ظاهر شد و برای انتشار در مجله Astrobiology در حال بررسی است.
این ایده که تمدن ها در نهایت سیاره خود را بیش از حد گرم خواهند کرد، به کار دانشمند شوروی میخائیل اول بودیکو برمی گردد.
در سال ۱۳۴۷، او یک مطالعه پیشگامانه با عنوان ‘تاثیر تغییرات تابش خورشیدی بر آب و هوای زمین‘ منتشر کرد، جایی که او استدلال کرد که:
‘تمام انرژی مصرف شده توسط انسان به گرما تبدیل می شود، بخش اصلی این انرژی منبع گرمای اضافی در مقایسه با افزایش تابش فعلی است. محاسبات ساده نشان می دهد که با سرعت فعلی رشد استفاده از انرژی، گرمای تولید شده توسط انسان در کمتر از دویست سال با انرژی حاصل از خورشید قابل مقایسه خواهد بود.’
این یک نتیجه ساده از تمام تولید و مصرف انرژی است که همیشه گرمای اتلاف تولید می کند. در حالی که این گرمای اتلاف در مقایسه با انتشار کربن تنها سهمی ناچیز در گرمایش جهانی دارد، پیش‌بینی‌های بلندمدت نشان می‌دهد که این می‌تواند تغییر کند.
همانطور که Lingam می گوید:
سهم فعلی گرمای زباله در افزایش دمای جهانی حداقل است. با این حال، اگر تولید گرمای زباله در یک خط سیر نمایی برای قرن آینده ادامه یابد، افزایش ۱ درجه سانتیگراد (۱.۸ فارنهایت) بیشتر در دما ممکن است ناشی از گرمای اتلاف، مستقل از افزایش اثر گلخانه ای به دلیل سوخت های فسیلی باشد.
‘اگر تولید گرمای زباله رشد تصاعدی خود را در طول قرن ها حفظ کند، نشان می دهیم که در نهایت می تواند منجر به از بین رفتن کامل قابلیت سکونت و از بین رفتن تمام حیات روی زمین شود.’
کره دایسون نمونه مناسبی از گرمای هدر رفته ناشی از رشد تصاعدی تمدن پیشرفته است. فریمن دایسون در مقاله پیشنهادی اولیه خود، ‘جستجوی منابع ستاره ای مصنوعی تابش فروسرخ’، استدلال کرد که چگونه نیاز به فضای قابل سکونت و انرژی بیشتر می تواند در نهایت تمدن را به سمت ایجاد یک ‘زیست کره مصنوعی که به طور کامل ستاره مادرش را احاطه می کند’ سوق دهد.
کره دایسون نمونه مناسبی از گرمای هدر رفته ناشی از رشد تصاعدی تمدن پیشرفته است. فریمن دایسون در مقاله پیشنهادی اولیه خود، ‘جستجوی منابع ستاره ای مصنوعی تابش فروسرخ’، استدلال کرد که چگونه نیاز به فضای قابل سکونت و انرژی بیشتر می تواند در نهایت تمدن را به سمت ایجاد یک ‘زیست کره مصنوعی که به طور کامل ستاره مادرش را احاطه می کند’ سوق دهد.
همانطور که او توضیح داد، این ابرساختارها به دلیل ‘تبدیل در مقیاس بزرگ نور ستارگان به تشعشعات مادون قرمز دور’ برای ابزارهای مادون قرمز قابل تشخیص هستند، به این معنی که آنها گرمای اتلاف را به فضا می‌تابانند.
بالبی، نویسنده اصلی این مطالعه، افزود: گرمایی که ما در مقاله خود بررسی می کنیم از تبدیل هر شکلی از انرژی حاصل می شود و نتیجه اجتناب ناپذیر قوانین ترمودینامیک است.
برای زمین امروزی، این گرمایش تنها بخش کوچکی از گرمایش ناشی از اثر گلخانه‌ای انسانی را نمایش می‌دهد. با این حال، اگر مصرف انرژی جهانی به رشد فعلی خود ادامه دهد، این اثر ممکن است در طی چند قرن قابل توجه شود و به طرز بالقوه‌ای بر قابلیت سکونت زمین تأثیر بگذارد.
برای تعیین اینکه چقدر طول می کشد تا تمدن های پیشرفته به نقطه ای برسند که سیاره اصلی خود را غیرقابل سکونت کنند، بالبی و لینگام مدل های نظری را بر اساس قانون دوم ترمودینامیک (همانطور که در تولید انرژی اعمال می شود) ایجاد کردند.
آنها سپس با در نظر گرفتن منطقه قابل سکونت دور خورشیدی (CHZ) این را برای سکونت پذیری سیاره ها اعمال کردند – یعنی مدارهایی که یک سیاره برای حفظ آب مایع روی سطح خود تابش خورشیدی کافی دریافت می کند.
بالبی گفت: ‘ما محاسبه منطقه قابل سکونت را که یک ابزار استاندارد در مطالعات فراسیاره ای است، تطبیق دادیم. اساسا، ما یک منبع گرمایش اضافی – ناشی از فعالیت های تکنولوژیکی – در کنار تابش ستاره ها را وارد کردیم.’
یکی دیگر از عوامل کلیدی که آنها در نظر گرفتند، نرخ رشد تصاعدی تمدن ها و مصرف انرژی آنها است که توسط مقیاس کارداشف پیش بینی شده است. با استفاده از انسانیت به عنوان یک الگو، می بینیم که نرخ مصرف انرژی جهانی از ۵۶۵۳ تراوات ساعت (TWh) به ۱۸۳۲۳۰ TWh بین سال های ۱۱۷۸ تا ۱۴۰۱ رسیده است.
این روند نه تنها تصاعدی بود، بلکه در طول زمان شتاب گرفت، مشابه رشد جمعیت در همان دوره (۱ میلیارد در ۱۱۷۸ به ۸ میلیارد در سال ۱۴۰۱). بالبی و لینگام این روند را برای اندازه‌گیری پیامدهای قابل سکونت و تعیین حداکثر طول عمر تمدن پیشرفته پس از ورود به دوره رشد تصاعدی، تعمیم دادند.
در نهایت، آنها به این نتیجه رسیدند که حداکثر طول عمر تکنوسفرها حدود ۱۰۰۰ سال است، مشروط بر اینکه نرخ رشد سالانه حدود ۱٪ را در طول دوره مورد نظر تجربه کنند.
به گفته بالبی، این یافته ها پیامدهایی برای بشریت و در جستجوی هوش فرازمینی (SETI) دارند:
نتایج ما نشان می‌دهد که تأثیر گرمای اتلاف می‌تواند نه تنها در آینده زمین، بلکه در توسعه هر گونه فن‌آوری فرضی ساکن سیاره‌های اطراف ستاره‌های دیگر قابل توجه باشد.
‘در نتیجه، در نظر گرفتن این محدودیت می تواند بر نحوه رویکرد ما به جستجوی حیات از نظر فناوری پیشرفته در جهان و نحوه تفسیر نتایج چنین جستجوهایی تاثیر بگذارد. برای مثال، ممکن است توضیحی جزئی برای پارادوکس فرمی ارائه دهد.’
بالبی و لینگام همچنین تاکید می‌کنند که چگونه این نتایج برخی توصیه‌های احتمالی را برای جلوگیری از غیرقابل سکونت کردن سیاره خود ارائه می‌دهند. بار دیگر، پیامدهایی برای SETI وجود دارد، زیرا هر راه حلی که بتوانیم تصور کنیم احتمالاً قبلاً توسط گونه های پیشرفته دیگری اجرا شده است. بالبی گفت:
اگرچه مقاله ما به جای راه‌حل‌های چالش‌های اجتماعی بر روی فیزیک متمرکز است، ما چند سناریو را در نظر می‌گیریم که می‌تواند به یک گونه فن‌آور کمک کند تا محدودیت‌های گرمایش زباله را کاهش دهد و شروع آن را به تاخیر بیندازد. یک تمدن به اندازه کافی پیشرفته ممکن است از فناوری برای مقابله با گرما استفاده کند، مانند استفاده از سپر ستاره ای.
از طرف دیگر، آنها می توانند بسیاری از زیرساخت های فناوری خود را به خارج از جهان منتقل کرده و به فضا منتقل کنند. چنین پروژه های مهندسی بزرگ می تواند پیامدهای مهمی برای جستجوی ما برای امضاهای فنی داشته باشد. یک رویکرد کمتر جاه طلبانه اما شاید عملی تر، کاهش مصرف انرژی با کاهش است. البته ما نمی توانیم پیش بینی کنیم که کدام یک از این گزینه ها قابل قبول ترین است.
