Het lijkt waarschijnlijk dat ETI's (buitenaardse intelligentie) die wijdverbreide zonne-energie op hun planeet gebruiken, hun aanwezigheid aan ons bekend kunnen maken.

Als er andere ETI's bestaan, zouden ze technologisch gemakkelijk een voorsprong op ons kunnen hebben. Siliciumzonnepanelen zouden op grote schaal kunnen worden gebruikt op hun planetaire oppervlakken. Zou hun massale implementatie een detecteerbare technosignatuur kunnen vormen?

De auteurs van een nieuw artikel zijn op de arXiv geplaatst preprint-server onderzoekt die vraag. Het artikel is getiteld "Detectability of Solar Panels as a Technosignature" en staat gepland voor publicatie in The Astrophysical Journal . De hoofdauteur is Ravi Kopparapu van NASA's Goddard Space Flight Center.

In hun artikel beoordelen de auteurs de detecteerbaarheid van op silicium gebaseerde zonnepanelen op een aardachtige planeet met een bewoonbare zone. "Op silicium gebaseerde fotovoltaïsche cellen hebben een hoge reflectie in het UV-VIS en in het nabije IR, binnen het golflengtebereik van een in de ruimte gebaseerd vlaggenschipmissieconcept zoals het Habitable Worlds Observatory (HWO)", schrijven de auteurs.

De HWO zou aardachtige werelden in bewoonbare zones zoeken en in beeld brengen. Er is geen tijdlijn voor de missie, maar in de Decadal Survey van 2020 werd aanbevolen om de telescoop te bouwen. Dit onderzoek kijkt vooruit naar de missie of een soortgelijke missie ergens in de toekomst.

Uiteraard doen de auteurs een aantal aannames over een hypothetische ETI die gebruik maakt van zonne-energie. Ze gaan ervan uit dat een ETI gebruik maakt van grootschalige fotovoltaïsche zonne-energie (PV's) op basis van silicium en dat hun planeet rond een zonachtige ster draait. Silicium-PV's zijn kosteneffectief te produceren en zeer geschikt om de energie van een zonachtige ster te benutten.

Kopparapu en zijn co-auteurs zijn niet de eersten die suggereren dat silicium-PV's een technosignatuur zouden kunnen zijn. In een artikel uit 2017 schreven Avi Loeb en Manasvi Lingam van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics dat op silicium gebaseerde PV's een kunstmatige voorsprong in hun spectrum creëren. Deze rand is vergelijkbaar met de 'rode rand' die waarneembaar is in de vegetatie van de aarde, gezien vanuit de ruimte, maar verschoven naar kortere golflengten.

"Toekomstige waarnemingen van gereflecteerd licht van exoplaneten zouden zowel natuurlijke als kunstmatige randen fotometrisch kunnen detecteren als een aanzienlijk deel van het planeetoppervlak bedekt is met respectievelijk vegetatie of fotovoltaïsche arrays", schreven Lingam en Loeb.

"De 'rand' verwijst naar de merkbare toename van de reflectie van het materiaal in kwestie wanneer een gereflecteerd lichtspectrum van de planeet wordt genomen", leggen de auteurs van het nieuwe onderzoek uit. Satellieten volgen de rode rand op aarde om landbouwgewassen te observeren, en hetzelfde zou kunnen gelden voor het waarnemen van PV's op andere werelden.

Terwijl Lingam en Loeb de mogelijkheid opperden, gingen Kopparapu en zijn co-auteurs dieper graven. Ze wijzen erop dat we voldoende energie zouden kunnen opwekken voor onze behoeften (vanaf 2022) als slechts 2,4% van het aardoppervlak bedekt zou zijn met op silicium gebaseerde PV's. Het getal van 2,4% is alleen accuraat als de gekozen locatie is geoptimaliseerd. Voor de aarde betekent dat de Sahara, en iets soortgelijks kan waar zijn op een buitenaardse wereld.

De auteurs leggen uit:"Deze regio ligt dicht bij de evenaar, waar het hele jaar door een relatief grotere hoeveelheid zonne-energie beschikbaar zou zijn, en heeft een minimale bewolking."

De auteurs werken ook met een landdekkingscijfer van 23%. Dit cijfer weerspiegelt eerder onderzoek waaruit blijkt dat voor een verwachte maximale menselijke bevolking van 10 miljard mensen een landbedekking van 23% voor iedereen een hoge levensstandaard zou opleveren.

Ze gebruiken het ook als bovengrens, omdat alles daarbuiten hoogst onwaarschijnlijk lijkt en negatieve gevolgen zou hebben. Op aarde beslaat het hele continent Afrika ongeveer 23% van de oppervlakte.

Uit de berekeningen van de auteurs blijkt dat een 8-meter telescoop vergelijkbaar met de HWO geen aarde-achtige exoplaneet zou detecteren waarvan 2,4% van het oppervlak bedekt is met PV's.

Als een ETI 23% van zijn oppervlak zou bedekken met energie-oogstende PV's, zou dat dan detecteerbaar zijn? Het zou moeilijk zijn om het licht van de planeet te ontwarren van het licht van de ster en er zouden honderden uren observatietijd nodig zijn om een ​​acceptabele signaal-ruisverhouding (S/N) te bereiken.

“Omdat we het bereik van 0,34 µm–0,52 µm hebben gekozen om de impact van siliciumpanelen op de reflectiespectra te berekenen, is het verschil tussen een planeet met en zonder silicium niet opvallend verschillend, zelfs niet met een landbedekking van 23%”, leggen de auteurs uit.

De technologische vooruitgang voegt nog een rimpel toe aan deze cijfers. Naarmate de PV-technologie vordert, zou een ETI minder van het oppervlak van de planeet bestrijken om dezelfde hoeveelheid energie op te wekken, waardoor detectie nog moeilijker wordt.

Zonne-energie breidt zich snel uit op aarde. Elk jaar implementeren meer individuele huizen, bedrijven en instellingen zonnepanelen. Dat zijn misschien geen technosignaturen, maar individuele installaties zijn niet het enige dat groeit.

China bouwde een enorme zonne-energiecentrale, het Gonghe Photovoltaic Project, in de dunbevolkte provincie Qinghai. Het genereert 3182 MW. India heeft het Bhadla Solar Park (2.245 MW) in de Thar-woestijn. Saoedi-Arabië heeft verschillende nieuwe zonne-energiecentrales gebouwd en is van plan er nog meer te bouwen. Andere innovatieve zonne-energieprojecten worden regelmatig aangekondigd.

Maar zullen we realistisch gezien ooit 2,4% van onze planeet met zonnepanelen bedekken? Zullen we dat nodig hebben? Er zijn veel vragen.

Het opwekken van zonne-energie in de hitte van de Sahara is een uitdaging. De extreme hitte vermindert de efficiëntie. Het bouwen van de infrastructuur die nodig is om de energie aan bevolkingscentra te leveren is ook een andere uitdaging.

Bedenk dan dat op silicium gebaseerde PV's misschien niet het eindpunt zijn in de ontwikkeling van zonnepanelen. Op perovskiet gebaseerde PV's beloven veel beter te presteren dan silicium. Ze zijn efficiënter dan silicium, en onderzoekers breken er regelmatig energierecords mee (in laboratoria). Zouden perovskiet-PV's dezelfde "voorsprong" creëren in de spectra van een planeet?

De auteurs hielden geen rekening met specifieke technologische ontwikkelingen zoals perovskiet, omdat dit buiten het bestek van hun artikel valt.

Het komt erop neer dat het onwaarschijnlijk is dat op silicium gebaseerde zonnepanelen op een planetair oppervlak een gemakkelijk detecteerbare technosignatuur zullen creëren.

‘Uitgaande van een 8-meter HWO-achtige telescoop, gericht op de reflectierand in het UV-VIS, en rekening houdend met de variërende landdekking van zonnepanelen op een aardachtige exoplaneet die overeenkomen met de huidige en verwachte energiebehoeften, schatten we dat enkele honderden Er zijn uren observatietijd nodig om een ​​SNR van ~5 te bereiken voor een hoge landdekking van ~23%", schrijven de auteurs.

De auteurs vragen zich ook af wat dit betekent voor de Kardashev-schaal en zaken als Dyson Spheres. In dat paradigma hebben ETI's steeds meer energie nodig en bouwen ze uiteindelijk een mega-engineeringproject op dat alle beschikbare energie van hun ster oogst. Een Dyson Sphere zou een krachtige technosignatuur creëren, en astronomen zijn er al naar op zoek.

Maar als de cijfers in dit onderzoek kloppen, zullen we er misschien nooit één zien, omdat ze niet nodig zijn.

“We ontdekken dat, zelfs met een aanzienlijke bevolkingsgroei, de energiebehoeften van de menselijke beschaving verschillende ordes van grootte onder de energiedrempel zouden liggen voor een Kardashev Type I-beschaving of een Dyson-bol/-zwerm die de energie van een ster benut”, concluderen ze. .

"Deze onderzoekslijn onderzoekt opnieuw het nut van dergelijke concepten en richt zich mogelijk op een cruciaal aspect van de Fermi-paradox:we hebben nog geen grootschalige engineering ontdekt, mogelijk omdat geavanceerde technologieën deze misschien niet nodig hebben."