Om främmande tekniska civilisationer finns, använder de nästan säkert solenergi. Tillsammans med vind är det den renaste och mest tillgängliga energiformen, åtminstone här på jorden. Driven av tekniska framsteg och massproduktion expanderar solenergin på jorden snabbt.

Det verkar troligt att ETI (Extraterrestrial Intelligence) som använder utbredd solenergi på sin planet skulle kunna göra oss känd för oss.

Om andra ETI finns kan de lätt ligga före oss tekniskt sett. Silikonsolpaneler kan användas i stor utsträckning på sina planetytor. Kan deras massimplementering utgöra en detekterbar teknosignatur?

Författarna till en ny uppsats publicerade på arXiv förtrycksservern undersöka den frågan. Artikeln har titeln "Detectability of Solar Panels as a Technosignature", och den är planerad att publiceras i The Astrophysical Journal . Huvudförfattare är Ravi Kopparapu från NASA:s Goddard Space Flight Center.

I sin artikel bedömer författarna detekterbarheten av kiselbaserade solpaneler på en jordliknande beboelig zonplanet. "Kiselbaserade fotovoltaiska celler har hög reflektans i UV-VIS och i nära IR, inom våglängdsområdet för ett rymdbaserat flaggskeppskoncept som Habitable Worlds Observatory (HWO)," skriver författarna.

HWO skulle söka efter och avbilda jordliknande världar i beboeliga zoner. Det finns ingen tidslinje för uppdraget, men 2020 års Decadal Survey rekommenderade att teleskopet skulle byggas. Den här forskningen ser framåt mot uppdraget eller något liknande någon gång i framtiden.

Naturligtvis gör författarna ett antal antaganden om en hypotetisk ETI som använder solenergi. De antar att en ETI använder storskaliga solceller (PV) baserade på kisel och att deras planet kretsar kring en solliknande stjärna. Silicon PVs är kostnadseffektiva att producera och de är väl lämpade för att utnyttja energin från en solliknande stjärna.

Kopparapu och hans medförfattare är inte de första som antyder att kisel-PV:er kan utgöra en teknosignatur. I en artikel från 2017 skrev Avi Loeb och Manasvi Lingam från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics att kiselbaserade PV:er skapar en konstgjord kant i deras spektra. Denna kant liknar den "röda kanten" som kan upptäckas i jordens vegetation när den ses från rymden men skiftas till kortare våglängder.

"Framtida observationer av reflekterat ljus från exoplaneter skulle kunna detektera både naturliga och artificiella kanter fotometriskt om en betydande del av planetens yta täcks av vegetation respektive solcellsuppsättningar", skrev Lingam och Loeb.

"Kanten" hänvisar till den märkbara ökningen av reflektansen hos materialet i fråga när ett reflekterat ljusspektrum tas från planeten", förklarar författarna till den nya forskningen. Satelliter övervakar den röda kanten på jorden för att observera jordbruksgrödor, och detsamma kan gälla för avkänning av PV på andra världar.

Medan Lingam och Loeb föreslog möjligheten grävde Kopparapu och hans medförfattare djupare. De påpekar att vi skulle kunna generera tillräckligt med energi för våra behov (från och med 2022) om bara 2,4% av jordens yta var täckt av kiselbaserade PV. Siffran på 2,4 % är bara korrekt om den valda platsen är optimerad. För jorden betyder det Saharaöknen, och något liknande kan vara sant i en främmande värld.

Författarna förklarar, "Denna region ligger både nära ekvatorn, där en jämförelsevis större mängd solenergi skulle vara tillgänglig under hela året, och har minimal molntäckning."

Författarna arbetar också med ett landtäckningstal på 23 %. Denna siffra återspeglar tidigare forskning som visar att för en beräknad maximal mänsklig befolkning på 10 miljarder människor, skulle 23 % marktäckning ge en hög levnadsstandard för alla.

De använder det också som en övre gräns eftersom allt utöver det verkar mycket osannolikt och skulle få negativa konsekvenser. På jorden är hela Afrikas kontinent cirka 23 % av ytan.

Författarnas beräkningar visar att ett 8-meters teleskop som liknar HWO inte skulle upptäcka en jordliknande exoplanet med 2,4 % av sin yta täckt med PV.

Om en ETI täckte 23 % av sin yta med energiskördande PV:er, skulle det kunna upptäckas? Det skulle vara svårt att reda ut planetens ljus från stjärnans ljus och skulle kräva hundratals timmars observationstid för att nå ett acceptabelt signal-till-brus-förhållande (S/N).

"Eftersom vi har valt intervallet 0,34 µm–0,52 µm för att beräkna effekten av kiselpaneler på reflektansspektra, är skillnaden mellan en planet med och utan kisel inte markant annorlunda, även med 23% marktäcke," förklarar författarna.

Tekniska framsteg lägger till ytterligare en rynka till dessa siffror. När PV-tekniken utvecklas, skulle en ETI täcka mindre av sin planets yta för att generera samma mängd energi, vilket gör det ännu svårare att detektera.

Solenergin expanderar snabbt på jorden. Varje år implementerar fler enskilda hem, företag och institutioner solpaneler. De kanske inte utgör teknosignaturer, men individuella installationer är inte det enda som växer.

Kina byggde ett stort solkraftverk kallat Gonghe Photovoltaic Project i sin glest befolkade Qinghai-provinsen. Den genererar 3182 MW. Indien har Bhadla Solar Park (2 245 MW) i Tharöknen. Saudiarabien har byggt flera nya solcellsanläggningar och har för avsikt att bygga fler. Andra innovativa solenergiprojekt tillkännages regelbundet.

Men kommer vi realistiskt någonsin att täcka 2,4 % av vår planet i solpaneler? Kommer vi behöva det? Det finns många frågor.

Att generera solenergi i värmen i Saharaöknen är utmanande. Den extrema värmen minskar effektiviteten. Att bygga den infrastruktur som krävs för att leverera energi till befolkningscentra är också en annan utmaning.

Tänk sedan på att kiselbaserade solceller kanske inte är slutpunkten i utvecklingen av solpaneler. Perovskite-baserade PV:er lovar mycket att överträffa kisel. De är effektivare än kisel, och forskare slår ofta energirekord med dem (i laboratorier.) Skulle perovskite PV skapa samma "kant" i en planets spektra?

Författarna övervägde inte specifika tekniska framsteg som perovskit eftersom det ligger utanför deras uppsats.

Summan av kardemumman är att kiselbaserade solpaneler på en planetyta sannolikt inte kommer att skapa en lätt detekterbar teknosignatur.

"Om vi ​​antar ett 8-meters HWO-liknande teleskop, med fokus på reflektionskanten i UV-VIS, och med tanke på varierande landtäckning av solpaneler på en jordliknande exoplanet som matchar nuvarande och projicerade energibehov, uppskattar vi att flera hundra timmars observationstid behövs för att nå ett SNR på ~5 för en hög landtäckning på ~23 %", skriver författarna.

Författarna undrar också vad detta betyder för Kardashev-skalan och saker som Dyson Spheres. I det paradigmet kräver ETI mer och mer energi och bygger så småningom ett mega ingenjörsprojekt som skördar all tillgänglig energi från deras stjärna. En Dyson Sphere skulle skapa en kraftfull teknosignatur, och astronomer letar redan efter dem.

Men om siffrorna i den här forskningen är korrekta kanske vi aldrig ser en eftersom de inte behövs.

"Vi finner att, även med betydande befolkningstillväxt, skulle energibehovet för den mänskliga civilisationen vara flera storleksordningar under energitröskeln för en Kardashev typ I-civilisation eller en Dyson-sfär/svärm som utnyttjar energin från en stjärna", avslutar de. .

"Denna undersökningslinje undersöker nyttan av sådana koncept och behandlar potentiellt en avgörande aspekt av Fermi-paradoxen:vi har inte upptäckt någon storskalig ingenjörskonst ännu, möjligen för att avancerad teknik kanske inte behöver dem."