Wie hilft uns Heizwärme Jagd nach außerirdischen Technologien

Meine Kollegen und ich haben die Glimpsing Wärme aus Alien Technologien (G-Hut) SETI-Programm begonnen, die hier auf Centauri Dreams und an anderen Orten, wie in diesem schönen zusammenfassenden Artikel geschrieben wurde. Ich beschreibe einige der Grundlagen für die Suche hier auf meinem Blog, aber ich habe geschrieben, diese kurze Grundierung für Centauri Dreams , vieles von dem was es in einem einzigen Beitrag zu sammeln.

Assistant Professor für Astronomie und Astrophysik an der Penn State, ist Jason Wright die Centauri Dreams-Gemeinschaft bekannt wegen seiner anhaltenden Arbeit auf der Suche nach außerirdischer Intelligenz durch Erkennung von seine Abwärme als gerichtete Kommunikation. Die Disziplin weithin bekannt wie Dysonian SETI immer mehr Aufmerksamkeit zuteil wird, und Dr. Wright Stellenwert im Bereich eingeräumt, war ich erfreut, den Aufsatz unten, erhalten, der Hintergründe zu diesem Thema im allgemeinen und einen Überblick über sein aktuelles Projekt bietet. -Paul Gilster

"Dysonian" SETI

Die Vorteile der Erweiterung über die "Kommunikation" SETI auf Centauri Dreams vor diskutiert worden (zum Beispiel hier) und das Argument wurde gewaltsam von Bradbury, Ćirković und Dvorsky hier gemacht.

Das Wesen der Dysonian SETI ist, dass man die passive Zeichen einer fremden Zivilisation, statt die bewusste Kommunikation von ihnen sucht. Freeman Dyson original Artikulation dieses Prinzips bleibt die einfachste: Suche nach der Energie, die eine Zivilisation für eigene Zwecke verwendet hat, nachdem es diese Energie vertreibt. Der Nachteil dieses Ansatzes ist, dass es möglicherweise schwierig, diese Abwärme aus natürlichen Quellen zu unterscheiden, oder es sein kann, dass fortschrittliche Technologien große Menge an Abwärme nicht emittieren.

Energieversorgung als Zeichen von intelligentem Leben

Der Begriff "Energieversorgung" im Kontext der Menschheit bezieht sich auf die jährliche Gesamtproduktion von Energie für den menschlichen Gebrauch. Generieren wir dies in erster Linie durch fossile Brennstoffe Extraktion und Verbrennung, sondern auch Energie, die durch die Sammlung von Solarstrom erzeugt.

Die meisten Arten auf der Erde sammeln Energie passiv (durch Photosynthese oder Wärme aus der Umgebung zu sammeln) oder durch den Verzehr von anderen Arten. Intelligenz ist manchmal in Bezug auf die Verwendung von Werkzeugen, definiert die beinhaltet die Anwendung von Energie auf Objekte, irgendein Ziel zu erreichen. Ganz allgemein kann ein "Physiker" Definition von Intelligenz verwenden, um die Kapazität eines Organismus oder Arten anwenden Energie an seine Umwelt, zusätzliche Ressourcen für Überleben oder andere Zwecke zu sammeln. Zum Beispiel kann eine intelligente Spezies wie die Menschheit bauen Solarzellen um ihre Häuser zu heizen oder verbrennen von Benzin um Landmaschinen um mehr Nahrung zu ernten auszuführen.

Dies ist nicht zu sagen, dass es nicht andere Formen der Intelligenz, sondern diese spezifische Form von Intelligenz würde eine Art Ressource Begrenzungen zu überwinden und wachsen lassen. Diese intelligente Anwendung von Energie, im Prinzip lässt sich eine Bevölkerung und eine Energieversorgung auf fundamentalen physikalischen Grenzen erweitern (siehe zum Beispiel meine "TED-Stil" Talkhere.)

Wenn dies jemals geschehen ist — wenn eine außerirdische Zivilisation jemals seine Intelligenz verwendet, um die Energieversorgung zu erstellen, die die Ausgabe von Sternen Rivalen – dann ihre Abwärme wohl nachweisbar mit heutigen astronomische Instrumentierung wäre.

"Abwärme" bedeutet Ineffizienz oder "Abfall" nicht

Energiesparen bedeutet, dass wenn man mit Energie für einen bestimmten Zweck gemacht man muss ausstoßen oder sonst (wenn auch auf lange Sicht mehr und mehr Energie speichern Sie halten können nicht) zu speichern. Man könnte einwenden, dass eine willkürlich fortgeschrittene außerirdische Zivilisation könnte diese Einschränkung überwinden, und es wahr ist, dass wenn Außerirdische Zivilisationen zwangsläufig Energieerhaltungssatz verletzen, dann unsere Suche fehl. Erhaltung der Masse-Energie ist als grundlegendes physikalisches Gesetz, wie wir haben, und wenn wir davon ausgehen, dass kann nicht dann haben wir eine sinnvolle, auf Physik basierenden Diskussion über fortgeschrittenen Zivilisationen überhaupt kann nicht So ist es sinnvoll, aus Sicht der Physik zu suchen, die Energie in Wärme, die vorhanden sein sollten, wenn Außerirdische Zivilisationen tun.

Der Begriff "Abwärme" können scheinen, irgendeine Art von unnötigen Ineffizienz implizieren, die eine fortgeschrittene Zivilisation in der Lage wäre, zu überwinden. Nicht so. Die Verwirrung hier ist, dass, wenn die meisten Leute sagen oder, "Energie hören" sie sind wirklich denken der "freien Energie" – die Menge an Arbeit, die mit einer bestimmten Menge von Energie erfolgen kann.

Zum Beispiel wenn Sie in den Supermarkt fahren in die chemischen Bindungen Ihre Benzin gespeicherte Energie die werden in Nutzarbeit umgewandelt, die Ihr Auto beschleunigt. Wenn Sie fertig sind, mit dieser Energie – wenn Sie bereit sind, auf dem Supermarkt-Parkplatz verlangsamen – Sie Abkantpressen, die die Energie als Wärme, in die Bremsbeläge zu zerstreuen, die dann letztlich entfernt als mittleren infraroten Strahlung abgestrahlt wird. Diese Energie kommt aus der Bremsbeläge jetzt hat eine höhere Entropie als die Energie, die im Benzin wurde – dies bedeutet, die Energie hat weniger "freie Energie" als zuvor, so dass Sie diese Energie nicht verwenden können, um Ihr Auto wieder in Bewegung machen. In ein regeneratives Bremssystem (wie in Elektro- oder Hybrid-Autos) Ihr Auto versucht, diese Energie zu sammeln und setzen Sie ihn wieder in die Batterie, aber der zweite Hauptsatz der Thermodynamik stellt eine Obergrenze wie effizient dies getan werden kann – einige der freien Energie ist bei jedem Bremsen Zyklus verloren. Darüber hinaus können Verluste um die Reibung mit dem Boden und die Luft während Ihrer Reise effizient wiederhergestellt werden.

Erhaltung der Energie besagt, dass im großen und ganzen eine außerirdische Zivilisation, die eine sehr große Energieversorgung hat so viel Energie vertreiben muss wie es sammelt oder erzeugt, und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass das vertrieben wird Energie hohen Entropie (sehr wenig freie Energie) haben. Wir nennen diese hohe Entropie Vertriebenen Energie "Abwärme", auch wenn die außerirdischen Zivilisationen, die es verwendet ist sehr effizient und überhaupt nicht "Verschwendung". In der Tat, desto effizienter der Zivilisation ist, je höher die Entropie der Vertriebenen Energie und desto mehr wird es die Eigenschaften, wie wir erwarten aus Abwärme haben.

Ein Weg um diese Grenze soll die Wärme bei einer niedrigeren Temperatur emittieren. Ist dies nicht möglich, auf der Oberfläche der Erde, wo Sie nicht Wärme entfernt bei einer Temperatur niedriger als Ihre Umgebung strahlen können (tritt auf, wenn Sie versuchen, das Gegenteil – Ihre Umgebung erwärmen Ihr Gerät). Aber im Prinzip konnte wir bauen riesige, kalte Heizkörper im Raum, die als Teil einer Wärmepumpe betreiben könnte extrahieren mehr freie Energie aus unseren Abwärme um weitere nützliche Arbeit zu erledigen. Die Schwierigkeit dabei ist, dass die Heizkörper kommt man sogar einen kleinen Vorteil enorm sein müssen – die Größe der Heizkörper skaliert als der vierten Potenz der Effizienz, die Sie gesammelt haben, sodass die maximale theoretische Effizienz der Sammlung Sonnenlicht auf der Erde von 95 % bis 99,5 % bedeuten würde Gebäude Heizkörper mit einer Fläche 10.000 Mal so groß wie die der Erde , das scheint kaum der Mühe wert. Dies bedeutet, dass wir alien Abwärme aus Starlight Bestellungen Größen kühler als an der Oberfläche der Erde, nie zu erwarten sollten, weil die technischen Schwierigkeiten der Aufgabe sinnlos machen.

Erkennung von Abwärme mit Teleskopen

Abwärme bei diesen Temperaturen werden im mittleren infraroten Wellenlängen sichtbar. Die IRAS-Mission in den 1980er Jahren Befragten den Himmel bei diesen Wellenlängen, aber nicht über die Empfindlichkeit, die meisten Galaxien oder Sterne aufgrund der höher als erwartet Hintergrund Emission von Staub in der Milchstraße zu erkennen. Der kluge Satellit hat viel bessere Auflösung und Empfindlichkeit und so leidet nicht unter diesem Problem über den größten Teil des Himmels.

Die meisten Galaxien und viele Stars haben "Infrarot-Exzesse" — geben Sie viel mehr mittleren Infrarot-Emission als man allein von Sternen erwarten würde. Heute verstehen wir, dass dies wegen astrophysikalische "Staub" – eine sehr feine Rauch von organischen Molekülen, die aus der Asche von Supernova-Explosionen, in den Atmosphären der Riesensterne und in den Scheiben der Bildung von Planetensystemen produziert wird. Dieser Staub leuchtet hell im mittleren infraroten Wellenlängen, wenn es von Sternenlicht beleuchtet wird – so wie wir erwarten, außerirdische Zivilisationen dass zu tun. Jetzt haben wir sensible mittleren Infrarot Umfragen ist mittleren Infrarot-Emission von Staub und außerirdischen Zivilisationen zu unterscheiden das primäre Hindernis für die Erkennung von alien Abwärme.

Denn jetzt ist das beste, was, das wir tun können, Obergrenzen auf diese Zivilisationen zu setzen. Wir zeigen zum Beispiel gibt es keine nahen Galaxien mit außerirdischen Zivilisationen, die Verwendung aller ihrer Starlight gefüllt – und wir können dies für ca. 1.000.000 Galaxien! Wir können auch ausschließen, Zivilisationen mit etwa 50 % der Sternenlicht – sogar die staubigsten Galaxien haben nicht so viel Staub, dass die Hälfte das Sternenlicht wird es aufbereitet wird. In Zukunft werden wir weiterhin diese Grenze bis zu ca. 20 % (oder sogar weniger für einige Galaxien, wie elliptischen Galaxien, die fast kein Staub aufnehmen) zu senken.

Tiefer gehen erfordert sorgfältigen Beobachtung, ob die mittleren Infrarot Morphologie oder Spektrum einer Galaxie ist charakteristisch für Staub, oder wenn es in irgendeiner Weise anomale ist. Blick auf einzelne Sterne in der Milchstraße werden etwas schwierig, weil viele Dinge, die aussehen wie mid-infrared-helle Sterne eigentlich weit entfernte Galaxien sind, die aus anderen Gründen, auf der anderen Seite der Galaxie, staubigen Riesensterne rot sind oder junge Sterne, die Planeten in staubigen Scheiben noch im entstehen. Nach Abschluss der GAIA-Satellit seine Umfrage gebe es uns Strecken die meisten Sterne in den mittleren infraroten-Umfragen. Dies ermöglicht es uns, für diejenigen, die mittleren infraroten hell, keine Riesen zu suchen, und nicht im Zusammenhang mit Sternentstehung Regionen mit staubigen Jungstars gefüllt. Wenn wir einen Stern, der sehr mittleren Infrarot ist hell, über die Leuchtkraft der Sonne und nicht Teil eines stellaren Kindergartens finden, wird das ein untrügliches Zeichen sein, die etwas sehr seltsames vor sich mit dem Stern geht.

Ein Prozess der Ausgrenzung

Auch wenn wir etwas anomalen finden, müssen als Wissenschaftler wir immer für die naturalistische Erklärung zuerst erreichen. Mid-infrared-anomale Objektsuche ist wissenschaftlich in seinem eigenen Recht und so ein lohnendes Unterfangen wissenschaftliches interessant. Wenn wir keine wissenschaftliche Erklärung für eine anomale Objekt finden können, müssen wir weiterhin neue Erklärungen suchen und nicht sofort springen zu dem Schluss von "Ausländern", damit wir ein "Aliens der Lücken" Irrtum begehen. Nur dann, wenn wir, ein eindeutigen Zeichen von Intelligenz sehen – erkennt Allen Telescope Array, beispielsweise komplexe und natürlich sinnvolle Funksignale vom Objekt – werden wir in der Lage zu sagen, SETI ist es gelungen. Die G-Hut-Suche, dann müssen zwei Implikationen für SETI: Wir setzen eine Obergrenze für die Größe der Energieversorgung wird als Abwärme in den nahe gelegenen Sternen und Galaxien abgestrahlt und unsere besten Kandidaten werden eine Zielliste für SETI Kommunikationsbemühungen informieren. Auf diese Weise ergänzen sich die Dysonian und Kommunikation SETI Ansätze stark.

Bild: Shutterstock / Herr Biter

Dieser Beitrag wurde mit freundlicher Genehmigung von Paul Gilster und Jason T. Wright neu aufgelegt wurde. Es erschien ursprünglich am Centauri Dreams, ein Blog, in dem Paul Gilster bei Peer-reviewed Research auf Tiefen des Weltraums, mit einem Auge in Richtung interstellaren Möglichkeiten sucht.

Dr. Wright ist Mitglied des Zentrums für Exoplaneten und bewohnbaren Welten und der Penn State Astrobiologie Research Center (Teil von der NASA Astrobiology Institute), abgesehen davon, dass ein Mitglied des Konsortiums Kalifornien Planet Umfrage. Sein AstroWright Blog ist Pflichtlektüre für alle interessierten in SETI und den Prozess der Wissenschaft bei der Arbeit. Er pflegt auch die Exoplaneten Orbit Datenbank und Exoplanet Data Explorer bei exoplanets.org.