Низкое отношение D/H в атмосфере экзопланеты как возможная техносигнатура

Продвинутые внеземные цивилизации, растущие по шкале Кардашёва, нуждаются в огромном количестве энергии. Ядерный синтез на дейтерии (D) — один из вероятных источников такой энергии. Поскольку жизнь, насколько нам известно, нуждается в воде, океаны планеты могут служить источником дейтерия.

В земной воде естественное содержание дейтерия составляет около 1 атома на 6240 атомов водорода (H), или 35 грамм на тонну морской воды. Массовое извлечение дейтерия для термоядерной энергетики снизит отношение D/H в океане и, как следствие, в атмосферном водяном паре. Гелий, продукт реакций, при этом будет улетучиваться в космос.

Идея: Аномально низкое отношение D/H в атмосфере экзопланеты может быть техносигнатурой, свидетельствующей о долгосрочном использовании термоядерной энергии развитой цивилизацией.

Группа учёных под руководством Дэвида К. Кэтлинга из Вашингтонского университета провела расчёты, используя Землю в качестве модели:

• Энергия синтеза дейтерия: ~335 ГДж на грамм.
• При уровне энергопотребления в 1000 ТВт (в 10 раз выше прогнозируемого для человечества к 2100 году) океан Земли истощил бы свой дейтерий до значений, характерных для локальной межзвёздной среды (~16 частей на миллион), примерно за 170 миллионов лет.
• На планете с океаном в несколько процентов от земного («планета-суша») аномально низкие значения D/H были бы достигнуты всего за 1–10 миллионов лет.

Преимущество такой техносигнатуры в её потенциальной долговечности: низкое отношение D/H может сохраняться в атмосфере даже после исчезновения или миграции цивилизации.

Как обнаружить? Учёные предлагают искать специфические линии поглощения/излучения HDO и H₂O в инфракрасном и ближнем ИК-диапазоне (например, около 8 микрон). Для этого могут подойти будущие миссии:

• Habitable Worlds Observatory (HWO, NASA)
• Large Interferometer For Exoplanets (LIFE, проект под руководством ЕКА)

Расчёты с использованием модели Spectral Mapping Atmospheric Radiative Transfer (SMART) показывают, что измерение D/H с помощью LIFE представляется выполнимой задачей для экзопланет с большим количеством водяного пара в атмосфере.

Важный контекст: Высокое отношение D/H (как на Венере или Марсе), вероятно, указывает на проблемы с обитаемостью планеты в геологических масштабах времени. Поэтому именно аномально низкие значения были бы наиболее подозрительны с точки зрения поиска техногенной деятельности.