外星太阳能电池板可能是技术特征吗

如果外星科技文明存在，他们几乎肯定会使用太阳能。太阳能和风能一样，都是地球上最清洁、最易获取的能源。在技术进步和大规模生产的推动下，地球上的太阳能正在迅速扩张。

看起来，ETI(外星智慧生物)很可能利用其星球上广泛的太阳能让我们知道他们的存在。

如果其他外星文明真的存在，那么它们在技术上很容易就领先于我们。硅太阳能电池板可以在它们的行星表面广泛使用。它们的大规模应用是否能构成可探测的技术特征?

arXiv预印本服务器上发布的一篇新论文的作者研究了这个问题。该文章的标题为“太阳能电池板作为技术特征的可检测性”，计划在《天体物理学杂志》上发表。主要作者是NASA戈达德太空飞行中心的RaviKopparapu。

在他们的论文中，作者评估了硅基太阳能电池板在类似地球的宜居带行星上的可探测性。“硅基光伏电池在紫外可见光和近红外波段具有高反射率，这在宜居世界观测站(HWO)等太空旗舰任务概念的波长范围内，”作者写道。

HWO将在宜居带中搜寻和拍摄类地行星。该任务没有时间表，但2020年十年调查建议建造望远镜。这项研究展望了该任务或未来某个时候的类似任务。

当然，作者对假设的外星文明使用太阳能做出了许多假设。他们假设外星文明使用基于硅的大规模光伏电池(PV)，并且他们的星球围绕类似太阳的恒星运行。硅光伏电池的生产成本低廉，非常适合利用类似太阳的恒星的能量。

Kopparapu和他的合著者并不是第一个提出硅光伏可能构成技术特征的人。在2017年的一篇论文中，哈佛-史密森天体物理中心的AviLoeb和ManasviLingam写道，硅基光伏在其光谱中创造了一个人造边缘。这个边缘类似于从太空观察地球植被时可检测到的“红边”，但波长较短。

林加姆和洛布写道：“如果行星表面的很大一部分被植被或光伏阵列覆盖，未来对系外行星反射光的观测将能够通过光度法探测到自然边缘和人工边缘。”

这项新研究的作者解释道：“‘边缘’指的是当对行星进行反射光谱测量时，所考虑材料的反射率明显增加。”卫星监测地球上的红边以观察农作物，同样也适用于感测其他星球上的PV。

虽然Lingam和Loeb提出了这种可能性，但Kopparapu和他的合著者进行了更深入的研究。他们指出，只要地球表面的2.4%被硅基光伏电池覆盖，我们就能产生足够的能源满足我们的需求(截至2022年)。2.4%这个数字只有在所选位置经过优化的情况下才是准确的。对于地球来说，这意味着撒哈拉沙漠，而外星世界也可能存在类似情况。

作者解释道：“该地区靠近赤道，全年可用的太阳能相对较多，而且云层覆盖率极低。”

作者还采用了23%的土地覆盖率数字。该数字反映了先前的研究，该研究表明，对于预计的最大100亿人口，23%的土地覆盖率将为每个人提供高水平的生活。

他们还将其作为上限，因为任何超过这个上限的事情似乎都不太可能发生，而且会产生负面影响。在地球上，整个非洲大陆约占地表面积的23%。

作者的计算表明，类似于HWO的8米望远镜无法探测到表面2.4%被PV覆盖的类地系外行星。

如果外星文明23%的表面都被能量收集PV覆盖，那么它能被探测到吗?要将行星的光与恒星的光区分开来会很困难，而且需要数百小时的观察时间才能达到可接受的信噪比(S/N)。

“因为我们选择了0.34µm–0.52µm的范围来计算硅板对反射光谱的影响，所以即使陆地覆盖率为23%，含有和不含硅的行星之间的差异也没有显著差异，”作者解释道。

技术进步使这些数据更加复杂。随着光伏技术的进步，外星生命将覆盖更少的行星表面来产生相同数量的能量，这使得探测变得更加困难。

太阳能在地球上迅速扩张。每年，越来越多的个人家庭、企业和机构安装太阳能电池板。这些可能不构成技术特征，但个人安装并不是唯一增长的东西。

中国在人口稀少的青海省建造了一个名为共和光伏项目的大型太阳能发电厂。其发电量为3182兆瓦。印度在塔尔沙漠建造了巴德拉太阳能园区(2,245兆瓦)。沙特阿拉伯已经建造了几座新的太阳能发电厂，并打算建造更多。其他创新太阳能项目定期公布。

但是，我们真的能用太阳能电池阵列覆盖地球2.4%的面积吗?我们需要这么做吗?这其中有很多问题。

在撒哈拉沙漠的高温下发电是一项挑战。极端高温会降低效率。建设将能源输送到人口密集地区的基础设施也是另一项挑战。

然后考虑一下硅基光伏电池可能不是太阳能电池板开发的终点。钙钛矿基光伏电池有望超越硅基。它们比硅更高效，研究人员经常用它们打破能源记录(在实验室中)。钙钛矿光伏电池会在行星光谱中产生同样的“边缘”吗?

作者没有考虑像钙钛矿这样的具体技术进步，因为这超出了他们论文的范围。

底线是，行星表面的硅基太阳能电池阵列不太可能产生易于探测的技术特征。

作者写道：“假设有一台8米HWO类望远镜，聚焦于紫外-可见光区的反射边缘，并考虑到类地系外行星上太阳能电池板的不同陆地覆盖率与当前和预计的能源需求相匹配，我们估计需要数百小时的观测时间才能达到SNR~5左右，实现~23%的高陆地覆盖率。”

作者还想知道这对卡尔达肖夫指数和戴森球等事物意味着什么。在这种范式中，外星文明需要越来越多的能量，并最终建造一个大型工程项目，以收集其恒星上所有可用的能量。戴森球将产生强大的技术特征，天文学家已经在寻找它们了。

但如果这项研究中的数字是正确的，我们可能永远不会看到它们，因为它们是不需要的。

他们总结道：“我们发现，即使人口大幅增长，人类文明的能源需求仍比卡尔达肖夫I型文明或利用恒星能量的戴森球/群的能源阈值低几个数量级。”

“这条研究路线重新审视了这些概念的实用性，并可能解决了费米悖论的一个关键方面：我们尚未发现任何大规模工程，可能是因为先进技术可能不需要它们。”