«Мы - часть проблемы». Астрономы осознают свою роль в изменении климата и уязвимости перед ним
В августе, когда лесные пожары приближались к исторической обсерватории Лик недалеко от Сан-Хосе, Калифорния, Клэр Макс (Claire Max) наблюдала в прямом эфире веб-камеры, как пламя приближается к зданиям обсерватории и нескольким телескопам. В конце концов, пожарные сдержали пламя. Хотя два неиспользуемых здания были разрушены, а несколько домов повреждены, на зеркалах рабочих телескопов оставалось лишь немного пепла. «Нам действительно повезло», - говорит Макс, директор обсерватории Калифорнийского университета, руководящего ею. По её словам, прибрежная Калифорния всегда переживала циклы засух и пожаров. «Но люди вполне могут сказать, что глобальное потепление не улучшило ситуацию».
У астрономов есть проблема с климатом. Глобальное потепление не только увеличивает частоту лесных пожаров и силу ураганов, которые физически угрожают обсерваториям, но и изменение климата может исказить их наблюдения, вследствие роста температуры, влажности и турбулентности у их горных насыпей. Астрономы сами усугубляют проблему климата, продолжая перелёты на удалённые объекты и встречи, а также интенсивно используя энергоемкие суперкомпьютеры для космических расчётов. «Мы - часть проблемы, а не её решение», - говорит Лео Буртшер (Leo Burtscher) из Лейденского университета.
Эти опасения были резко выражены в шести статьях, опубликованных в прошлом месяце в журнале Nature Astronomy. Одна из них, посвященная углеродным затратам на встречи, появилась непосредственно на заседании Европейского астрономического общества 2019 года во Франции, проходившем во время рекордной жары, когда температура превышала 45°C. «Мы сидели без кондиционера и потели во время всех этих интересных бесед», - говорит Буртшер. Обсуждения перешли на изменение климата и выбросы углерода, и они вдохновили Буртшера и его коллег оценить выбросы, потребовавшиеся для прибытия на эту встречу. В сумме они составили почти 1900 тонн эквивалента углекислого газа (CO2) или около 1,5 тонны на одного участника - примерно столько же, сколько выбрасывает средний житель Индии за год.
Несомненно, аналогичные выбросы происходят и при проведении больших собраний представителей других областей науки, но это не единственный источник углерода в работе астрономов. Другое из шести исследований показало, что австралийские астрономы производят по 37 тонн эквивалента CO2 в год, из которых 60% приходятся на использование суперкомпьютеров. «Мы были удивлены, насколько велик вклад суперкомпьютеров. Все думали, что полёты будут доминировать», - говорит ведущий автор Адам Стивенс (Adam Stevens) из Университета Западной Австралии в Перте. Аналогичный анализ выбросов в 2018 г., проведённый Институтом астрономии Макса Планка и опубликованный в журнале Nature Astronomy, показал, что в целом выбросы ниже (18 тонн на одного астронома), наибольший вклад в которые внесли полёты. Авторы говорят, что более широкое использование возобновляемых источников энергии в Германии может частично объяснить эту разницу, но астрономы Института астрономии Макса Планка по-прежнему генерируют в три раза больше выбросов, чем типичный немец.
Потепление, которому способствуют астрономы, в свою очередь, угрожает их наблюдениям за небом. В другом статье Фаустин Канталлоб (Faustine Cantalloube) и её коллеги из Института астрономии Макса Планка проанализировали метеорологические записи за 30 лет, полученные в обсерватории Паранал в Чили, управляемой Европейской южной обсерваторией. Они обнаружили, что средняя температура там повысилась на 1,5°C, что превышает средний глобальный рост на 1°C с доиндустриальных времен. Канталлоб говорит, что это уже создаёт проблемы для Очень Большого Телескопа Паранала - четырёх отдельных 8,2-метровых отражателей. В течение дня включаются системы охлаждения с целью поддержания температуры внутри купола телескопа такой же, как и во внешнем воздухе на закате, чтобы избежать разницы температур, создающей турбулентность при открытии купола. Когда дневная температура превышает 16°C, система испытывает проблемы. «Охлаждение купола недостаточно хорошее», - говорит Канталлоб. «В то время, когда он был построен в 1990-х годах, мы не думали, что [температуры] будут такими высокими к 2020 году».
Повышение температуры также увеличило турбулентность в приземном слое, в воздухе на несколько десятков метров над телескопами. По словам Канталлоб, турбулентность поверхностного слоя возросла с 1980-х годов, и, хотя она ещё не повлияла на наблюдения, но вызывает беспокойство. «Ясно, что что-то происходит очень близко к земле», - говорит она.
Ожидается, что более тёплый климат также повысит уровень влажности, а, значит, приведёт к увеличению облачности - очевидная проблема для астрономов. Сам по себе водяной пар может блокировать инфракрасное и микроволновое излучение, являющееся фокусом большой миллиметровой / субмиллиметровой решетки Атакамы (ALMA), также в Чили. Как показывает отдельное исследование, пока влажность не увеличилась ни в Паранале, ни в ALMA. Климатические модели ещё недостаточно детализированы, чтобы предсказать будущие тенденции изменения влажности в окрестности обсерваторий. «Нам нужно посмотреть, приведет ли изменение климата к увеличению влажности в регионе», - говорит исследующий атмосферу учёный Европейской южной обсерватории Анхель Отарола (Angel Otárola).
Астрономы сейчас принимают меры по сокращению своего углеродного следа. В другом из шести исследований Саймон Портеджис Цварт (Simon Portegies Zwart) из Лейденского университета призывает к изменениям в стратегии вычислений. По словам Цварта, астрономам следует избегать традиционных компьютеров и вместо этого использовать те, которые полагаются на более эффективные графические процессоры, хотя их сложнее программировать. Астрономам также следует отказаться от популярных языков программирования, таких как Python, в пользу эффективных компилируемых языков. По подсчётам Цварта, такие языки, как Fortran и C ++, более чем в 100 раз экономичнее, чем Python, поскольку они требуют меньше операций. Другой вариант, говорит Кнуд Янке (Knud Jahnke) из Института астрономии Макса Планка, - это установить суперкомпьютеры в Исландии с её безуглеродной геотермальной энергией и холодным климатом, что снижает потребности в охлаждении, или в других странах с обильными возобновляемыми источниками энергии.
Крупные обсерватории также принимают меры. Европейская южная обсерватория завершила строительство солнечной электростанции в 2016 году для своей обсерватории Ла Силья в Чили, а в прошлом году подписала сделку по установке фотоэлектрической станции для охлаждения её чрезвычайно большого телескопа, который сейчас строится недалеко от Паранала. Телескопы Кека и Джемини на Гавайях и Радиоастрономическая обсерватория Мерчисон в Австралии также установили солнечные батареи. Чтобы сократить время полётов, всё больше и больше телескопов занимаются рутинными удалёнными наблюдениями. Клэр Макс говорит, что Калифорнийский университет построил комнаты для удалённых наблюдений в своих обширных кампусах, поэтому исследователям не нужно было ездить к Лику и другим телескопам. С появлением COVID-19 схема была распространена на домашние ноутбуки - Макс называет это «наблюдением в пижаме». «Дни полетов на Гавайи для наблюдений сочтены», - говорит она.
Встречи - ещё одна цель, созревшая для реформ. «Потенциал виртуальных встреч вызывает большой интерес», - говорит Трэвис (Travis), ректор Университета Аляски в Анкоридже, возглавляющий комитет по устойчивому развитию Американского астрономического общества. Когда в этом году встреча Европейского астрономического общества стала виртуальной из-за COVID-19, команда, подсчитавшая углеродные затраты на встречу 2019 года, провела новый анализ. Основываясь на опросе делегатов и организаторов об использовании компьютеров и Интернета, они подсчитали, что выбросы составляют 582 килограмма для всего собрания, что составляет менее одной-трёх тысячных от общего количества выбросов 2019 года. «Это действительно заставило задуматься», - говорит Марк МакКогриан (Mark McCaughrean), писатель и старший советник Европейского космического агентства.
Европейское астрономическое общество изучает гибридный формат для будущих встреч, в которых удалённые его члены будут принимать участие виртуально. Ректор говорит, что у Американского астрономического общества есть контракты личных встреч на несколько лет, но он ожидает, что после этого общество перейдет на виртуальные встречи. По его словам, общества «будут учиться друг у друга, как делать это лучше».
В этом месяце рабочие Лик очистили территорию от кустарников и деревьев, чтобы снизить риск будущих пожаров. Бертшер считает, что астрономы тоже должны действовать. Он говорит, что это моральное решение и практическое. «Нам нужно измениться, чтобы продолжить нашу профессию».
