Hur mycket av solsystemet bör betecknas vildmark?

En illustration som visar planeterna i solsystemet Ms. Tech

Människor är kända dåliga på att förutsäga effekten av exponentiell tillväxt. Problemet demonstreras av följande fråga, ofta ställd till intet ont anande elever.

En koloni av bakterier växer i en petriskål och fördubblas i storlek varje dag. Den fyller skålen på den 100:e dagen och utlöser en befolkningskrasch. Vilken dag är petriskålen halvfull?

Svaret är på den 99:e dagen, ett resultat som är matematiskt trivialt och ändå har kraften att överraska. Sanningen är att människor helt enkelt inte har utvecklats till att tänka intuitivt om exponentiell förändring.

Denna svårighet har viktiga konsekvenser för vår miljö och hur vi ska använda de resurser den erbjuder. Den globala befolkningen har fördubblats två gånger under de senaste hundra åren eller så. Den globala ekonomin fördubblas i storlek vart 20:e år.

Ett växande antal människor varnar för att vi måste undvika scenariot med 99:e dagen – även om det är långt ifrån klart att vi skulle kunna känna igen det om vi var mitt i det.

En potentiell lösning är att mänskligheten expanderar in i solsystemet. Steniga kroppar som månen och Mars är uppenbara mål för kolonisering. Och asteroider ser ut som frestande källor till värdefulla mineraler för rymdgruvarbetare. Faktum är att utsikterna till en fri-för-alla redan stimulerar en ny rymdålder.

Men solsystemet är också en begränsad resurs, om än en stor sådan. Och det väcker den viktiga frågan om hur vi ska kontrollera dess exploatering. I synnerhet, hur mycket av solsystemet bör hållas som vildmark?

Idag får vi svar tack vare Martin Elvis arbete vid Harvard Smithsonian Center for Astrophysics och Tony Milligan vid Kings College London. De har studerat karaktären av exponentiell tillväxt och säger att vår begränsade förmåga att förutsäga dess påverkan innebär att vi bör ta hänsyn till detta när vi begränsar hur solsystemet kan utnyttjas.

De beräknar att människor bör tillåtas att exploatera en åttondel av solsystemet, med resten betecknad som vildmark. Och de varnar för att med nuvarande tillväxttakt kan denna gräns nås inom 400 år.

Forskarnas resonemang är okomplicerat. När ett system upplever exponentiell tillväxt och har använt upp en åttondel av sina resurser, har det tre perioder av fördubbling kvar tills alla resurser är uttömda – en punkt som Elvis och Milligan kallar superexploatering. Vår begränsade förmåga att se framåt tills sådana processer är långt framskridna tyder på att vi bör sätta oss själva på en 'tripwire' som ger oss minst 3 fördubblingar som spelrum, säger de.

Varför tre dubbla gånger? I den här typen av system kan små mätfel leda till stora fel i förutsägelser. Det är därför forskarna inte förespråkar en strängare gräns. En mer restriktiv 1/16 eller 1/32 princip har problemet att ett mindre fel vid uppskattning av tillväxttakten kan leda till ett stort fel i att förutsäga när superexploatering kommer att uppnås, säger de.

De är inte heller emot tillväxt eller exploatering, som de ser som en viktig del av mänsklighetens framtid. [En åttondelsprincipen] utesluter endast obegränsad eller skenande tillväxt, säger de.

Så hur lång tid har vi på oss? För att mäta en realistisk tillväxtnivå använder Elvis och Milligan järnexploatering sedan den industriella revolutionen. Detta har vuxit med en genomsnittlig takt på 3,5 % per år, vilket leder till en fördubbling vart 20:e år.

De beräknar sedan hur en liknande tillväxttakt skulle utspela sig på en interplanetär skala. Deras beräkningar tyder på att en åttondels punkt skulle nås om 400 år. I det skedet skulle nästa fördubblingsperioder vara avgörande. Vid den tidpunkten skulle bara 60 år återstå för att omvandla det ekonomiska systemet till nya 'steady state'-förhållanden, säger de.

För att förhindra detta måste mycket av solsystemet skyddas, men precis vad är ett knepigt ämne. Elvis och Milligan föreslår att planeter bör skyddas av yta och asteroider efter volym. Solen borde uteslutas från beräkningarna helt och hållet, och Elvis och Milligan säger att Jupiter - som har mer massa än alla andra planeter tillsammans - också skulle kunna uteslutas.

Sedan finns det Kuiperbältet – bältet av isiga objekt som kretsar bortom Neptunus – och det mycket mindre välförstådda Oortmolnet av kometer ännu längre bort. Elvis och Milligan säger att inkludering av dessa regioner i beräkningarna inte förändrar slutsatserna nämnvärt. Massan av material i Kuiperbältet lägger till ytterligare tre fördubblingar, eller 60 år, till beräkningarna, och Oortmolnet lägger till ytterligare 80 år.

Hur som helst är tiden dyrbar, eftersom det finns små utsikter att bryta andra stjärnsystem eftersom avstånden är för stora. Restiden, som redan mäts i årtionden för Oortmolnet, ökar till århundraden för allt annat än mikroskopiska massor på dessa interstellära avstånd, säger de. När det gäller resurser är vårt solsystem ett slutet system.

Men det borde ge mycket, även med en åttondelsgräns på plats. Elvis och Milligan beräknar att det borde vara möjligt att bygga miljontals solbandsringar med dessa resurser. Det borde räcka för att fortsätta med, även om en Dyson-sfär kan vara utom räckhåll, säger de, med hänvisning till Freeman Dysons berömda idé att en tillräckligt avancerad, energihungrig civilisation helt skulle kunna omringa sin värdstjärna med en sfär som fångar all dess avgivna energi.

Tekniken som krävs för det är för närvarande bortom mänskligheten. Och så det är lätt att föreställa sig att tanken på att skydda solsystemet nu är något för tidigt.

Men det nuvarande intresset för asteroidbrytning kan ändra det snart. Skälet för att anta en åttondelsprincipen så långt i förväg är att det kan vara mycket lättare att implementera principiella begränsningar i ett tidigt skede, snarare än senare, när det har uppstått egna och konkurrerande intressen, menar de.

Naturligtvis skyddar mänskligheten redan vissa delar av solsystemet från exploatering. Men ansträngningarna på jorden har varit begränsade. Den amerikanska vildmarkslagen från 1964 skyddar väldiga delar av USA; det forna Sovjetunionen skyddade också Belovezhskaya pushcha , ett av de sista kvarvarande områdena med urskog i Europa, även om denna region i Vitryssland nu är hotad.

Och ändå är bara 12% av jordens landyta skyddad, och bara 6% av haven. När dessa gränser nås kommer det att finnas dyrbar liten tid att ändra kurs.

Elvis och Milligans argument är att om vi vill förhindra ett liknande misslyckande i rymden måste vi agera nu.

Ref: arxiv.org/abs/1905.13681 : Hur mycket av solsystemet ska vi lämna som vildmark?

Dölj