Obecny kryzys klimatyczny jest jednym z największych wyzwań naszych czasów. W najnowszym numerze Nature Astronomy astronomowie zajmują się wzajemnymi oddziaływaniami między astronomią a antropogenicznymi zmianami klimatu – w tym „śladem węglowym” badań astronomicznych i negatywnym wpływem zmian klimatu na obserwacje astronomiczne.
Dla astronomów zjawisko zmian klimatu to nic nowego. Wenus, pod wieloma względami będąca bliźniaczą planetą dla Ziemi, jest przejmującym przykładem działania niezwykle silnego efektu cieplarnianego. To glob z nieprzyjazną temperaturą powierzchni przekraczającą 460 stopni Celsjusza. Z drugiej strony nasze ciągłe poszukiwania planet krążących wokół gwiazd innych niż Słońce, w połączeniu z ogromem odległości astronomicznych, dają astronomom wyjątkową perspektywę, która na tę chwilę może być podsumowana w sposób następujący: nie znamy jak dotąd planety B – kopii zapasowej naszej Ziemi.
Na zdjęciu: Mała błękitna kropka, czyli Ziemia sfotografowana przez sondę Voyager w 1990 r. Obraz podkreśla unikalną pozycję i wartość naszej planety.
Źródło: NASA.
Ale i naukowcy, w tym astronomowie, wchodzą w interakcję ze zmianami klimatu na Ziemi: na ich obserwacje wpływają zmiany klimatyczne, a oni sami z kolei są odpowiedzialni za pewną część emisji dwutlenku węgla do atmosfery, przyczyniając się do zmiany klimatu. Niedawno jednak astronomowie z całego świata wykorzystali swoje zdolności analityczne do oceny tych związków i zależności. Wyniki badań zostały opublikowane w sześciu osobnych artykułach w czasopiśmie Nature Astronomy. Seria ta powstała na bazie specjalnej sesji „Astronomy for Future” podczas niedawnej (wirtualnej) konferencji Europejskiego Towarzystwa Astronomicznego 2020.
Pierwszym krokiem do redukcji emisji spalin jest ocena – na przykład śladu węglowego danej instytucji. W jednym z artykułów zespół astronomów z Instytutu Astronomii im. Maxa Plancka (MPIA) w Heidelbergu zrobił to dla... własnego instytutu. Wziął pod uwagę emisję CO2 z roku 2018. Astronomowie odkryli, że dominującym czynnikiem tej emisji były loty międzykontynentalne – wyjazdy naukowców na konferencje lub osobiste obserwacje prowadzone w odległych obserwatoriach w Ameryce Północnej i Południowej – oraz zużycie energii elektrycznej w obiektach superkomputerowych (astronomowie powszechnie korzystają z klastrów i superkomputerów w swych symulacjach fizycznych i analizie danych). Łącznie dało to aż 18 ton dwutlenku węgla, średnio na jednego tylko naukowca. Dla porównania: to prawie dwa razy więcej niż emisja dwutlenku węgla przypadająca na dowolną inną osobę w Niemczech.
– My, astronomowie, jesteśmy odpowiedzialni za emisje gazów pochodzących z paliw kopalnych. Jednak ich redukcja rzadko jest kwestią osobistego wyboru. Potrzebujemy analizy, skąd ta emisja pochodzi, i przemyślenia, czy możemy lub nawet musimy podjąć działania na poziomie instytutu, na poziomie całej społeczności astronomicznej czy nawet na poziomie społeczeństwa, aby dokonać znaczącej poprawy sytuacji – podsumowuje Knud Jahnke, lider grupy badawczej z MPIA, główny autor pracy.
Artykuł podaje też kilka zaleceń dotyczących sposobu, w jaki instytuty astronomiczne takie jak MPIA mogłyby zmniejszyć swoje emisje. Jednym z nich jest przeniesienie superkomputerów do miejsc, w których energia elektryczna jest wytwarzana głównie ze źródeł odnawialnych i gdzie chłodzenie jest łatwiejsze, np. Islandia jest jednym z takich dobrych wyborów. Drugi – to drastyczne ograniczenie "lotów badawczych".
Kwestię konferencji astronomicznych, tradycyjnie organizowanych jako osobiste spotkania z wieloma uczestnikami podróżującymi samolotem w jedno miejsce, opisuje już kolejny z sześciu artykułów, których współautorem jest Jahnke. Porównano w nim ostatnie dwa doroczne spotkania Europejskiego Towarzystwa Astronomicznego: spotkanie w Lyonie we Francji z 2019 r. (konferencja „osobista” twarzą w twarz, z ponad 1200 uczestnikami) oraz spotkanie z 2020 r., które odbyło się jako wirtualne wydarzenie ze względu na światową pandemię, i w którym uczestniczyło prawie 1800 osób. Choć sam fakt, że spotkanie online było dużo bardziej ekologiczne, nie będzie zaskoczeniem, sama liczba może już być, bowiem spotkanie przeprowadzone online było odpowiedzialne za mniej niż jedną tysięczną emisji dwutlenku węgla w stosunku do bezpośrednich spotkań. Podobnie jak w przypadku reszty z nas, pandemia zmusza obecnie astronomów do eksperymentowania z różnymi formami spotkań i współpracy w sieci. Niektóre, takie jak wystąpienia konferencyjne, można łatwo w niej realizować, ale nie znamy jeszcze skutecznej wirtualnej wersji bezpośredniego nawiązywania kontaktów osobistych, na które pozwala tradycyjna konferencja. Leonard Burtscher z University of Leiden, autor tego artykułu, uważa jednak, że z punktu widzenia klimatu rozwiązaniem mogłyby być bezpośrednie konferencje odbywające się w kilku miejscach jednocześnie, umożliwiające uczestnikom podróż np. pociągiem, a dodatkowo gromadzenie się naukowców w każdym „centrum konferencyjnym”, pozwalające choć po części na osobiste interakcje. Częściowo takie konferencje byłyby też transmitowane online.
Podczas gdy dwa powyższe artykuły koncentrują się na wpływie badań astronomicznych na zmiany klimatu, trzeci artykuł przedstawia inną perspektywę. Astronomowie ocenili w nim zakres, w jakim zmiany klimatyczne wpływają na astronomię, a dokładniej jakość obserwacji astronomicznych. W swojej analizie skupili się na jednym z najbardziej produktywnych o nowoczesnych miejsc do obserwacji nieba: Obserwatorium Paranal Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) w Chile, dla którego dostępny jest kompletny zbiór danych zebranych przez czujniki środowiskowe w ciągu ostatnich trzech dekad. Okazuje się, że podczas ostatnich czterech dziesięcioleci odnotowano tam wzrost średniej temperatury o 1,5° C, czyli nieco powyżej średniej światowej wartości 1° C.
Na poziomie inżynieryjnym stwarza to trudności z chłodzeniem teleskopu. Obudowa Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) w Paranal jest chłodzona w ciągu dnia do temperatur nocnych - celem uniknięcia wewnętrznych turbulencji podczas otwierania kopuły o zachodzie Słońca, które mogłyby pogorszyć jakoś obserwacji. Jednak w przypadku wysokich temperatur, w momencie zachodu Słońca wyższych niż 16º C, całkowite schłodzenie jest niemożliwe, ponieważ system chłodzenia ma swe własne ograniczenia, co powoduje pewne rozmycie obserwacji. Takie cieplejsze dni stały się nieco częstsze wraz ze wzrostem średniej temperatury na Ziemi. Dodatkowo najnowocześniejsze instrumenty zainstalowane w teleskopach VLT są wrażliwe na określone właściwości atmosfery. Niska zawartość pary wodnej ma kluczowe znaczenie dla obserwacji w podczerwieni. Paranal to nie bez powodu obecnie jedno z najbardziej suchych miejsc na Ziemi. W przypadku określonych typów obserwacji ważną rolę odgrywają też zawirowania powietrza wpływające na przepływ światła. Chociaż dostępne dane nie pokazują tu jak dotąd żadnych znaczących trendów, oczekuje się, że zdarzenia pogodowe związane np. z prądem El Niño będą się nasilały w ciągu następnych dziesięcioleci, wraz z postępem kryzysu klimatycznego
W przypadku przyszłych teleskopów, takich jak Extremely Large Telescope (ELT) z 39-metrowym zwierciadłem, które jest obecnie budowane w zasięgu wzroku Paranal, astronomowie będą musieli wziąć pod uwagę te i inne efekty - ostrożnie oceniając, jak mogą się zmienić w przyszłości warunki obserwacyjne i przewidzieć pewne zmiany w globalnym obiegu wody i mas powietrza, na przykład częstsze zdarzenia związane z powietrzem o wysokiej wilgotności.
Tymi sześcioma artykułami astronomowie chcieliby ułatwić te niezbędne zmiany, także w obrębie własnej społeczności. - Jako astronomowie mamy niezmierne szczęście, że możemy pracować w tej fascynującej dziedzinie. Z naszą wyjątkową perspektywą na Wszechświat naszym obowiązkiem jest mówienie wśród nas, ale także poza naszą społecznością, o katastrofalnych skutkach zmian klimatycznych na naszej planecie - dodaje Faustine Cantalloube z MPIA, główna autorka artykułu o tym, jak kryzys klimatyczny wpływa na obserwacje nieba.
Teraz do środowiska naukowego, a także do władz odpowiedzialnych za budowanie środowisk do badań naukowych należy działanie na podstawie tych informacji. Nowo opublikowane artykuły pokazują pewną drogę - kontynuowanie badań astronomicznych, z ich wyjątkową zdolnością do przedstawienia Ziemi i jej środowiska w szerszej perspektywie, przy jednoczesnym zmniejszeniu ich śladu węglowego.
Czytaj więcej:
- Oryginalny artykuł: K. Jahnke et al., An astronomical institute’s perspective on meeting the challenges of the climate crisis; L. Burtscher et al., “The carbon footprint of large astronomy meetings” and F. Cantalloube et al., “The impact of climate change on astronomical observations”, Nature Astronomy
- Całe doniesienie prasowe
Źródło: Nature Astronomy
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Na zdjęciu powyżej: Cztery 8-metrowe teleskopy i cztery pomocnicze teleskopy w obserwatorium ESO w Paranal (Chile). Planując przyszłość obserwacji, astronomowie będą musieli wziąć pod uwagę niekorzystne skutki kryzysu klimatycznego.
Źródło: ESO/S.Brunier.
