面对气候变化、森林砍伐和生物多样性的丧失，创造一个可持续的文明版本是人类最紧迫的任务之一。但在面对这一巨大挑战时，我们很少会问最紧迫的问题:我们如何知道可持续发展是否可能?天文学家已经清点了宇宙中相当大一部分的恒星、星系、彗星和黑洞。但是拥有可持续文明的行星也是宇宙的一部分吗?或者，在宇宙中出现的每一种文明都只存在了几个世纪就会引发气候变化吗?
天体物理学家亚当·弗兰克(Adam Frank)是罗切斯特大学(University of Rochester)的物理学和天文学教授，他是一群研究人员中的一员，他们已经迈出了回答这些问题的第一步。在《天体生物学》(Astrobiology)杂志上发表的一项新研究中，包括弗兰克(Frank)、罗切斯特大学(Rochester)高级计算科学家乔纳森·卡罗-奈勒贝克(Jonathan Carroll-Nellenback)、华盛顿大学(University of Washington)的玛蒂娜·阿尔贝蒂(Martina Alberti)和马克斯·普朗克生物地球化学研究所(Max Planck Institute for Biogeochemistry)的阿克塞尔·克莱登)在内)在内的研究人员在内，从“天体生物学”的研究人员从“天体生物学”的角度探讨了这些问题。
“天体生物学是对生命及其在行星环境中的可能性的研究，”弗兰克说，他也是新书《恒星之光:外星世界与地球命运》(Light of the Stars: Alien Worlds and the Fate of the Earth)的作者。“这包括‘外星文明’或者我们通常所说的外星人。”
弗兰克和他的同事们指出，关于气候变化的讨论很少在这个更广泛的背景下进行——一个考虑到这不是宇宙历史上第一次一个星球及其生物圈进化成类似于我们在地球上创造出来的东西的可能性。“如果我们不是宇宙的第一个文明，”弗兰克说，“那就意味着，对于一个年轻文明的命运，就像我们自己的进步一样，很可能会有规则。”
随着一个文明人口的增长，它使用了越来越多的地球资源。通过消耗地球的资源，文明改变了地球的状况。简而言之，文明和行星并不是分开进化的;它们相互依存，我们自身文明的命运取决于我们如何利用地球资源。
为了说明文明-行星系统是如何共同进化的，弗兰克和他的合作者开发了一个数学模型来展示一个技术先进的人口和它的星球是如何共同发展的。通过考虑文明和行星——甚至是外星文明——作为一个整体，研究人员可以更好地预测人类文明计划生存所需的条件。
“关键是要认识到，推动气候变化的因素可能具有普遍性，”弗兰克说。“物理学定律要求，任何像我们这样正在建设能源密集型文明的年轻人，都会对地球产生反馈。”在这个宇宙背景下看到气候变化可能会让我们更好地了解我们现在正在发生什么，以及如何应对它。
通过他们的数学模型，研究人员发现了在文明星球系统中可能发生的四种情况:
死亡:人口和地球的状态(用平均温度来表示)上升得很快。最终，随着全球气温的上升，生存环境变得更加困难，人口数量会达到顶峰，然后迅速下降。稳定的人口水平是可以实现的，但这只是高峰人口的一小部分。弗兰克说:“想象一下，如果你认识的人中有七个人死得很快。”“目前还不清楚复杂的技术文明能否经受住这种变化。”
可持续性:人口和气温的上升，但最终都达到稳定的价值，没有任何灾难性的影响。这种情况出现在模型中，当人们认识到它对地球产生了负面影响，并从使用高影响资源(如石油)转向使用低影响资源(如太阳能电池)
没有资源变化的崩溃:人口和温度都迅速上升，直到人口达到峰值并急剧下降。在这些模型中，文明崩溃了，尽管还不清楚物种本身是否完全消亡。
随着资源变化而崩溃:人口和温度上升，但人口意识到它正在造成一个问题，从高影响资源转向低影响资源。情况似乎暂时趋于平稳，但反应却来得太晚了，人口也随之崩溃。
“最后一种情况是最可怕的，”弗兰克说。“即使你做了正确的事，如果你等得太久，你的人口还是会崩溃。”
研究人员建立了他们的模型，部分基于对灭绝文明的案例研究，例如复活节岛的居民。公元400年至700年间，人们开始在该岛定居，并在公元1200年至1500年间达到了人口最多的10,000人。然而，到了18世纪，居民们耗尽了他们的资源，人口急剧下降到大约2000人。
复活节岛的人口死亡与一个被称为承载能力的概念有关，或者是一个环境能够支持的最大物种数量。弗兰克说，地球对文明建设的反应才是气候变化的真正意义所在。“如果你经历了非常严重的气候变化，那么你的承载力可能会下降，因为，例如，大规模农业可能会受到严重干扰。”想象一下，如果气候变化导致中西部停止降雨。我们无法种植粮食，我们的人口也会减少。
现在研究人员还不能确定地预测地球的命运。接下来的步骤将是使用更详细的模型，说明当文明消耗任何形式的能量时，行星的行为方式。与此同时，弗兰克发出了清醒的警告。
他说:“如果你足够改变地球的气候，你可能无法改变它。”“即使你放弃了，开始使用太阳能或其他影响较小的资源，也可能为时已晚，因为地球已经在改变。”这些模型表明，我们不能只考虑人口自身的进化。我们必须考虑我们的星球和文明共同进化。
