جستجوی چراغ‌های شهر در سیارات دیگر

بین سیاره‌ای که نور منعکس می‌کند و سیاره‌ای که با نور مصنوعی خودش می‌درخشد، یک تفاوت قابل تشخیص وجود دارد.

اعتبار: Matjaz Slanic Getty Images

حدود یک دهه پیش، من در یک کنفرانس افتتاحی پردیس دانشگاه نیویورک در ابوظبی به همراه یکی از همکاران از دانشگاه پرینستون، اد ترنر، شرکت کردم. این کنفرانس شامل گشت و گذار در محل بود که طی آن راهنمای محلی ادعا می‌کرد که چراغهای شهرشان از ماه دیده می‌شود. من و اد به هم نگاه کردیم و تعجب کردیم: از چه فاصله‌ای تلسکوپ فضایی هابل (HST) می‌تواند چراغ‌های شهر را تشخیص دهد؟

روز بعد، ما محاسبه کردیم که هابل می‌تواند شهری مانند توکیو را روی اشیاء موجود در کمربند کویپر در 30 تا 50 برابر فاصله زمین و خورشید مشاهده کند. اما آیا می‌تواند چراغ‌های مصنوعی را از انعکاس طبیعی نور خورشید تشخیص دهد که دارای رنگ مشابهی هستند؟

در پاسخ به این سوال ، من و اد یک تصور اساسی راجع به وابستگی شار مشاهده شده به فاصله منبع نور پیدا کردیم. شار تابشی نور خورشید با مربع فاصله بازتابنده از خورشید چند برابر مربع فاصله آن از ما  کاهش می‌یابد. برای منابع بسیار دور ، حاصل این فاکتورها دلالت بر کمبود عکس با فاصله تا توان چهارم دارد. از طرف دیگر، یک منبع مصنوعی که نور را خودش تولید می‌کند مانند یک لامپ عمل می‌کند و فقط با عکس مربع فاصله خود از ما کم می‌شود. با بررسی اینکه آیا یک جسم کمربند کویپری با فاصله گرفتن از قدر دوم یا چهارم به طور معکوس کاهش می‌یابد در حالی که در مدار خود دور می‌شود ، می‌توان نتیجه گرفت که آیا نور خود را ساطع می‌کند یا خیر.

به طور هم زمان، یکی از ناظران مشهور اشیاء کمربند کویپر پس از آن از دفتر من بازدید کرد. من فرصت را از دست ندادم تا از او بپرسم: “آیا شما تا به حال بررسی کرده‌اید که چگونه روشنایی اجسام کمربند کویپر با فاصله در طول مدار آنها تغییر می‌کند؟” او بدون تردید پاسخ داد: «چرا بررسی می‌کنم؟ باید وابستگی مورد انتظار از نور خورشید را دنبال کند. ” که فقط می‌توانم بگویم: “اگر شما مایل به کشف چیزهای شگفت‌انگیز نباشید، هرگز آنها را پیدا نخواهید کرد.”

مسلماً بعید است منبع نور به اندازه شهر توکیو در حومه منظومه شمسی وجود داشته باشد، مگر اینکه با عبور یک سفینه فضایی عظیم همراه باشد. اما ما می‌توانیم به طور بالقوه به دنبال نورهای مصنوعی از سیارات قابل سکونت در اطراف ستاره‌های دیگر باشیم.

نزدیکترین آنها Proxima b است، سیاره‌ای در منطقه قابل سکونت نزدیکترین همسایه ما، ستاره کوتوله پروکسیما قنطورس که در فاصله 4.25 سال نوری ما واقع شده است. از آنجایی که این سیاره 20 برابر بیشتر از فاصله زمین با خورشید درخشان به ستاره کم نور آن نزدیکتر است، تصور می‌شود Proxima b مرتباً روز و  شب دائما به آن قفل شده باشد (درست همانطور که ماه در هر زمان با همان طرف زمین رو به رو است). یک تمدن فناوری در Proxima b ممکن است انتقال گرما و برق را از سمت گرم و روشن روز به سمت تاریک شب انتخاب کند. به عنوان مثال، با پوشاندن سطح زمین با سلولهای فتوولتائیک که از نور ستاره تولید برق می‌کنند. ما نشان دادیم که پوشش قابل توجهی از صفحات خورشیدی را می‌توان با تلسکوپهای آینده بر اساس لبه طیفی آنها تشخیص داد که در بازتاب نور ستاره نشان می‌دهند.

این یک سوال فرضی جالب ایجاد می‌کند. اگر در شب Proxima b توسط نور مصنوعی روشن شود، آیا می توانیم آن را با جانشین HST ، تلسکوپ فضایی James Webb (JWST) ، که امسال آماده پرتاب است، تشخیص دهیم؟ از آنجا که JWST بزرگتر و حساستر از HST است، به ما امکان می‌دهد به فاصله دورتری به فضا نگاه کنیم و جستجوی چراغ های مصنوعی را از کمربند کویپر به سیارات فراخورشیدی قابل سکونت مانند Proxima b گسترش دهیم. من این سوال را در مقاله جدیدی با یک دانشجوی کارشناسی از دانشگاه استنفورد، الیسا تابور بررسی کردم.

ما منحنی نوری را که از Proxima b دیده می‌شود، هنگام چرخش روی ستاره‌اش محاسبه کردیم. محاسبات ما نشان داد که JWST قادر خواهد بود لامپهای دیود ساطع کننده نور (LED) را در شب شناسایی کند که 5 درصد نور ستاره آن را تشکیل می‌دهد. اما حتی اگر روشنایی مصنوعی به اندازه تمدن فعلی ما (0.01 درصد) در کنار نور شب زمین ضعیف باشد، JWST می‌تواند آن را تشخیص دهد تا زمانی که محدود به یک باند فرکانسی باشد که هزار برابر باریکتر از نور ستاره باشد. رصدخانه‌های آینده، مانند تلسکوپ فضایی مادون قرمز بزرگ نوری (LUVOIR)، قادر خواهند بود حتی نور کمتری از نور مصنوعی را در کنار شب Proxima b تشخیص دهند.

جستجوی چراغهای شهر در سیارات قابل سکونت ممکن است گمانه‌زنی به نظر برسد، اما ارزش آن را دارد که به عنوان یک علامت فنی بالقوه با ابزارهای برنامه‌ریزی شده دنبال کنید. Proxima b هر 11.2 روز به دور ستاره خود می‌چرخد ​​و 32.6 فرصت بیشتر برای جشن تولد ساکنانش فراهم میکند تا ما در هر 365.2 روز یکبار. اگر سیگنال توسط تلسکوپهای آینده احساس شود ، تقاضای زیاد برای چراغهای روشن هنگام مهمانیهای تولد در شب Proxima b دلیل آن است که ما نیز جشن بگیریم.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Searching for City Lights on Other Planets

By Avi Loeb on June 13, 2021

https://www.scientificamerican.com/article/searching-for-city-lights-on-other-planets/