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Was braucht es, um künstliches Licht bei Proxima Centauri B zu sehen?

Gibt es eine außerirdische Zivilisation nebenan? Es ist ... möglich (ish). Ende 2020 entdeckten wir ein Signal vondie Richtung vonProxima Centauri (nicht unbedingtvonProxima Centauri), unser nächster Nachbarstern. Benannt BLC-1 vom Projekt Break Through Listen , das Signal wird immer noch analysiert, um sicherzustellen, dass es nicht nur ein Echo unserer eigenen Zivilisation ist – typischerweise das, was sie sich herausstellt. Aber warum nicht einfach direkt Planeten in Proxima Centauri anschauen undsehenwenn eine Zivilisation da ist?

Aus dem Weltraum ist das offensichtlichste Zeichen, dass jemand auf der Erde lebt, das Leuchten der Nachtseite unseres Planeten. Unsere Städte strahlen Licht aus, das in den Kosmos geworfen wird. Das Problem ist, dass unsere aktuelle Teleskopgeneration nicht stark genug ist, um Lichter auf fernen Welten zu sehen. Doch bereits am Reißbrett testen mehrere Forscher die Fähigkeiten der nächsten Teleskopgeneration. Die Entdeckung, die Erkenntnis, der Fund? Jawohl! wenn fortgeschritten genug ... oder glühend genug ... könnten wir sehen, ob eine andere Zivilisation in Proxima Centauri die Lichter an hat.

8k-Zusammenstellung von Filmmaterial, das von der Internationalen Raumstation ISS aufgenommen wurde, die über den City Lights der Erde kreist

Webcam

Es gibt mehrere Möglichkeiten, um zu erkennen, dass außerirdische Technologie auf einem anderen Planeten existiert. Zum Beispiel können wir das Licht einer fernen Weltschwankung beim Transit einer massiven Satellitenkonstellation sehen ( eine Richtung, in die wir gehen ). Luftverschmutzung kann durch nukleare Konflikte nachweisbar sein (autsch). Aber während diese Hinweise auf Technologie auch durch natürliche Phänomene wie umlaufende Trümmer oder einen Kometeneinschlag verursacht werden könnten, unterscheidet sich künstliche Beleuchtung vom natürlichen Licht der Sterne. Elisa Tabor von der Stanford University und Abraham Loeb von der Harvard University nahmen das James Webb Space Telescope (JWST) für eine virtuelle Probefahrt bei der Alien-Lichtjagd . James Webb ist noch nicht wirklich gestartet Daher testet die Forschung die Papierspezifikationen der Fähigkeiten von JWST.

Das virtuelle JWST wird auf Proxima b trainiert – dem einzigen bestätigten Planeten im Proxima Centauri-System, der eine Zivilisation beherbergen könnte. 4,25 Lichtjahre von der Erde entfernt, Nächstes b ist eine felsige Welt in der bewohnbaren Zone der M-Klasse roter Zwerg Stern Proxima Centauri – nur 12% der Masse unserer Sonne. Proxima b ist mit etwa 1,6 Erdmassen und dem 1,3-fachen unseres Radius kräftiger als wir. Er umkreist Proxima Centauri in nur 11,2 Tagen in einer Entfernung von 7 Millionen km – nur 5 % der Entfernung, in der die Erde die Sonne umkreist.

Bestätigte Planeten bei Proxima Centauri! – Video von Fraser Cain – Universe Today

Tabor und Loeb skalierten die künstliche Beleuchtung als einen Bruchteil der Sonnenbeleuchtung, die von der Tagseite des Planeten reflektiert wird. 0% auf dieser Skala würden annehmen, dass die Nachtseite des Planeten völlig dunkel ist, ohne künstliche Beleuchtung. 100 % bedeutet, dass die Nachtseite des Planeten genauso hell ist wie die Tagseite. Es wird angenommen, dass die Art von Licht, die von der hypothetischen Zivilisation auf Proxima b verwendet wird, ähnlich ist zu LEDs auf der Erde, die eine ausgeprägte künstliche Spektrum. Die Ergebnisse? Wenn die künstliche Nachtbeleuchtung von Proxima b 5% der natürlichen Tagesbeleuchtung erreicht, könnte JWST das künstliche Licht mit 85% Sicherheit erkennen. Wenn künstliche Beleuchtung 9 % erreicht, steigt die Erkennungssicherheit von JWST auf 95 %.

5% Beleuchtung hört sich nicht nach viel an, oder? Nun, wir sprechen über das Licht von aStern. So schwach Proxima Centauri im Vergleich zu unserer Sonne ist (ca. 20.000 mal dunkler), das ist immer noch viel Licht. Im Vergleich dazu beträgt die künstliche Beleuchtung der Erde nur 0,001% der reflektierten stellaren Beleuchtung. Mit anderen Worten, wenn Proxima b eine so leuchtende Zivilisation wie wir beherbergt, würde JWST sie nicht entdecken. Diese Lichter müssten 500-mal heller sein. Dieses Szenario ist plausibel. Proxima b kreist so nah um seinen Mutterstern, dass es durch die Gezeiten blockiert sein könnte – eine Seite des Planeten ist immer dem Stern zugewandt, während die andere in ewiger Nacht ist. Eine Zivilisation auf einem durch Gezeiten eingeschlossenen Planeten muss sich möglicherweise auf die Beleuchtungsinfrastruktur konzentrieren und könnte möglicherweise, wie Tabor und Loeb vermuten, sehr helle Orbitalspiegel verwenden, um Sonnenlicht auf die Nachtseite des Planeten zu reflektieren, die von unseren Teleskopen gesehen werden könnte.

Diese Infografik vergleicht die Umlaufbahn des Planeten um Proxima Centauri (Proxima b) mit derselben Region des Sonnensystems. Proxima Centauri ist kleiner und kühler als die Sonne und der Planet umkreist seinen Stern viel näher als Merkur. Infolgedessen liegt es gut innerhalb der bewohnbaren Zone, in der flüssiges Wasser auf der Oberfläche des Planeten existieren kann.

Als nächstes Next Gen: LUVOIR und HabEx

Tabor und Loeb weisen darauf hin, dass andere zukünftige Teleskope wie LUVOIR (Großer optischer UV-Infrarotvermesser) möglicherweise sogar noch fähiger als JWST, das Leuchten einer fernen Zivilisation zu erkennen. Nur wenige Tage nach ihrer Veröffentlichung hat Thomas Beatty vom Department of Astronomy der University of Tucson, habe nur diese Zahlen geknackt . Beatty überprüfte sowohl LUVOIR als auch HabEx (Bewohnbares Exoplaneten-Observatorium) um das Potenzial dieser Teleskope zu bestimmen, Stadtlichter nicht nur auf Proxima b zu entdecken, sondern auch auf Planeten, die Sterne in einer Entfernung von 30pc umkreisen (Parsek. 1pc=3,26 Lichtjahre). Sowohl LUVOIR als auch HabEx haben Missionen zum Katalogisieren und direkten Abbilden von Exoplaneten und sollen 2035 starten.

Computer-Rendering des LUVOIR-Observatoriums – Credit NASA

Ähnlich wie Tabor und Loeb, die ein virtuelles JWST verwendeten, zeigte Beatty virtuelle LUVOIR- und HabEx-Observatorien auf eine Reihe von Sternensystemen mit bekannten Welten wie Proxima b sowie hypothetischen erdähnlichen Welten, die umkreisen Sterne der G-, K- und M-Klasse . Beatty skalierte auch den Prozentsatz der urbanisierten Oberfläche des Planeten. Je mehr Urbanisierung, desto heller die Nachtseite des Planeten. Die Art der künstlichen Beleuchtung in diesem Modell simuliert die gängigsten Lichter auf der Erde – Hochdruck-Natrium-Straßenlaternen, die von Betonoberflächen reflektiert werden und auch ein Spektrum aufweisen, das sich von natürlichem Sternenlicht unterscheidet. Die Variablen sind also a) die Entfernung von der Erde, b) der Urbanisierungsgrad des Planeten und c) die Art des Sterns, den der Planet umkreist. In jedem Szenario bilden die virtuellen Zielfernrohre mindestens 100 Stunden lang Planeten ab, um genügend Licht zu sammeln, das durch die Leere strömt, um das Ziel aufzulösen.

HabEx-Observatorium verwendet seinen 52 m langen schwimmenden Sternenschirm, um unerwünschtes Sternenlicht abzublocken – Credit NASA

Blendend hell

Beatty (2021) Abbildung 5 Siehe Beschreibung unten – zum Vergrößern anklicken

Die obige Abbildung aus Beattys Veröffentlichung zeigt die Kompromisse zwischen der Entfernung von der Erde, dem Grad der Urbanisierung und der Klasse des Muttersterns. Die ersten beiden Variablen, Verstädterungsgrad und Entfernung von der Erde, liegen auf der Hand. Je heller die künstlichen Lichter, desto besser sind sie zu sehen. Wenn der Planet näher an der Erde liegt, sind seine Lichter leichter zu sehen. Aber auch der Mutterstern spielt eine Rolle bei der Sichtbarkeit. Planeten, die kleinere, dunklere Sterne umkreisen, haben einen besseren Kontrast. Ihre Sterne sind schwach genug, um die künstliche Beleuchtung nicht zu überfordern, und so kann auf Planeten in M-Roten-Zwerg-Sternsystemen ein geringerer Urbanisierungsgrad beobachtet werden. Der blaue Farbton der Figur weist auf die Erkennungssicherheit . 1 Sigma (der griechische Buchstabe, der in der Abbildung angegeben ist) entspricht ungefähr 67 % Sicherheit. 3 Sigma liegt eher bei 99%. 10 Sigma sind praktisch 100 %.

Während jedoch lichtschwächere Sterne einen besseren Kontrast zur Erkennung künstlicher Beleuchtung bieten, ist ihr bewohnbarer Zonenradius sehr klein. Planeten umkreisen den Stern so nah, dass wir, wenn ein bestimmter Roter Zwerg mehr als 10 Stück entfernt ist, seine Planeten nicht mehr vom Stern unterscheiden können. Der operative Begriff in der Abbildung wird als IWA oder „Inner Working Angle“ bezeichnet, bei dem der Planet jetzt sichtbar zu nahe am Mutterstern ist, als dass die Lichter der Stadt überhaupt erkennbar wären. Weiter entfernte Ziele würden dann hellere sonnenähnliche Sterne (G-Gelb-Zwerge (unsere Sonne) und K-Orange-Zwerge) mit breiteren bewohnbaren Zonen bevorzugen, in denen die Planeten weiter umkreisen und von ihren Sternen sichtbarer unterscheidbar sind.

Aber diese Planeten erfordern wiederum einen höheren Prozentsatz an Urbanisierung, da ihre helleren Elternsterne einen ungünstigeren Kontrast für die Nachtseiten dieser Planeten bilden. Bis zu 10 Stück entfernt hätte ein Planet mit einem Urbanisierungsgrad zwischen 0,4 und 3 % sichtbare Stadtlichter, wenn er M-Sterne umkreist, während Planeten, die G/K-Sterne umkreisen, mehr als 10 % benötigen würden. Über 10 Prozent hinaus haben nur Planeten, die G/K-Sterne umkreisen, sichtbare Stadtlichter, benötigen jedoch noch höhere Prozentsätze an Urbanisierung. Die maximale Reichweite für jede signifikante Erkennung liegt bei etwa 30pc. Die 4 in der Abbildung verwendeten Zielfernrohre sind zwei Versionen von LUVOIR (A/B) und zwei Versionen von HabEx. LUVOIR A verfügt über einen stärkeren 15-m-Spiegel, LUVOIR B über einen 8-m-Spiegel. HabEx (SS) ist das HabEx-Zielfernrohr, das mit einem schwimmenden Sonnenschutz kombiniert wird, um das Sternenlicht zu filtern, das bei der Erkennung von Planeten hilft.

Ökumenopolis – Ein Stadtplanet

Dieses zusammengesetzte Bild, das zu einem beliebten Poster geworden ist, zeigt a globale Ansicht der Erde bei Nacht , zusammengestellt aus über 400 Satellitenbildern. NASA-Forscher haben diese Bilder von Nachtlichtern verwendet, um das Wetter in städtischen Gebieten zu untersuchen.Bildnachweis: NASA/NOAA– zum Vergrößern anklicken

Bei all unseren eigenen Stadtlichtern ist die Erdoberfläche nur zu 0,05% urbanisiert. Unsere Teleskope könnten uns nicht sehen, wenn sie in Proxima Centauri geparkt wären. Ein größerer Prozentsatz der Urbanisierung könnte uns helfen, eine weit entfernte Zivilisation klarer zu sehen, etwa 100 %. Aber… was genau?ist100 % Urbanisierung? Eine Ökumenopolis.

Der Glanz einer Ecumenopolis-Welt im Weltraumstrategie-Videospiel Stellaris Bewohnbare Planeten im Spiel können sich zu diesen Stadtwelten entwickeln, während sich Ihre Zivilisation über Jahrhunderte in einer simulierten Galaxie entwickelt – Grafiken aus dem Videospiel Stellaris, entwickelt und veröffentlicht von Paradox Interactive. Mit Genehmigung verwendet – zum Vergrößern anklicken

Eine Ökumenopolis ist ein Stadtplanet – eine Welt, in der die gesamte Oberfläche von einer riesigen Stadt bedeckt ist. In der Science-Fiction gibt es mehrere Beispiele, wie den Planeten des Human Empire Capital von Trantor in Isaac Asimovs Foundation Trilogy, die Republic/Empire Capital of Coruscant in Star Wars oder den Planetentyp Ecumenopolis in meinem Lieblings-Weltraumstrategie-Videospiel Stellaris (was ich definitiv als Inspiration gespielt habe, während ich diesen Artikel geschrieben habe). Aber es ist mehr als ein geekiges Science-Fiction-Konzept, es ist denkbar, dass eine fortgeschrittene Zivilisation ihre Welt vollständig in eine unendliche Stadtlandschaft einschließen könnte. Wie sichtbar wäre eine solche Welt?

Abbildung 6 aus Beattys Artikel zeigt das ausgeprägte starke Leuchten von Hochdruck-Natriumlichtern aus einer Ökumenopolis. Diese Lichter haben ihren Höhepunkt im Bereich von 600 nm im hervorgehobenen Bereich.

Beatty modellierte die Ergebnisse und stellte fest, dass zukünftige Teleskope in der Lage sein würden, die Welten von Ökumenopolis zu entdecken82 Sternein der stellaren Nachbarschaft der Sonne. Das ist erstaunlich viel Platz. Wenn also jemand da draußen so hell strahlt, werden wir ihn vielleicht im kommenden Jahrzehnt sehen können.

Proxima B-Eacon

Beattys Arbeit zeigt, dass rote Zwergsterne aus nächster Nähe die beste Möglichkeit bieten, urbane Welten zu entdecken, was Proxima b zum aktuellen Hauptziel macht. Eine Ecumenopolis-Version von Proxima b zu entdecken wäreeinfachfür Teleskope der nächsten Generation. Tatsächlich konnten wir nur 0,5% Urbanisierung auf dem Planeten feststellen. Das ist noch10 malmehr als die gegenwärtige Urbanisierung der Erde. Die aktuellen Wachstumsraten der Städte bringen die Erde jedoch innerhalb der nächsten hundert Jahre auf 0,5% – ein Wimpernschlag in stellarer Zeit. Wenn eine außerirdische Zivilisation existiert, könnte sie diesen Grad der Urbanisierung bereits erreicht haben, vorausgesetzt, dass technologische Zivilisationen langlebig sind. Und das ist die Sache – wir wissen nicht wirklich, dass technologische Zivilisationen langlebig sind. Das ist einer der Gründe, warum wir SETI machen. Wenn wir jemanden finden, der in der Leere leuchtet, gibt es mehr Hoffnung, dass wir auch das Licht anlassen können.

Beschreibung des Funktionsbildes:Ecumenopolis Planet umkreist Proxima Centauri-like Red Dwarf Star – Grafik aus dem Videospiel Stellaris, entwickelt und veröffentlicht von Paradox Interactive.VIELEN Dank an die Paradox Interaktiv und Stellaris Team für die Erlaubnis, ihre coolen Ecumenopolis-Screenshots in diesem Artikel zu verwenden. Bauen Sie Ihre eigene fortschrittliche Zivilisation mit Ringwelten, Dyson-Kugeln und Ökumenopolis-Planeten auf, indem Sie Stellaris auf Steam .