2020 年末，我们发现了来自我们最近的邻居恒星比邻星方向的信号。被 Break Through Listen 项目命名为 BLC-1的信号仍在进行分析，以确保它不仅仅是我们自己文明的回声——通常是它们原来的样子。但为什么不直接观察比邻星中的行星，看看那里是否存在文明？ 从太空看，地球上有人居住的最明显迹象是我们星球夜景发出的光芒。我们的城市散发出洒向宇宙的光。问题是我们目前这一代的望远镜不够强大，无法看到遥远世界的光。但是一些研究人员正在测试已经在绘图板上的下一代望远镜的功能。这一发现？是的！如果足够先进……或者足够发光……我们将能够看到另一个文明是否在比邻星亮着灯。网络摄像头 您可以通过多种方式判断外星技术存在于另一个星球上。例如，我们可能能够看到遥远世界的光随着大量卫星（我们前进的方向）的过境而摇摆不定。从核冲突中可以检测到大气污染（哎哟）。但是，虽然这些技术迹象也可能是由轨道碎片或彗星撞击等自然现象引起的，但人工照明与恒星的自然光不同。斯坦福大学的 Elisa Tabor 和哈佛大学的 Abraham Loeb 带着詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）进行了一次虚拟的外星人追光试驾。James Webb尚未真正发布，因此该研究测试了 JWST 功能的纸面规格。 虚拟 JWST 是在比邻星 b 上进行训练的——比邻星 b 是比邻星系统中确认可以容纳文明的行星。比邻星 b距离地球 4.25 光年，是位于 M 级红矮星比邻星的宜居带的岩石世界，它的质量仅为太阳的 12%。Proxima b 比我们重，约为地球质量的 1.6 倍，半径是我们的 1.3 倍。它以 700 万公里的距离在短短 11.2 天内绕比邻星公转——仅为地球绕太阳公转距离的 5%。 Tabor 和 Loeb 将人工照明作为从地球日侧反射的太阳照明的一部分进行缩放。这个比例的 0% 会假设行星的夜侧是完全黑暗的，没有人工照明。100% 意味着行星的夜侧与日侧一样明亮。假设比邻星 b 上的假设文明使用的光类型与地球上的LED相似，它们具有不同的人工光谱。结果？如果 Proxima b 的人工夜间照明达到自然日侧照明的 5%，则 JWST 可以以 85% 的把握度检测到人造光。如果人工照明达到 9%，JWST 的检测置信度将上升到 95%。 5% 的照明听起来并不多，对吧？嗯，我们在谈论来自星星的光. 与我们的太阳相比，比邻星微弱（大约暗淡 20,000 倍），但它仍然是很多光。相比之下，地球的人工照明仅为反射恒星照明的 0.001%。换句话说，如果比邻星 b 拥有一个和我们一样发光的文明，JWST 就不会检测到它。这些灯需要亮 500 倍。这种情景是可信的。比邻星 b 的轨道与其宿主恒星的轨道如此之近，以至于它可能被潮汐锁定——行星的一侧总是面向恒星，而另一侧则处于永恒的夜晚。潮汐锁定行星上的文明可能需要专注于照明基础设施，并且可能如 Tabor 和 Loeb 假设的那样，使用非常明亮的轨道镜将阳光反射到行星的夜侧，我们的望远镜可以看到。 这张信息图比较了这颗行星围绕比邻星 (Proxima b) 的轨道与太阳系的同一区域。比邻星比太阳更小、温度更低，而且这颗行星的轨道比水星更靠近它的恒星。因此，它正好位于宜居带内，在那里液态水可以存在于行星表面。下一个，下一代：LUVOIR 和 HabEx Tabor 和 Loeb 指出，其他未来的望远镜，如 LUVOIR （大型紫外光学红外测量仪）在发现遥远文明的光芒方面可能比 JWST 更有能力。就在他们发表几天后，图森大学天文系的托马斯·比蒂 (Thomas Beatty)就计算出了这些数字。比蒂审查了 LUVOIR 和 HabEx （可居住系外行星天文台），以确定这些望远镜不仅可以探测比邻星 b 上的城市灯光，而且还可以探测到环绕恒星运行的行星，其距离为 30pc（秒差距。1pc=3.26 光年） ）。LUVOIR 和 HabEx 都有对系外行星进行编目和直接成像的任务，计划于 2035 年发射。 LUVOIR 天文台的计算机渲染——美国宇航局信用 与使用虚拟 JWST 的 Tabor 和 Loeb 类似，Beatty 指出了许多恒星系统的虚拟 LUVOIR 和 HabEx 天文台，这些恒星系统具有比邻星 b 等已知世界以及围绕G、K 和 M 级恒星运行的假设类地世界. 比蒂还缩放了城市化的行星表面的百分比。城市化程度越高，地球的夜景就越明亮。该模型中的人工照明类型模拟了地球上最常见的灯光——从混凝土表面反射的高压钠路灯，其光谱也可与自然星光区分开来。所以变量是 a) 与地球的距离 b) 行星的城市化水平，以及 c) 行星环绕的恒星类型。在每种情况下，虚拟望远镜都会对行星进行至少 100 小时的成像，以收集足够的光线穿过虚空以解决目标。 HabEx 天文台使用其 52m 浮动遮光罩来阻挡不需要的星光——美国宇航局信用眼花缭乱 Beatty (2021) 图 5 见下面的描述——点击放大 上图来自 Beatty 的出版物，显示了与地球的距离、城市化水平和母星类别之间的权衡。前两个变量，城市化水平和与地球的距离，是不言而喻的。人造光越亮，就越容易被看到。如果这颗行星离地球更近，则更容易看到它的光。但母星也在可见度方面发挥作用。围绕较小、较暗恒星运行的行星具有更好的对比度。它们的恒星足够昏暗，不会淹没人工照明，因此在 M 红矮星系统中的行星上可以看到较低水平的城市化。该图的蓝色阴影表示检测的确定性. 1 sigma（图中表示的希腊字母）大约有 67% 的确定性。3 西格玛接近 99%。10 西格玛几乎是 100%。 然而，虽然较暗的恒星为探测人工照明提供了更好的对比度，但它们的宜居带半径非常小。行星与恒星的轨道如此之近，以至于如果给定的红矮星相距 10 pc 以上，我们就无法再将其行星与恒星区分开来。图中的有效术语称为 IWA 或＂内部工作角＂，在这个角度，行星现在明显地离母星太近，以至于城市灯光根本无法检测到。更远的目标将有利于更明亮的类太阳恒星（G 黄矮星（我们的太阳）和 K 橙矮星）具有更宽的宜居带，这些行星的轨道距离更远，并且与它们的恒星更容易区分。 但是，反过来，这些行星需要更高比例的城市化，因为它们更亮的母星对这些行星的夜侧产生不太有利的对比度。最多 10% 的距离，一个城市化水平在 0.4% 到 3% 之间的行星，如果围绕 M 星运行，将有可见的城市灯光，而围绕 G/K 星运行的行星则需要 10% 以上。超过 10 个，只有围绕 G/K 星运行的行星才有可见的城市灯光，但需要更高比例的城市化。任何重要检测的最大范围约为 30pc。图中使用的4个示波器分别是LUVOIR（A/B）两个版本和HabEx两个版本。LUVOIR A 具有更强大的 15m 镜子，而 LUVOIR B 具有 8m 镜子。HabEx (SS) 是 HabEx 望远镜，配有浮动遮阳罩，可过滤星光，有助于探测行星。 Ecumenopolis - 一个城市星球 这张已成为流行海报的合成图像展示了夜间地球的 全球视图，由 400 多张卫星图像汇编而成。美国宇航局的研究人员使用这些夜间灯光图像来研究城市地区的天气。 对于我们所有的城市灯光，地球表面只有 0.05% 的城市化。如果我们的望远镜停在比邻星，它们将无法看到我们。更大比例的城市化可以帮助我们更清楚地看到遥远的文明，比如 100%。但是……到底什么是100% 的城市化？一个大都市。 太空战略视频游戏Stellaris可居住行星中的Ecumenopolis 世界的光芒随着您的文明在模拟星系中发展了数百年，游戏中的可居住行星可以演变成这些城市世界 - 来自 Paradox Interactive 开发和发布的视频游戏 Stellaris 的图形。经许可使用 - 点击放大 Ecumenopolis 是一个城市星球——整个地表都被一个巨大的城市覆盖的世界。科幻小说中有几个例子，例如艾萨克·阿西莫夫的基金会三部曲中的人类帝国首都行星 Trantor，星球大战中的共和国/帝国首都科洛桑，或者我最喜欢的太空战略视频游戏Stellaris（我肯定玩过）中的 Ecumenopolis 行星类型在撰写本文时获得灵感）。但不仅仅是一个极客的科幻概念，可以想象一个先进的文明可以将他们的世界完全包裹在一个无休止的城市景观中。这样的世界会有多明显？ 来自 Beatty 文章的图 6 显示了来自 Ecumenopolis 的高压钠灯的独特强光。这些光在高亮区域的 600nm 范围内达到峰值。 比蒂对结果进行了建模，并发现未来的望远镜将能够探测太阳附近恒星附近82 颗恒星周围的地球。这是一个惊人的空间。因此，如果外面有人如此闪耀，我们可能会在未来十年内看到它们。比邻星B-econ 比蒂的工作表明，近距离红矮星为探测城市世界提供了最佳机会，这意味着比邻星 b 是当前的主要目标。对于下一代望远镜来说，检测比邻星 b 的 Ecumenopolis 版本很容易。事实上，我们只能检测到地球上只有 0.5% 的城市化。这仍然是地球目前城市化的10 倍。然而，当前的城市增长率使地球在未来一百年内达到 0.5% - 恒星时间的眨眼。如果外星文明确实存在，假设技术文明长期存在，它们可能已经达到这种城市化水平。事情就是这样——我们实际上并不知道技术文明是长寿的。这就是我们做 SETI 的原因之一。找到另一个在虚空中闪耀的人意味着我们也更有希望保持灯光亮起。