太陽系外惑星の夜側の街の明かりの検出可能性

夜の明かりがとても綺麗ね系外惑星。全球ラスベガス化しなくても表面の1割が都市化していれば中心恒星の光を隠せば見えるらしい。以下、機械翻訳。
太陽系外惑星の夜側の街の明かりの検出可能性
2021年5月20日に提出
概要
私は、近くの居住可能な地球のような太陽系外惑星での夜側の街の明かりの検出可能性を推定します
提案されたLUVOIRおよびHabEx天文台アーキテクチャからの直接イメージング観測を使用する星。私は、スオミNational Polar-orbitingPartnership衛星からのデータを使用して
地球の大気の上部にある街の明かりからの広帯域表面フラックス、および放出されたフラックスのスペクトルエネルギー分布をモデル化するための市販の高出力ランプのスペクトル
街の明かりから。また、検出可能性が都市化の割合に応じてどのように変化するかについても検討します。地球から
0.05％の値、エキュメノポリスまたは惑星全体の都市の限定的なケースまで。次に、
一般的な地球アナログの100時間の観測時間を使用した最小検出可能都市化率
太陽の10個の星の周りと近くの既知の潜在的に居住可能な惑星のために。地球が
それ自体はLUVOIRまたはHabExによって検出できず、太陽に近いM型矮星の周りの惑星は検出できます。
街の明かりが0.4％から3％の都市化レベルの場合、街の明かりから検出可能な信号を表示します。
近くの太陽のような星の周りの惑星では、都市化レベル＆10％で検出できます。ザ・
既知の惑星プロキシマbは、LUVOIRA観測の特に魅力的なターゲットです。
100時間で地球の10倍の都市化レベルで街の明かりを検出できる
22世紀半ば頃に地球上で発生すると予想される都市化。エキュメノポリス、または
惑星全体の都市は、LUVOIRとHabExの両方によって約80個の近くの星を検出できます。
これらすべてのシステムを調査すると、1σの上限を設定できます。頻度の1.4％
検出されないと仮定したソーラー近隣のエキュメノポリス惑星の数。
キーワード：太陽系外惑星：居住可能な惑星–太陽系外惑星：検出方法：直接イメージング–太陽系外惑星：構造：表面特性

図1.地球の夜側は、光学系の街の明かりからのかなりの放射を示しています。 これは、クラウドのない複合的なものです。
可視赤外線画像放射計を使用して撮影された昼/夜帯の観測を使用して編集された地球の街の明かりの画像
Soumi National Polar-orbiting Partnership衛星のスイート機器（Rom´an et al.2018）。 からの放出を検索する
街の明かりは、地球の現在の状況からの外挿をほとんど必要としないため、説得力のある技術署名です。
都市化された文明を想定して比較的長寿命であり、非常に明確な分光学的特徴を提供します。
自然なプロセスを介して引き起こします。 これにより、夜間の街の明かりからの放射が、潜在的な技術署名のリストの上位に配置されます。
検討してください（Sheikh2020）。


図2.地球からの緯度方向に統合された表面強度（左パネル）は、
経度、完全なディスク統合表面フラックスは比較的一定で、経度は0.0071 ergs-1cm-2　です。
また、注意してください
この平均表面フラックス値は、市内中心部のピーク放射よりも大幅に低くなっています（たとえば、周囲の数平方キロメートル）
ニューヨーク市のタイムズスクエアは4.73ergs-1cm-2sr-1　に達します。 これは、都市がカバーする総面積が
地球は低く、約0.05％です。


図3.典型的な高圧ナトリウム街路灯（オレンジ）の正規化された発光スペクトルは大きいことを示しています
VIIRS DNBバンドパスのスペクトルシグネチャ（5000°Aから
9000°A）。 また、灰色で示されているのは、典型的な大気透過率です。これは、から見たときにこの放射の一部を覆い隠します。
スペース。


図4.これらのシミュレーションにおける主要なノイズ源
直接イメージング観測は、からの光子ノイズです。
惑星の夜側と残りの星の光を組み合わせて、そして
空の背景。 LUVOIR AとBの両方が、4つの天文台すべてが比較的早くバックグラウンド制限になります
HabExアーキテクチャよりもパフォーマンスが優れています。


図5.一般的な地球アナログでの街の明かりの検出可能性の主なトレードオフは、
親星と惑星がイメージできる距離。 後のスペクトル型の周りの惑星はより高い惑星星を持っています
より低い都市化率で街の明かりを検出できるようにするコントラスト比–しかし、後のハビタブルゾーン
恒星のスペクトル型も親星に近いです。 これにより、軌道を回る惑星の街の明かりが当たる距離が大幅に制限されます。
M-矮星は検出可能です。


図6.くじら座タウ星の居住可能ゾーンにあるエキュメノポリス–惑星全体の都市、セクション2.1.2を参照–は簡単に検出できます
ここに示すように、31σでLUVOIRAによって。 LUVOIR Bもこの惑星を強力に検出し（12σ）、検出可能である可能性があります
ベースラインHabEx（4σ）によって、スターシェード（12σ）を使用してHabExによって強く検出されます。 一般的に、エキュメノポリスは
4つの天文台アーキテクチャすべてによってかなりの距離まで検出可能です。 画像化可能な82のLUVOIRAによる完全な調査
10個の星は、ソーラー近隣のエキュメノポリス惑星の頻度に1σの上限<1.4％を設定します–
検出されないと仮定します。 他の天文台アーキテクチャを使用した上限については、セクション4.1のテキストを参照してください。