从宇宙观测东京和纽约？观测城市反射光的可能性验证

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编译：刘思慧

校译：孙宇峰

审阅：牧夫天文校对组 涂天宇

编排：张少岩

后台：李子琦

https://sorae.info/astronomy/20230716-specular-reflections.html

我们是宇宙中唯一孕育出文明的智慧生物吗?还是也有其他的文明?

随着科学的发展，可能存在生命的天体不断被发现，相信我们并不是孤单一球。但是，就算存在地外文明，对于只了解地球文明的我们来说，也无法知道那是一种怎样的文明。

其中可能也有和人类一样在天体表面构筑建筑物的文明。可能那个建筑物和人类的建筑物一样，覆盖着金属和玻璃，反射着从恒星倾泻下来的光，熠熠生辉。

想到这里，不得不考虑一种可能性——我们能否观测到建筑的反射光?

即便天体表面存在反射光的物体，从这物体反射出来的光也应该是有限的面积。而能从该天体射到地球的反射光的角度，又是极其狭窄的范围，所以从球型天体表面发出的反射光中，能到达地球的只有极少一部分。在科幻电影中，有描绘过天体表面全部被城市覆盖的高度发达的文明，就算有这样的天体存在，能到达地球的反射光量也微乎其微。

印度科学学院的Bhavesh Jaiswal计算了多大的城市才能在地球上观测到。首先，假设有一颗与地球大小相同的行星，城市的反射光能够到达地球时其极限尺寸为行星表面积的5.4ppm(0.00054%， 5400万分之一)，大约2800平方公里。这仅仅是东京都市圈和纽约都市圈的几分之一，意味着规模更小的都市也足够了。

那么，我们真的可以检测到来自城市的反射光吗?或者反过来说，我们能从遥远的宇宙知道东京和纽约的存在吗?虽然这受限于诸多条件，但科学家认为这并不是不可能的。

天体的自转速度越慢，到达地球的反射光的持续时间就越长。根据城市所在的纬度和行星的轨道倾斜角的不同，有时城市的反射光每自转一周就会再次到达。高层建筑的侧面也会反射光线，所以有时即使偏离理想的角度，反射光也能到达。另外，如果建筑物被玻璃覆盖，其反射光不会那么多，但如果被铝覆盖，城市的反射光可能是行星本身反射光的数倍。

Jaiswal说，最容易检测的是光谱分类为M型的恒星(红矮星)周围公转的行星的城市反射光。不管有没有城市，从行星反射过来的光与从恒星直接照射过来的光相比，都是非常微弱的。G型恒星（如太阳），其地球大小的行星反射发出的光只有100亿分之一。另一方面，比太阳暗得多的M型恒星，来自行星的光只有1亿分之一左右。而且重要的是，从城市反射过来的光也能达到与行星本身所反射的光同等亮度。也就是说，在围绕红矮星公转的行星上存在城市的情况下，有可能捕捉到行星反射光瞬间明亮数倍的情况。如果进行光谱分析，就可以区分这是人造现象，还是像水面反射一样的自然现象造成的。

当然，我们目前还没有发现地外文明存在的证据，也没有发现这样的反射光。但是，直接检测来自太阳系外行星光线的技术在不断进步，很有可能能够区分反射光的物体是自然物还是人造物。此外，虽然目前还处于构想阶段，也有人给出了用于将行星表面的情况成像的太空望远镜的提案。虽然不能马上实现，在不远的将来，检测到来自地外文明建造的城市的反射光的可能性并不为0。

Source

· Bhavesh Jaiswal. “Specular reflections from artificial surfaces as Technosignature”. (arXiv)

· Scott Alan Johnston. “We Could See the Glint off Giant Cities on Alien Worlds”. (Universe Today)

责任编辑：甘林

牧夫新媒体编辑部

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