เราจะตรวจจับดาวเคราะห์บนดินได้อย่างไร

ด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบันของเราหรือเทคโนโลยีที่มีอยู่ในอนาคตอันใกล้ (สูงถึง 2025) เราจะตรวจจับดาวเคราะห์ได้อย่างไรเหมือนของเราเองและจะต้องตรวจจับได้ใกล้แค่ไหน

วิธีการใดที่ได้พิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพมากที่สุดในการตรวจจับดาวเคราะห์คล้ายโลกและสิ่งที่พวกเขาจะสามารถเปิดเผยเกี่ยวกับชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์คุณสมบัติการโคจรและสปีชีส์ของเรา

คำถามนี้เป็นอาหารที่น่าสนใจสำหรับการคิดเกี่ยวกับอารยธรรมต่างดาวที่มีเทคโนโลยีเทียบเคียงกับเราได้ง่ายเพียงใด

สำหรับจุดประสงค์ของคำถามเราจะสมมติว่ามีดาวเคราะห์ที่มีอารยธรรมที่มีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเทียบเท่าที่สามารถมีอยู่ได้ทุกที่

Avi Loeb และ Edwin Turner ได้เขียนบทความเกี่ยวกับความเป็นไปได้ในการตรวจสอบอารยธรรมที่คล้ายคลึงกับของเราในโลกอื่นโดยการมองหาแสงไฟในเมือง

วิธีการที่เสนอของพวกเขาแนะนำให้สังเกตด้านมืดของดาวเคราะห์เมื่อพวกมันผ่านหน้าดาวแม่ แม้ว่าพวกเขาจะบอกว่าวิธีนี้จะต้องใช้กล้องโทรทรรศน์ในอนาคต

ที่มา:

• แสงจากเมืองสามารถเปิดเผยอารยธรรม ET - ศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ฮาร์วาร์ด - สมิ ธ โซเนียน

การใช้เทคโนโลยีปัจจุบัน (และโดยที่ฉันหมายถึงการทดลองและกล้องโทรทรรศน์ที่มีอยู่ในขณะนี้) เราไม่ได้ตรวจพบดาวเคราะห์ "เหมือนโลก" และเราอาจไม่สามารถตรวจจับสิ่งมีชีวิตบนโลกแม้ว่าจะสังเกตจากระยะทางไม่กี่ปีแสง . ดังนั้นในขณะนี้จึงไม่มีโอกาสตรวจจับสิ่งมีชีวิตบน "Earth doppelganger" ฉันทำอย่างละเอียดด้านล่าง:

1. ยังไม่มีการตรวจพบดาวเคราะห์เช่นโลกรอบดาวดวงอื่น กล่าวคือไม่มีสิ่งใดที่มีมวลรัศมีและวงโคจรคล้ายกันที่ 1 au (หรือใกล้เคียงกับมัน) จากดาวประเภทสุริยะ ด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบันมันไม่ไกลเกินเอื้อม ดังนั้นการค้นหาสิ่งมีชีวิตโดยตรงบนโลกที่คล้ายโลกจึงไม่รู้ว่าจะเริ่มต้นตรงไหน หากคุณไม่สามารถตรวจจับดาวเคราะห์ได้เลยก็ไม่มีโอกาสที่จะมององค์ประกอบของชั้นบรรยากาศเพื่อค้นหาตัวบ่งชี้ทางชีวภาพ (เช่นออกซิเจนพร้อมกับก๊าซลดเช่นมีเธนหรือคลอโรฟลูออโรคาร์บอนจากอารยธรรมอุตสาหกรรม - Lin et al. 2014) ดาวเคราะห์นอกระบบเพียงดวงเดียวที่มีองค์ประกอบบรรยากาศได้รับการวัด (หยาบและไม่แน่นอน) เป็น "จูปิเตอร์ร้อน" - ดาวเคราะห์นอกระบบยักษ์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์แม่อย่างใกล้ชิด

2. การค้นหา "คนตาบอด" อาจมองหาลายเซ็นวิทยุและแน่นอนว่านี่คือสิ่งที่ SETI ได้ทำไว้ หากเรากำลังพูดถึงการตรวจจับ "โลก" ดังนั้นเราต้องสมมติว่าเราไม่ได้พูดถึงความพยายามในการสื่อสารโดยเจตนาและต้องพึ่งพาการตรวจหา "การพูดพล่อย" วิทยุสุ่มและสัญญาณที่เกิดจากอารยธรรมของเราโดยบังเอิญ โครงการ SETI Phoenix เป็นการค้นหาสัญญาณวิทยุที่ทันสมัยที่สุดจากชีวิตอัจฉริยะอื่น ๆ การอ้างอิงจากCullers และคณะ (2000) : " สัญญาณทั่วไปซึ่งตรงข้ามกับสัญญาณที่แรงที่สุดของเรานั้นอยู่ต่ำกว่าเกณฑ์การตรวจจับของการสำรวจส่วนใหญ่แม้ว่าสัญญาณนั้นจะมาจากดาวฤกษ์ที่ใกล้ที่สุด " ข้อความจากTarter (2001) : "ที่ระดับความไวในปัจจุบันการค้นหาด้วยไมโครเวฟเป้าหมายสามารถตรวจจับพลังที่เทียบเท่ากับเครื่องส่งสัญญาณโทรทัศน์ที่แข็งแกร่งในระยะ 1 ปีแสง (ซึ่งไม่มีดาวดวงอื่น) ... "การแยกตัวในแถลงการณ์เหล่านี้เกิดจากข้อเท็จจริงที่ว่า เราทำปล่อยสัญญาณคานแข็งแกร่งในทิศทางที่ดีที่กำหนดบางอย่างเช่นการดำเนินมาตรวิทยาในระบบสุริยะโดยใช้เรดาร์. สัญญาณดังกล่าวได้รับการคำนวณให้เป็นที่สังเกตได้กว่าพันปีแสงหรืออื่น ๆ อีกมากมาย. แต่สัญญาณเหล่านี้เป็นช่วงสั้น ๆ คานเป็น มุมที่แคบมากและไม่น่าจะทำซ้ำคุณจะต้องโชคดีมากที่ได้สังเกตในทิศทางที่ถูกต้องในเวลาที่เหมาะสมหากคุณทำการค้นหาเป้าหมาย

ดังนั้นการยืนยันของฉันว่าด้วยวิธีการและกล้องโทรทรรศน์ในปัจจุบันมีโอกาสประสบความสำเร็จไม่มาก แต่แน่นอนว่าความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและในอีก 10-20 ปีข้างหน้าอาจมีโอกาสที่ดีกว่า

ขั้นตอนแรกในการค้นหาโดยตรงคือการค้นหาดาวเคราะห์อย่างโลก โอกาสสำคัญครั้งแรกที่จะเกิดขึ้นกับยานอวกาศ TESSซึ่งเปิดตัวในปี 2560 สามารถตรวจจับดาวเคราะห์ขนาดเท่าโลกรอบดาวฤกษ์ที่สว่างที่สุด 500,000 ดวง อย่างไรก็ตามภารกิจ 2 ปีจะจำกัดความสามารถในการตรวจจับอะนาล็อกของโลก ทางออกที่ดีที่สุดสำหรับการค้นหา Earth อื่น ๆ จะมาภายหลัง (2024 บางที) ด้วยการเปิดตัวPlatoภารกิจหกปีที่ศึกษาดวงดาวที่สว่างที่สุดอีกครั้ง อย่างไรก็ตามมีการก้าวกระโดดครั้งใหญ่เพื่อทำการศึกษาชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์เหล่านี้ การถ่ายภาพโดยตรงและสเปกโทรสโกปีอาจต้องใช้อินเทอร์มิเตอร์แบบโมฆะแบบอวกาศ การสำรวจทางอ้อมของเฟส - เอฟเฟกต์และการส่งสเปคโทรสโคปผ่านบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบไม่ต้องการความละเอียดเชิงมุมที่ยอดเยี่ยมเพียงความแม่นยำขนาดใหญ่และพื้นที่การรวบรวม สเปคโทรสโคปของบางสิ่งบางอย่างขนาดของโลกรอบดาวฤกษ์ปกติน่าจะต้องมีผู้สืบทอดที่ใหญ่กว่าสำหรับกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ ( JWST - เปิดตัวในปี 2561) หรือพื้นที่เก็บรวบรวมมากกว่าที่ E-ELT จะให้ในทศวรรษหน้า เช่นSnellen (2013) ระบุว่าจะใช้เวลาประมาณ 80-400 transits- มูลค่าเวลาในการเปิดรับ (เช่น 80-400 ปี!) เพื่อตรวจจับสัญญาณ biomarker ของอะนาล็อกโลกด้วย E-ELT!

$\sim 150$

"อาจจะไม่". นอกจากจะอยู่ใกล้กับสัญญาณโทรทัศน์หรือวิทยุอย่างที่เราได้ส่งออกไปโดยไม่ตั้งใจสามารถตรวจพบได้เหนือระดับรังสีพื้นหลังที่เราไม่ทราบเกี่ยวกับอารยธรรม
สัญญาณอ่อนแอมากและไม่ได้อยู่ในวงดนตรีใด ๆ ที่น่าสนใจทางวิทยาศาสตร์ (โดยเจตนาเพราะเราไม่ต้องการให้โทรทัศน์ของเรารับสัญญาณธรรมชาติที่จะรบกวนสัญญาณประดิษฐ์ของเรา) เว้นแต่ความสนใจทางวิทยาศาสตร์ของคุณนั้นจะส่งเสียงการสื่อสารที่ส่งมาโดยเฉพาะ ออกมาจากมนุษย์ต่างดาวที่มีศักยภาพ (SETI มาถึงใจเป็นงานอดิเรกที่ดีและสิ่งที่จะทำอย่างไรกับกล้องโทรทรรศน์วิทยุสำหรับเวลาที่ไม่มีอะไรน่าสนใจมากขึ้นในการฟัง)

สำหรับดาวเคราะห์ที่มีขนาดเท่าโลกเรายังไม่สามารถหามันได้แม้แต่ก้อนหินในเขตเอื้ออาศัยของดาว กลไกที่ใช้ในการตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบก็ไม่ไวพอ

ออกจากตัวเลือกหนึ่ง: เทียบเท่ากับ Voyager 1 เข้าสู่ระบบสุริยจักรวาลของเราและเราสังเกตเห็นและรับรู้ได้ในสิ่งที่มันเป็นและหาวิธีในการกู้คืน แต่ถ้าพวกเขาอยู่ในระดับเทคโนโลยีของเรามันจะเป็นพัน ๆ ปีก่อนที่มันจะเกิดขึ้น

หากมีดาวเคราะห์ที่มีพลเรือนเดียวกัน“ เหมือนเรา” ความน่าจะเป็นที่ใกล้พอที่จะตรวจจับได้นั้นจะอยู่ในระยะไกลมาก ไม่เป็นศูนย์ แต่ต่ำเท่ากับการบุกรุกกำแพงด้วยกลศาสตร์ควอนตัม