太陽系外惑星に存在する都市を現在の望遠鏡で見るには、どれくらいの大きさが必要なのだろうか。スターウォーズのコルサントのような惑星規模の大都市である必要があるのだろうか？あるいは、ニューヨークや東京のような、地球で最も大きな都市と同等のものが見えるのだろうか。

インド科学研究所のBhavesh Jaiswal氏が最近発表したプレプリントによると、実は、鏡面反射と呼ばれる光の特徴を利用すれば、その数分の一の大きさの都市を見ることができるとのことだ。

専門家がエイリアンの技術的兆候を発見するために行ってきた理論的考察の多くは、ダイソン球や巨大な軌道輪のような、現在の人類の能力をはるかに超えた大規模な巨大構造物（メガストラクチャー）を発見することを想像してきた。これは、「知的生命体はここにいる」というネオンサインのようなもので、太陽系をまたぐ巨大なものであろう！しかし、そのようなものはまだ見つかっていない。

しかし、最近では太陽系外惑星そのものを直接撮影することができるようになり、宇宙で知的生命体を探すチャンスが広がっている。

恒星の光は、その周りを回る惑星をかき消す傾向があるため、太陽系外惑星を発見するのはもちろん、研究することも困難だ。そのため、これまでに発見された太陽系外惑星のほとんどは、太陽のような黄色い星ほど望遠鏡にまぶしくない、薄暗い赤色矮星の周りで発見されている。現在5,000個以上見つかっている太陽系外惑星は、非常に遠く、非常に暗いため、写真に撮ると1ピクセルの大きさにしかならない。

しかし、1ピクセルから多くのことを学ぶことが出来る。例えば、スペクトロスコピーを使えば、惑星の大気の組成がわかる。また、星明かりを遮る技術も進歩し、太陽系外惑星の直接撮影は、より良いものになりつつある。

しかし、もっと小さいもの、例えば都市を見るにはどうしたらいいのだろうか？

その答えが「鏡面反射」かも知れない。鏡面反射とは、光が四方八方に広がる拡散光ではなく、観察者に向かって直接反射する現象だ。例えば、海の波の輝きや、スポーツカーのメタリックなボディが太陽の光に照らされたときの輝きなどだ。

遠い惑星の反射面も、同じような光の輝きを放つことがある。

「宇宙望遠鏡と超大型地上望遠鏡の両方で、反射光で惑星を直接撮影する将来の取り組みが強く求められています」とJaiswal氏は書いている。この方法は、赤色矮星と太陽のような星の両方に有効である。

もちろん、鏡面反射は運に左右される。太陽系外惑星の恒星からの光が、地球上の観測者に届くには、まさに適切な場所と角度で惑星に跳ね返る必要がある。また、鏡面反射の仕組みから、観察者に向けて光を反射させることができる面積には限界がある。地球上に広がる架空の都市コルサントの全体が鏡面反射することはなく、地球に向けて光を反射するような位置にある巨大都市の一部だけが、一度に見ることができるのだ。

地球サイズの世界では、鏡面反射を検出できる最大面積は、地球全体の100万分の5.4程度で、面積は2,800km四方程度になる。これはかなり小さく、例えばニューヨーク・ニュージャージー・コネチカットの都市圏の6分の1程度に過ぎない。地球人の一般的な、ささやかな都市の大きさである。

サイズに制限があるため、鏡面反射の見え方は、このような都市や巨大建造物に使用されている素材に大きく依存する。例えば、ガラスのような反射率の低い物質では、目立つが非常に淡い輝きのピークが生じるが、アルミニウムの構造物では、惑星全体の数倍の輝きを放つだろう。

さらに、鏡面反射による検出の可能性を高める要因がいくつかある。自転が遅い惑星では、反射がより長い時間見えるようになる。同様に、縦に広い構造物や都市は、惑星が回転しても、より長い時間見えるようにすることが出来る。

また、惑星の軸の位置が非常に幸運でなければならない。地球のように軸が傾いている惑星では、季節が進むにつれて異なる緯度の建造物を観測することが出来るが、特定の緯度にある建造物だけが観測者に向けて反射する。

エイリアンの都市に遭遇する可能性はまだ低いが（実際、エイリアンが存在するかどうかもわからない）、そのような発見をするために必要な技術や能力は非常に現実的であり、今すぐ利用可能である。

だから、上を見上げて手を振ってみよう。もしかしたら、地球外の観測者が、あなたの故郷の輝きを見ているかもしれない。

論文

• arXiv: Specular reflections from artificial surfaces as Technosignature

研究の要旨

太陽系外惑星の直接撮像では、反射光で惑星を直接観察することができるようになる。このようなシナリオは、最終的には、惑星表面に異星人の文明によって作られた人工的な構造物が存在するかどうかをスキャンする可能性をもたらすかも知れない。メガストラクチャーと呼ばれる惑星規模の構造物の検出可能性については、これまでにも検討されてきた。本研究では、惑星外表面に存在する、より小さなスケールの構造物を検出することが可能であることを、対応する構造物からのホスト星の光の鏡面反射を検索することで明らかにした。惑星が回転すると、これらの反射は惑星の回転光曲線の上に乗る光学的な過渡現象となって現れることがある。鏡面反射は方向性があるため、反射される信号は非常に強く、惑星の表面積のわずか数ppm（parts per million）しかない表面でも惑星フラックスに匹敵するほどだ。惑星を軌道上で追跡することで、惑星表面積の数ppm以上の大きさの構造物を惑星表面でスキャンすることができるはずだ。本手法は、太陽系外惑星を直接撮影する時代において、地球外知的生命体の探索に貢献するものである。

この記事は、COTT ALAN JOHNSTON氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス（表示4.0 国際）に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。