Kosmiczne lustra mogą zdradzić istnienie obcych cywilizacji

Kosmiczne lustra mogłyby stać się jedną z technosygnatur wskazujących na istnienie zaawansowanych cywilizacji pozaziemskich. Astronomowie przeanalizowali, czy takie gigantyczne konstrukcje byłyby w stanie przez długi czas utrzymać stabilną orbitę wokół planet.

Hipotetyczne megastruktury w przestrzeni kosmicznej

Ogromne lustra umieszczone w przestrzeni kosmicznej od dawna były przedstawiane w twórczości science fiction, jednak dotychczas przeprowadzono niewiele badań nad fizyką stojącą za tą koncepcją. Zdaniem inżynierów ludzkość wciąż nie jest na etapie rozwoju pozwalającym na ich zbudowanie. Mimo to teoretycznie mogłyby stanowić technosygnaturę, którą można by wykryć i która wskazywałaby na obecność rozwiniętej cywilizacji. Aby było to możliwe, astronomowie musieliby wiedzieć, jak mogłyby wyglądać teoretyczne sygnały z nich pochodzące. W ramach nowego badania, opublikowanego w serwisie arXiv, naukowcy Shauna Sallmen z University of Wisconsin–La Crosse oraz Eric Korpela z University of California, Berkeley, przyjrzeli się bliżej temu zagadnieniu.

Zdaniem astronomów istnieje wiele powodów, dla których zaawansowane cywilizacje mogłyby umieścić ogromne lustra wokół planety. Klimat na wielu światach znajdujących się w strefie zamieszkiwalnej swoich gwiazd rzadko sprzyja przetrwaniu życia, a lustra mogłyby pomóc rozwiązać część problemów. Dotyczy to zwłaszcza planet krążących wokół słabych czerwonych karłów (M-dwarfs). Ze względu na niewielką odległość od swojej gwiazdy często obracają się one synchronicznie, co oznacza, że jedna półkula jest stale oświetlona, podczas gdy druga pozostaje zacieniona.

Kosmiczne lustra a problem stabilności orbitalnej

Jednym z rozwiązań tego problemu mogłoby być wykorzystanie luster odbijających światło gwiazdy na ciemną stronę planety. Jednak zdaniem naukowców istnieje poważna przeszkoda związana z mechaniką orbitalną. Teoretycznie światło gwiazdy nie odbijałoby się po prostu od lustra i nie trafiało bezpośrednio na planetę. Część energii fotonów wywierałaby nacisk na lustro, powodując efekt przypominający działanie żagla słonecznego. Ponieważ takie konstrukcje miałyby niewielką masę i bardzo dużą powierzchnię, nawet stosunkowo słabe tego rodzaju oddziaływanie mogłoby z czasem przesunąć je na orbity całkowicie nieprzydatne do regulowania klimatu planety.

Jak wskazują badacze, ciśnienie promieniowania mogłoby stopniowo wytrącać tak ogromne megastruktury z właściwej orbity. Korygowanie tego efektu wymagałoby z kolei działań, takich jak zużywanie paliwa wyłącznie po to, aby utrzymać lustro na odpowiedniej pozycji. Naukowcy założyli, że lepiej byłoby opracować projekty konstrukcyjne, które pozwoliłyby ograniczyć zapotrzebowanie na paliwo.

Symulacje pokazały, które orbity są najkorzystniejsze

Jednym z kluczowych elementów okazał się dobór odpowiedniej orbity. Astronomowie wykorzystali oprogramowanie REBOUND, służące do symulacji N-ciał (N-body simulation – komputerowe modelowanie układu wielu cząstek lub obiektów poruszających się pod wpływem wzajemnych oddziaływań fizycznych, najczęściej grawitacji lub sił elektrostatycznych), aby modelować planety wielkości Ziemi znajdujące się przy wewnętrznej, środkowej i zewnętrznej granicy stref zamieszkiwalnych wokół różnych typów gwiazd. Następnie umieścili lustro o masie 1000 kg i powierzchni 1 km² w odległości 2, 3 oraz 10 promieni planety oraz przetestowali cztery konfiguracje orbitalne: zgodną z ruchem planety, wsteczną względem ruchu planety, prostopadłą do płaszczyzny orbity planety oraz przebiegającą nad granicą między stroną dzienną i nocną. Każdą konfigurację przeanalizowano tysiąc razy przy różnych początkowych okresach orbitalnych, aby sprawdzić, które czynniki najbardziej wpływały na trwałość orbity lustra.

Które układy planetarne są najbardziej sprzyjające orbitalnym lustrom?

Jak wskazują naukowcy, jednym z najważniejszych czynników okazał się typ gwiazdy. Lustra umieszczone wokół planet krążących wokół mniej masywnych czerwonych karłów znacznie częściej zachowywały stabilność niż te znajdujące się przy gorętszych i masywniejszych obiektach. Korzystniejsze okazały się także orbity wsteczne niż orbity zgodne z ruchem planety. Zdaniem badaczy wynikało to z przekazywania pędu między planetą a lustrem, dzięki czemu wydłużanie orbity wywołane ciśnieniem promieniowania było mniejsze.

Znaczenie miała również odległość od planety. Zdaniem astronomów najstabilniejsze były lustra umieszczone blisko swojej planety lub krążące wokół światów znajdujących się dalej od swoich gwiazd. W takich przypadkach grawitacja planety działa stabilizująco i ograniczała wpływ ciśnienia promieniowania.

Technosygnatury mogą ułatwić poszukiwanie obcych cywilizacji

Jak podkreślają naukowcy, złożoność całego procesu sprawia, że jego naturalne wystąpienie jest bardzo mało prawdopodobne. Długotrwałe utrzymywanie systemu orbitalnych luster wymagałoby zaawansowanych technologii, co mogłoby świadczyć o istnieniu rozwiniętej cywilizacji. Lepsze zrozumienie tego, jak mogłyby wyglądać takie technosygnatury, może pomóc w projektowaniu obserwacji prowadzonych przez teleskopy nowej generacji. Minie jeszcze dużo czasu, zanim ludzkość będzie w stanie sprawdzić te możliwości w praktyce, ale już dziś badanie może wskazać, jakich sygnałów powinny wypatrywać przyszłe instrumenty.

Emil Gołoś