Это предполагает гарвардский физик профессор Ави Лёб
Неделю назад обсерватория «Рубин» начала публиковать долгожданные данные со своей 3,2-гигапиксельной камеры (как было объявлено здесь).
Астрономы, изучающие Солнечную систему, привыкли обнаруживать астероиды по отражению солнечного света от их поверхности. Однако класс объектов с такой же площадью поверхности потенциально можно обнаружить на гораздо больших расстояниях во внешней части Солнечной системы. Впервые их может обнаружить обсерватория «Рубин».
Природные объекты, отражающие солнечный свет, становятся темнее обратно пропорционально расстоянию в четвертой степени на расстояниях, значительно превышающих расстояние от Земли до Солнца. Причина проста. Поток солнечного света, падающий на их поверхность, уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния, а наблюдаемый поток в результате отражения от их поверхности уменьшается еще на один коэффициент, обратно пропорциональный квадрату расстояния. С учетом этих факторов получается, что астероиды или ядра межзвездных объектов становятся темнее обратно пропорционально гелиоцентрическому расстоянию в четвертой степени.
С другой стороны, источник, излучающий собственный свет, например космический корабль или город, будет становиться ярче обратно пропорционально квадрату расстояния по мере приближения к нам из внешней части Солнечной системы. Это похоже на то, как освещается фонарный столб, когда мы приближаемся к нему с темной улицы.
Разница в масштабировании в зависимости от расстояния в четвертой и второй степенях может помочь отличить природный объект от искусственного. В 2012 году мы с Эдом Тернером из Принстонского университета опубликовали статью здесь, в которой показали, что существующие оптические телескопы и обзорные системы могут обнаруживать объекты с искусственной подсветкой, сравнимые по общей яркости с крупным земным городом, вплоть до границ Солнечной системы. Поскольку параметры орбиты объектов пояса Койпера обычно измеряются с высокой точностью, мы предложили измерять изменение наблюдаемого потока от таких объектов в зависимости от изменения расстояния до них. Эта идея особенно актуальна сейчас, когда у нас есть обсерватория «Рубин». Если будут обнаружены объекты, яркость которых обратно пропорциональна квадрату расстояния до них, то в ходе последующих наблюдений можно будет измерить их спектры, чтобы определить, не освещаются ли они искусственным светом. С помощью будущих телескопов поиск можно будет вести не только в Солнечной системе. Они смогут обнаруживать фазовую модуляцию, вызванную очень ярким искусственным освещением ночной стороны планет, вращающихся вокруг своих родительских звезд.
Еще один интересный класс объектов, для которых справедлив закон обратных квадратов, — это угловые отражатели, расположенные вдоль оси Солнце — Земля. Угловой отражатель — это пассивный ретрорефлектор, состоящий из трех взаимно перпендикулярных пересекающихся плоских поверхностей, которые отражают волны прямо в сторону источника, независимо от угла падения. Они необходимы для улучшения видимости для радаров, отслеживания спутников и лазерной дальнометрии.
Угловые отражатели особенно полезны при измерении расстояния между поверхностью Земли и Луны с помощью лазеров. Расстояние вычисляется по времени прохождения лазерных импульсов, распространяющихся со скоростью света, которые отражаются от поверхности Луны или установленных на ней отражателей и возвращаются на Землю. Три отражателя были установлены в рамках американской программы «Аполлон», два — в рамках советских миссий «Луноход-1» и «Луноход-2», а один — в рамках индийской миссии «Чандраян-3». Точные измерения расстояний показывают, что постоянная Ньютона меняется не более чем на одну десятитриллионную долю в год (как сообщается здесь и здесь).
Теперь представьте угловой отражатель, созданный другой технологической цивилизацией. Если этот угловой отражатель расположен на одной оси с Солнцем и Землей, он будет подчиняться закону обратных квадратов, поскольку будет отражать солнечные лучи в том же направлении, откуда они пришли, и наблюдатель на Земле сможет их увидеть. Тень Земли на больших расстояниях оказывает незначительное влияние, поскольку площадь поверхности Земли в 12 000 раз меньше площади поверхности Солнца. Наша ситуация напоминает ситуацию с мухой, которая кружит над фонарным столбом и наблюдает за отражением света от углового отражателя на темной улице.
Пока Земля проходит по диску Солнца с точки обзора углового отражателя, мы будем наблюдать, что угловой отражатель подчиняется закону обратных квадратов. Благодаря удачному расположению угол обзора составляет 0,47 % от площади неба, что соответствует соотношению радиуса Солнца и расстояния между Землей и Солнцем. Другими словами, только один из 214 угловых отражателей, случайным образом расположенных вокруг Солнца, будет подчиняться закону обратных квадратов с точки обзора с Земли. К счастью, все эти угловые отражатели можно будет обнаружить в ночное время, когда Земля заслоняет солнечный свет и наземный телескоп может вести по ним поиск. Все они будут находиться в противоположной от Солнца стороне в пределах конуса в 0,25 градуса, что соответствует угловому радиусу Солнца с Земли. Обсерватория имени Рубина и другие обзорные телескопы напоминают глаза мухи, которая кружит над фонарным столбом и высматривает отраженный свет от предметов на темной улице.
Угловой отражатель можно отличить от источника света по спектру, совпадающему со спектром солнечного света, а также по расположению на небе — он находится напротив Солнца. Будем надеяться, что обсерватория «Рубин» обнаружит либо источники искусственного света, либо угловой отражатель. Любое из этих открытий, несомненно, сделает нашу жизнь на Земле гораздо интереснее.
© Перевод с английского Александра Жабского.