차세대 망원경은 문명을 직접 검색할 수 있습니다.

우리는 아직 다른 곳에서 생명을 찾는 초기 단계에 있습니다. 

Perseverance 로버는 고대 박테리아 생명체의 화석화된 흔적을 찾기 위해 화성의 고 삼각주로 가는 중입니다. SETI는 라디오 접시로 하늘을 바라보며 먼 세계의 신호를 듣고 있습니다. 우리의 망원경은 생체 신호를 찾기 위해 먼 외계 행성의 대기를 스캔하기 시작했습니다. 머지않아 새롭고 강력한 망원경이 생명체뿐만 아니라 다른 문명을 찾기 시작할 때 우리는 검색에서 또 다른 한 걸음을 내디뎠습니다.

 

생체 신호에 대한 검색이 추진력을 얻고 있습니다. 메탄, 아산화질소 및 기타 여러 화합물과 같은 다른 행성이나 달에 생명체가 있다는 대기 표시를 찾을 수 있다면 생명체가 이를 생성했는지 궁금해할 수 있습니다. 그러나 기술 서명에 대한 검색은 게임의 수준을 높입니다. 기술 문명만이 기술 서명을 생산할 수 있습니다.

 

기술 서명은 단순히 기술이 환경에 미치는 영향입니다. 거대한 도시의 빛, 특정 대기 화학 물질, 심지어 행성 주위를 도는 위성까지도 모두 기술 서명입니다. 모든 테크노시그니처의 할아버지는 아마도 다이슨 구일 것입니다. 다이슨 구는 별을 둘러싸고 있으며 태양 에너지 출력을 포착하는 가상의 거대 구조물입니다. 아이디어는 문명이 성장함에 따라 에너지 요구량 이 급증하고 문명에 필요한 에너지를 수집하는 유일한 방법은 별을 에너지 수집 구체로 둘러싸는 것입니다.

 

2021년에 국립 과학 아카데미(National Academies of Sciences)는 Astro2020이라는 천문학 및 천체 물리학 2020년 10년 조사를 발표했습니다. 그들은 10년마다 하나씩 발표하며, 각 설문조사는 향후 10년 동안 천체 물리학과 천문학의 중요한 과제를 간략하게 설명합니다. Astro2020에는 기술 서명 검색을 향상할 수 있는 몇 가지 권장 사항이 포함되어 있습니다. NASA 작업 그룹은 Astro2020의 기술 서명 부분을 파헤치는 백서를 발표했습니다.

 

논문 제목은 "Astro2020 보고서에서 Technosignature 과학을 위한 기회"입니다. Nexus for Exoplanet System Science(NExSS)에서 가져온 것입니다. NExSS는 지구 과학자, 행성 과학자, 태양 물리학자 및 천체 물리학자를 포함하는 다학문 그룹입니다. 그들은 생체 서명 및 기술 서명 검색에 협력적이고 종합적인 접근 방식을 제공합니다.

"기술 서명은 외계 기술의 관찰 가능한 징후를 의미하며 기술 서명에 대한 검색은 생체 서명에 대한 우주 생물학 검색의 연속체의 일부입니다."라고 논문은 말합니다. "기술 서명에 대한 검색은 Astro2020 보고서의 '상황에 따른 세계와 태양' 주제 및 '거주 가능한 세계로 가는 길' 프로그램과 직접 관련이 있습니다."

 

백서는 "... 광범위한 임무에 대한 기술 서명 과학의 관련성을 입증하는 것..."을 목표로 합니다. NExSS 그룹은 더 큰 과학 커뮤니티에 LUVOIR, ELT, 적외선 및 엑스선 관측소, 그 밖에 이와 유사한 시설 LUVOIR(Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor)은 두 가지 제안된 크기의 NASA 망원경 개념입니다. LUVOIR-A는 15미터 거울 디자인이고 LUVOIR-B는 8미터 디자인입니다. 다중 파장 기능 덕분에 많은 응용 분야에서 강력하고 다재다능한 디자인입니다. 그것은 L2에 위치하지만 허블처럼 서비스가 가능할 것입니다.

 

ASTRO2020은 거주 가능한 행성을 찾는 LUVOIR의 생체 특징 측면에 초점을 맞추지만 기술 특징에 대해 몇 번 언급합니다. 이 새로운 백서의 저자는 LUVOIR이 기술 서명 검색에 효과적인 도구가 될 것이라고 지적합니다. "산업 오염은 외계 행성의 스펙트럼에서 관찰되는 경우 생각할 수 있는 기술적 특징이 될 수 있는 지구 대기 구성 요소의 부류를 나타냅니다."라고 그들은 적었습니다. "한 가지 예로는 이산화질소(NO 2 )가 있는데, 이 질소는 인위적이지 않은 소스보다 더 많은 연소로 인한 지구 상의 많은 소스를 가지고 있습니다."

 

NO 2 는 탐지 시나리오에서 좋은 사례 연구를 만듭니다.

행성 대기의 NO 2 수준 상승은 산업 활동을 나타낼 수 있습니다. 그러나 자연적인 출처도 있으며 아톰의 경우 모든 탐지를 주의 깊게 연구해야 합니다. 이것은 생체 서명 탐지가 직면하는 동일한 문제입니다. 즉, 모호하지 않아야 합니다. 그러나 신호가 위양성이든 아니든 먼저 감지해야 합니다.

백서 저자들은 LUVOIR이 NO 2 를 감지할 수 있다고 믿고 있으며 , 그들의 주장을 강화하기 위해 LUVOIR이 외계 행성의 대기에서 NO 2 를 성공적으로 감지할 수 있음을 보여주는 이전 연구를 인용합니다. "Kopparapu et al.(2021)의 연구에 따르면 NO2의 흡수 특징은...Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor로 감지할 수 있습니다. Kopparapu et al.(2021)은 15m LUVOIR과 같은 망원경이 지구를 감지할 수 있음을 발견했습니다. - 400시간 동안 관찰했을 때 10 PC(~33광년)에서 태양과 같은 별 주위의 행성에 대한 NO 2 수준."

 

이 백서는 또한 LUVOIR이 레이저 신호 및 광학 비콘과 같은 보다 목적 있는 기술 서명을 감지할 수 있는 방법을 다룹니다. "광학 비콘은 빠른 나노초 펄스를 통해 인코딩 되고 전송될 수 있는 외계 행성 시스템 간의 직접 통신의 비용 효율적인 수단을 제공할 수 있습니다."라고 논문은 설명합니다. LUVOIR은 "광학 비콘 및 기타 펄스 레이저 신호의 보급에 대한 제약"을 설정하여 이러한 문제에도 도움을 줄 수 있습니다.

 

저자는 광학 표지 탐지와 거주 가능한 암석 행성의 탐지 및 특성화를 결합하고 LUVOIR이 이러한 탐지를 위한 강력한 도구라고 말합니다. "IR/O/UV 망원경과 같은 우주 임무는 외계 행성계에서 광학 표지의 보급에 대한 탐지 가능성 제약을 제공할 수 있습니다."라고 그들은 적었습니다. "... HZ 내의 암석 행성의 특성화도 가능한 대부분 또는 모든 표적에 대해 IR/O/UV 망원경으로 상대적으로 저전력 광학 비콘을 탐지할 수 있습니다."

 

ELT(초거대 망원경)도 기술 서명을 찾는 역할을 할 수 있습니다. 

ELT는 약 8미터보다 큰 주경이 있는 망원경입니다. 8미터는 그보다 큰 망원경 거울이 무거워 스스로 변형되기 때문에 설계상의 한계입니다. ELT는 분할 미러를 통해 이러한 물리적 한계를 극복합니다. E-ELT(European Extremely Large Telescope)는 가장 잘 알려진 ELT의 예이며 2027년에 첫 번째 빛을 볼 예정이지만 백서에는 두 개의 다른 ELT가 명시적으로 언급되어 있습니다.

 

하나는 거대 마젤란 망원경(GMT)이고 다른 하나는 30미터 망원경(TMT)입니다. 함께, 다음 10년 동안 첫 번째 빛을 보는 ELT는 과학적 목표를 발전시키는 강력한 엔진이 될 것입니다. 이 백서는 기술 서명을 찾는 과정에서 ELT의 역할에 대해 설명합니다.

 

"GMT와 TMT는 수년 동안 개발되어 온 진행 중인 프로젝트입니다."라고 이 보고서는 말합니다. "이 지상 기반 시설은 광학 및 근적외선 파장에서 TESS 및 CHEOPS와 같은 임무에 의해 발견된 지구 행성의 대기를 특성화할 수 있습니다."

적색 왜성은 가장 흔한 유형의 별이지만 그 빛이 더 어두워서 더 까다로운 표적이 됩니다. GMT와 TMT는 적색 왜성 주변의 외계행성의 대기를 연구할 수 있어야 합니다. "대기 오염 및 광학 표지와 같은 가능한 스펙트럼 기술 특성은... 마찬가지로 ELT에 의한 외계 행성계의 관측으로 제한될 수 있습니다."

 

백서는 원적외선(FIR) 프로브에 대해서도 설명합니다. 우리의 관찰 능력에는 격차가 있으며 FIR 프로브는 그러한 격차 중 하나입니다. 공간 기반 시설이 효과적이어야 하며 기술 서명을 찾는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다. "… 앞서 언급한 파장 범위는 소위 인공물 SETI에 대해 흥미진진합니다. 가장 잘 알려진 예로는 올라프 스테이플던(Olaf Stapledon)이 고안하고 그들의 이름을 프리먼 다이슨(Freeman Dyson)으로 공식화한 에너지 수확 메가 구조인 다이슨 구(Dyson sphere)가 있습니다."

 

1960년에 다이슨은 "적외선 복사의 인공 항성 소스 검색"이라는 논문을 발표했습니다. 제목에서 알 수 있듯이 IR 복사는 이러한 유형의 거대 구조물을 감지하는 데 중요합니다. 다이슨 구체는 거의 상상할 수 없는 양의 엄청난 양의 에너지를 수확할 것이고 그 과정은 의심할 여지없이 약간의 폐열을 생성할 것입니다. FIR 프로브는 관련된 파장으로 인해 폐열을 감지하지 못할 수 있지만 다른 FIR 소스를 배제하고 검색을 간소화할 수 있습니다. "그러나 Dyson 구체는 일반적으로 먼지와 달리 원적외선 방출이 많지 않습니다. 따라서 원적외선 기능은 원시 행성 디스크와 같은 교란 문제를 크게 줄이는 방법을 제공합니다."

 

적외선 프로브는 또한 산업 활동의 강력한 표시인 외계 행성 대기의 특정 화학 물질을 감지할 수 있습니다. 염화불화탄소는 화학물질의 한 종류입니다. "... 오늘날 작동하는 비 생물학적 또는 생물학적(비기술적) 경로는 CFC(클로로 플루오로 카본)를 생성할 수 없습니다."라고 백서가 명시합니다. 저자들은 IR 분광기가 대기에서 수만 년 동안 지속될 수 있는 CFC를 감지할 수 있다고 말합니다. James Webb 우주 망원경은 경우에 따라 CFC를 감지할 수 있지만 다른 많은 작업이 있습니다.

 

백서로 깊숙이 들어가면 상황이 약간 흐려집니다. X선 프로브는 기술 서명을 감지할 수 있지만 저자는 이 주제에 대해 추가 조사가 필요하다고 말합니다. 그들은 X-레이가 "... ETI의 인공 신호에 대한 유망한 '메신저'가 아닙니다. 왜냐하면 후자는 전통적으로 무선(광학) 파장과 연관되기 때문입니다." 그러나 선진 문명이 신호를 생성하기 위해 X선을 사용할 수 있는 새로운 방법 때문에 X선은 여전히 ​​흥미롭습니다.