系外行星夜面城市灯光的可见性

为探测系外行星生物标志而设计的下一代任务也将能够对同一些世界上的技术标志（技术生命证据）施加约束。在此，我利用 proposed LUVOIR 与 HabEx 天文台的直接成像观测，估算围绕邻近恒星的宜居类地系外行星上夜面城市灯光的可见性，假设这些灯光来自高压钠灯。我考量了可见性如何随城市化比例变化：从地球的 0.05% 值，到极限情形——全球城市（ecumenopolis，即行星尺度城市）。尽管地球类比体不会被 LUVOIR 或 HabEx 探测到，但在 300 小时观测时间内，围绕近距 M 矮星的行星将在城市化水平 0.4% 至 3% 时显示出 $3\,\sigma$ 的城市灯光可探测信号，而围绕邻近类太阳恒星的行星城市灯光将在城市化水平 $\gtrsim10\%$ 时被探测到。已知行星 Proxima b 是 LUVOIR A 观测尤为引人注目的目标，其能在 300 小时内探测到相当于地球十二倍的城市灯光，这一城市化水平预计在 22 世纪中叶左右的地球出现。全球城市将被 LUVOIR 与 HabEx 在约 30 至 50 颗邻近恒星周围探测到，对这些系统的巡天将在无探测假设下，对太阳系邻域中全球城市行星的频率给出 $1\,\sigma$ 上限 $\lesssim2\%$ 至 $\lesssim4\%$，以及 $3\,\sigma$ 上限 $\lesssim10\%$ 至 $\lesssim15\%$。