Strange glows on distant worlds could indicate extraterrestrial civilizations—or intriguing new astronomical phenomena.
Courtesy NASA
Did you hear the one about the two astrophysicists on the bus? It was January 2010, during a workshop in Abu Dhabi, when they took off for a tour of Dubai—a city so bright it could be seen from outer space, the guide boasted. Later that day the astrophysicists, Avi Loeb of Harvard and Edwin Turner of Princeton, tried figuring out how far from Earth they’d have to go before the lights of Dubai became invisible. Then they turned their perspective around and wondered what it would take to seek alien civilizations by looking for distant analogues of Dubai, or Las Vegas, or Times Square.
Up until now, the search for extraterrestrial intelligence, or SETI, has primarily involved listening for radio signals deliberately or inadvertently sent by alien cultures into space. But away from the academic grind, Loeb and Turner saw city-spotting as an alternative way to hunt for ET. One virtue of the scheme was that it made few assumptions about the aliens. They didn’t have to be beaming messages at us; they merely had to share our fondness for artificial light, something common to every modern society on Earth. But the astronomers’ initial back-of-the-envelope calculations were not encouraging. Detecting light pollution from planets orbiting other stars is far beyond the capabilities of today’s instruments, they realized.
Loeb and Turner shelved the notion, but then they talked to Freeman Dyson, the physicist renowned for his seminal contributions to quantum field theory and equally famous for his provocative speculations. In the 1960s he conceived of Dyson spheres—structures manufactured by advanced civilizations that would completely surround stars, capturing most of their energy. More recently he suggested that parabola-shaped plants (which he called “sunflowers”) could survive on the solar system’s cold fringes by concentrating the weak sunlight available there. When Loeb mentioned the concept of searching for the lights from extraterrestrial cities, Dyson urged him to write it up.
In their paper, Loeb and Turner outlined how to differentiate between a naturally illuminated object in the solar system and an artificial light source. The scientists relied on the inverse-square law of physics, which states that the intensity of light drops off according to the square of the distance between the light source and its target. Following this law, light traveling from the sun to a distant spot—Pluto, for instance—diminishes with the square of distance; light reflected back from Pluto to the sun then gets diminished by the same factor. The two factors multiply, so by the time the light returns to the sun, it has decreased according to the fourth power of distance. (Earth is so close to the sun relative to Pluto that the fourth-power pattern holds for us as well.) But if there were an artificial light source on Pluto, its apparent intensity would decrease not with the fourth power but with the distance squared—because the light is traveling one-way, not round-trip.
The secret to distinguishing between natural and artificial light sources, Loeb and Turner realized, is making multiple observations of an object in motion. All bodies orbiting the sun move in somewhat oval paths. As they move, then, their distance from us changes and so does their apparent brightness. If the original source of light was the sun, the brightness would vary in proportion to the fourth power of the change in distance; if the light was artificially produced, its intensity would change with the distance squared.
Although Loeb and Turner were disheartened to learn their strategy could not be readily extended to planets around other stars, the vast, unexplored realm of the outer solar system has plenty to offer. Dyson views the Kuiper belt as a fascinating patch of real estate: billions of bodies consisting of ice and “just the right [minerals]. If life could be established out there, it would have all the essentials—chemistry and sunlight, everything that’s needed,” he said in a TED talk in 2003.
Extraños resplandores en mundos distantes podrían ser indicio de civilizaciones extraterrestres-o nuevos intrigantes fenómenos astronómicos.
Cortesía de la NASA
¿Has oído el de los dos astrofísicos en el autobús? Era enero de 2010, durante un taller celebrado en Abu Dhabi, cuando despegaron para un tour en Dubai, una ciudad tan brillante que podía ser vista desde el espacio exterior, dijo el guía. Más tarde ese mismo día, los astrofísicos, Avi Loeb de la Universidad de Harvard y Edwin Turner, de Princeton, trataron de averiguar qué tan lejos de la Tierra ellos tendrían que ir antes de que las luces de Dubai se volvieran invisibles. Luego volvieron su vista alrededor y se preguntaron qué haría falta para buscar civilizaciones alienígenas mediante la búsqueda de distancias análogas de Dubai, o Las Vegas, o el Times Square.
Hasta ahora, la búsqueda de inteligencia extraterrestre, o SETI, ha involucrado principalmente la escucha de señales de radio, deliberada o accidentalmente enviadas por las culturas afuera en el espacio. Sin embargo, lejos de la rutina académica, Loeb y Turner vieron la localización de ciudades como una forma alternativa de búsqueda de vida extraterrestre. Una virtud de éste esquema fue que hizo algunas suposiciones acerca de los extraterrestres. Ellos no tendrían porque estar enviandonos mensajes, sino que simplemente tendríamos que compartir nuestra afición por la luz artificial, algo común en toda la sociedad moderna en la Tierra. Pero los cálculos iniciales de los astrónomos no fueron alentadores. La detección de la contaminación lumínica de los planetas que orbitan alrededor de otras estrellas va mucho más allá de las capacidades de los instrumentos de hoy en día, se dieron cuenta.
Loeb y Turner dejaron atrás la idea, pero luego hablaron con Freeman Dyson, físico de renombre por sus contribuciones a la teoría cuántica de campos e igualmente famoso por sus especulaciones provocativas. En la década de 1960 Dyson concibió esferas—estructuras fabricadas por civilizaciones avanzadas que rodean por completo las estrellas, capturando la mayor parte de su energía. Más recientemente sugirió que las plantas en forma de parábola (que él llamó "girasoles") podrían sobrevivir en los márgenes fríos del sistema solar por concentración de la luz solar débil allí. Cuando Loeb menciona el concepto de la búsqueda de las luces de las ciudades extraterrestres, Dyson le instó a escribir.
En un papel, Loeb y Turner describen cómo diferenciar entre un objeto iluminado naturalmente en el sistema solar y una fuente de luz artificial. Los científicos se basaban en la ley de la inversa del cuadrado de la física, que establece que la intensidad de la luz disminuye según el cuadrado de la distancia entre la fuente de luz y su destino. A raíz de esta ley, la luz viajando desde el sol hacia un punto distante — Plutón, por ejemplo — disminuye con el cuadrado de la distancia; la luz reflejada de vuelta desde Plutón al sol es disminuida de la misma forma por el mismo factor. Los dos factores se multiplican, de manera que cuando la luz vuelve al sol, se ha disminuido de acuerdo con la cuarta potencia de la distancia. (La Tierra está tan cerca del sol en relación con Plutón que el patrón de la cuarta potencia espera por nosotros también.) Pero si hubiera una fuente de luz artificial en Plutón, su intensidad aparente no disminuiría a la cuarta potencia, pero con la distancia al cuadrado -porque la luz viaja de ida y no de ida y vuelta.
El secreto para distinguir entre fuentes de luz natural y artificial, Loeb y Turner se dieron cuenta, era realizar múltiples observaciones de un objeto en movimiento. Todos los cuerpos orbitando al Sol moviéndose en trayectorias ligeramente ovaladas. A medida que avanzan, su distancia hacia nosotros cambia y lo mismo ocurre con su brillo aparente. Si la fuente de luz original era el sol, el brillo podría variar en proporción a la cuarta potencia del cambio en la distancia, si la luz se produce artificialmente, su intensidad podría variar con la distancia al cuadrado.
Aunque Loeb y Turner se desanimaron porque su estrategia no podría extenderse fácilmente a los planetas alrededor de otras estrellas, el reino vasto e inexplorado del sistema solar exterior tiene mucho que ofrecer. Dyson considera que el cinturón de Kuiper tiene un parche fascinante de escenarios reales: miles de millones de cuerpos constituidos por hielo y "sólo los minerales necesarios. Si la vida pudiera ser establecida ahí, tendría toda la química esencial y la luz del sol que se necesita", dijo en una conferencia de TED en 2003.
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