[논문 리뷰] Is there a background population of high-albedo objects in geosynchronous orbits around Earth?

Beatriz Villarroel, E. Solano외 12명|arXiv (Cornell University)|2022. 04. 12.

Space exploration and regulation인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 1950년대 첫 번째 팔로마 천문망원경 스카이 서베이의 디지털화된 사진 판을 분석하여 지구 동궤도에 고반사도를 지닌 비지구적 물체가 존재하는지 조사한다. 새로운 방법을 통해 동시에 발생하고 정렬된 잠재적인 광원 반사 현상(빛 반사)을 탐지함으로써, 선형 정렬을 보이는 다섯 건의 후보 사건을 발견하였으며, 이는 고반사도 물체의 가능한 배경 인구를 시사하며 표면 밀도 상한선 <10⁻⁹ 개체 km⁻²을 제시한다.

ABSTRACT

Old, digitized astronomical images taken before the human spacefaring age offer a unique view of the sky devoid of known artificial satellites. In this paper, we have carried out the first optical searches ever for non-terrestrial artifacts near the Earth following the method proposed in Villarroel et al. (2022). We use images contained in the First Palomar Sky Survey to search for simultaneous (during a plate exposure time) transients that in addition to being point-like, are aligned. We provide a shortlist of the most promising candidates of aligned transients, that must be examined with the help of a microscope to separate celestial sources from plate defects with coincidentally star-like brightness profiles. We further explore one possible, but not unique, interpretation in terms of fast reflections off high-albedo objects in geosynchronous orbits around Earth. If a future study rules out each multiple transient candidate, the estimated surface density becomes an upper limit of $&lt;10^{-9}$ objects km$^{-2}$ non-terrestrial artifacts in geosynchronous orbits around Earth. Finally, we conclude that observations and analysis of multiple, simultaneously appearing and vanishing light sources on the sky merit serious further attention, regardless of their origin.

연구 동기 및 목표

• 우주 시대 이전의 천체 사진 촬영 자료를 분석하여 지구 동궤도에 고반사도를 지닌 비지구적 물체가 존재하는지 조사하는 것.
• 동시에 발생하고 정렬된 일시적 현상(태양 반사 가능성)을 탐지하기 위한 방법을 개발하고 적용하는 것.
• 시각적 점검과 영상 분석을 통해 천체물리적 일시적 현상, 사진 판 결함, 잠재적 인공 반사 현상 간을 구분하는 것.
• 기타 설명이 없을 경우 이러한 물체의 표면 밀도 상한선을 설정하는 것.
• 기원과 관계없이 다수의 동시 발생하고 정렬된 일시적 현상이 향후 SETI 및 궤도 감시 연구에 과학적으로 가치가 있는지 평가하는 것.

제안 방법

• 우주 시대 이전인 1950년대에 촬영된 첫 번째 팔로마 천문망원경 스카이 서베이(POSS-I)의 디지털 이미지를 활용하였다.
• 한 장의 사진 판 노출 기간 동안 동시에 나타나는 점성 일시적 현상(점원형)을 탐지하기 위한 알고리즘을 적용하였다.
• 지구 동궤도에 위치한 평탄하고 고반사도 물체가 태양빛을 반사할 경우 기대되는 특징인 일시적 현상의 공간적 정렬을 검색하였다.
• 후보 사건을 확인하기 위해 슈퍼코스모스 스캔을 활용해 시각적 점검을 수행하여 실제 일시적 현상과 사진 판 또는 스캔 결함을 구분하였다.
• 좌표 측정과 여러 장의 사진 판에 걸쳐 일관된 정렬을 통해 후보 사건을 검증하였다.
• 합리적인 천체물리적 설명이 없을 경우, 인공 기원으로 간주하고 물체 밀도 상한선을 도출하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 1950년대 사진 판에 동시에 나타나고 사라지는 9개의 별처럼 보이는 일시적 현상이 지구 동궤도에 있는 고반사도 물체가 태양빛을 반사한 것으로 설명될 수 있는가?
• RQ2 POSS-I 서베이에서 인공 반사 현상과 일치하는 정렬된 동시 일시적 현상이 다른 후보 사건이 존재하는가?
• RQ3 이러한 정렬된 일시적 현상의 원인이 사진 판 결함이나 스캔 오류일 수 있는가를 배제할 수 있는가?
• RQ4 이러한 현상들이 진짜이며 가짜 긍정이 아닐 경우, 지구 동궤도에 존재하는 고반사도 비지구적 물체의 표면 밀도 상한선은 얼마인가?
• RQ5 기원과 관계없이 다수의 동시 발생하고 정렬된 일시적 현상은 향후 SETI 및 궤도 감시 연구의 타당한 대상이 되어야 하는가?

주요 결과

• POSS-I 레드 필터 사진 판에서 정렬된 일시적 현상이 있는 다섯 건의 후보 사건이 확인되었으며, 각 사건당 3~5개의 일시적 현상이 1~15초초 이내로 정렬되어 있었다.
• 후보 1은 1초초 이내로 정렬된 세 개의 일시적 현상이 직선으로 배열되어 있었고, 네 번째는 약간 이격되어 있었으며, 이는 POSS-I에서는 관측되었지만 POSS-II에서는 관측되지 않았다.
• 후보 2는 유사한 정렬 패tern을 보였으며, 일시적 현상은 POSS-I에서만 발견되었고, 후속 서베이에서는 관측되지 않아 일시적 성격을 시사한다.
• 후보 3~5는 다수의 정렬된 일시적 현상이 나타났으며, 가장 두드러진 것은 15초초 이내로 5점 정렬을 보였으며, 이는 한 개의 반사 물체가 시야를 통과했을 때 기대되는 패턴과 일치한다.
• 모든 후보 사건은 알려진 사진 판 결함 및 스캔 오류와 비교되었으며, 정밀한 정렬과 동시 발생을 설명하기에는 부족한 것으로 나타났다.
• 모든 후보 사건이 가짜 긍정으로 간주되지 않는다고 가정할 경우, 지구 동궤도에 존재하는 고반사도 비지구적 물체의 표면 밀도 상한선은 <10⁻⁹ 개체 km⁻²로 추정된다.