[論文レビュー] Is there a background population of high-albedo objects in geosynchronous orbits around Earth?

Beatriz Villarroel, E. Solano+12 more|arXiv (Cornell University)|Apr 12, 2022

Space exploration and regulation被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、1950年代の初代パラモア・スカイ・サーベイ（POSS-I）のデジタル化された写真 Plates を分析することで、地球静止軌道に高アルベドの非地球的物体が存在するかを調査した。新規の手法を用いて、同時に発生し、一直線に並ぶ一時的変動（反射物体による光学的グリントの可能性）を検出するもので、直線的配置を示す5件の候補イベントを同定した。これは、このような物体の背景的集団が存在する可能性を示唆しており、表面密度の上限は <10⁻⁹ 個 km⁻² である。

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.

研究の動機と目的

• 衛星発祥以前の天球サーベイを分析することで、地球静止軌道に高アルベドの非地球的物体が存在するかを調査すること。
• 太陽光の反射を示す人工的物体の兆候となる、同時発生で一直線に並ぶ一時的変動を検出するための手法を開発・適用すること。
• 視覚的検査と画像解析を用いて、天体的変動、プレート欠険、および潜在的な人工的グリントを区別すること。
• 他の説明が見つからない場合に、このような物体の表面密度の上限を設定すること。
• 起源にかかわらず、複数の同時発生で一直線に並ぶ一時的変動を、将来的なSETIおよび宇宙監視研究の対象として有効にすべきかどうかを評価すること。

提案手法

• 宇宙時代以前の1950年代に撮影された初代パラモア・スカイ・サーベイ（POSS-I）のデジタル画像を用いた。
• 1枚のプレート露光中に同時に出現する点状の一時的変動を特定するための検出アルゴリズムを適用した。
• 地球静止軌道に位置する平らで高アルベドの物体からの太陽光反射が予想される、空間的配置の一致を探索した。
• SuperCosmosスキャンを用いた視覚的検査により、実際の一時的変動とプレートまたはスキャン欠険を区別した。
• 座標測定と複数のプレートにわたる配置の一貫性を用いて、候補イベントの妥当性を検証した。
• 妥当な天体的説明が見つからなかったことを根拠に、人工的起源を仮定し、物体密度の上限を導いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1950年代の写真プレートに、星のような一時的変動が同時に出現・消滅する現象は、地球静止軌道に存在する高アルベド物体からの太陽光反射で説明可能だろうか？
• RQ2 POSS-Iサーベイ内に、人工的グリントに一致する、一様に並ぶ同時発生の一時的変動を示す他の候補イベントは存在するか？
• RQ3 これらの一致する一時的変動の原因として、プレート欠険やスキャンアーティファクトを除外できるか？
• RQ4 これらの現象が真に存在し、誤検出ではないと仮定した場合、地球静止軌道における高アルベドの非地球的物体の表面密度の上限はどの程度か？
• RQ5 起源にかかわらず、複数の同時発生で一直線に並ぶ一時的変動は、将来的なSETIおよび宇宙監視研究の有効な標的とすべきだろうか？

主な発見

• POSS-Iの赤色プレートにおいて、直線的配置を示す5件の候補イベントが同定され、1イベントあたり3〜5個の一時的変動が1〜15秒角の範囲内で空間的配置を示した。
• 候補1では、1秒角以内に一直線に並ぶ3つの一時的変動が確認され、4つ目はわずかにずれていた。これらはPOSS-Iでは確認可能であったが、POSS-IIでは確認されなかった。
• 候補2では、同様の配置パターンを示し、一時的変動はPOSS-Iでのみ検出され、後のサーベイでは確認されなかった。これは一時的変動の性質を示唆している。
• 候補3〜5では、複数の一時的変動が一直線に並んでおり、最も顕著なものは15秒角以内に5点の配置を示し、1つの反射物体が視野を通過したことに一致する。
• すべての候補は、既知のプレート欠陥やスキャンアーティファクトと照合されたが、正確な配置と同時発生の両方を説明するには不十分であった。
• すべての候補が誤検出でないと仮定した場合、地球静止軌道における高アルベドの非地球的物体の表面密度の推定上限は <10⁻⁹ 個 km⁻² である。