[论文解读] 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 5

一句话总结

本研究通过分析20世纪50年代首次帕洛马天空巡天（First Palomar Sky Survey）的数字化底片，调查地球同步轨道中是否存在高反照率、非地球来源的人造物。采用一种新方法检测同时出现且对齐的瞬变现象——可能来自反射物体的光学闪光——识别出五个具有线性对齐特征的候选事件，表明此类物体可能存在背景种群，其表面密度上限小于10⁻⁹个物体每平方公里。

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 $<10^{-9}$ 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.

研究动机与目标

• 通过分析卫星时代之前天空巡天数据，调查高反照率、非地球来源的人造物是否存在于地球同步轨道中。
• 开发并应用一种检测同时出现、对齐瞬变现象的方法，以指示人造物体对阳光的反射。
• 通过人工检查和图像分析，区分天体现象、底片缺陷与潜在的人造闪光。
• 若未发现其他合理解释，则建立此类人造物表面密度的上限。
• 评估研究多个同时发生、对齐的瞬变现象的科学价值，无论其起源如何。

提出的方法

• 利用20世纪50年代拍摄的首次帕洛马天空巡天（POSS-I）的数字化图像，时间早于太空时代。
• 应用检测算法，识别在单张底片曝光期间同时出现的点状瞬变现象。
• 搜索瞬变现象的空间对齐，这是高反照率、平坦物体在地球同步轨道上反射阳光的典型特征。
• 使用SuperCosmos扫描图像对候选事件进行人工检查，以区分真实瞬变现象与底片或扫描缺陷。
• 通过坐标测量和多张底片间的一致性验证候选事件的对齐特征。
• 将缺乏合理天体物理解释的情况视为人工起源的依据，从而推导出人造物密度的上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 20世纪50年代一张底片上同时出现并消失的九个类星体状瞬变现象，能否由地球同步轨道中高反照率物体对阳光的反射来解释？
• RQ2 在POSS-I巡天中是否存在其他表现出与人工闪光一致的、对齐且同时发生的候选瞬变事件？
• RQ3 是否可以排除底片缺陷或扫描伪影作为这些对齐瞬变事件的原因？
• RQ4 若这些事件真实存在且非假阳性，高反照率非地球来源人造物在地球同步轨道中的表面密度上限是多少？
• RQ5 无论起源如何，多个同时发生、对齐的瞬变现象是否应被视为未来SETI和空间监视研究的有效目标？

主要发现

• 在POSS-I红底片中识别出五个具有对齐瞬变现象的候选事件，每起事件包含三至五个瞬变现象，其空间对齐范围在1至15角秒之间。
• 候选事件1显示三个瞬变现象呈直线排列，误差在1角秒以内，第四个略有偏移，所有现象均仅在POSS-I中可见，未在POSS-II中出现。
• 候选事件2表现出相似的对齐模式，瞬变现象仅在POSS-I中被检测到，未在后续巡天中出现，表明其具有瞬变特性。
• 候选事件3至5显示出多个瞬变现象的对齐，其中最显著的呈现五个点在15角秒内对齐，与单一反射物体穿过视场的预期一致。
• 所有候选事件均与已知的底片缺陷和扫描伪影进行了交叉比对，结果表明这些缺陷无法解释其精确的对齐和同时出现的特征。
• 若所有候选事件均被排除为假阳性，则高反照率人造物在地球同步轨道中的表面密度上限估计为小于10⁻⁹个物体每平方公里。