大约十年前，我参加了一个会议，为纽约大学阿布扎比分校的校园揭幕，我的同事，来自普林斯顿大学的埃德·特纳也一同出席。会议包括参观附近地区，当地导游自豪地吹嘘说，他们的城市灯光甚至可以从月球上看到。埃德和我互相看了一眼，想知道：哈勃空间望远镜（HST）能探测到多远之外的城市灯光？
第二天，我们计算出，哈勃深空场可以注意到柯伊伯带中距离地日距离30-50倍的天体上像东京这样的城市。但是，如果人造光和太阳光的自然反射具有相似的颜色，我们能区分它们吗？
在回答这个问题时，埃德和我偶然发现了一个关于观测到的通量对光源距离的依赖性的关键见解。反射的阳光的通量随着反射器到太阳距离的平方（关于其截获的阳光）乘以其到我们的距离的平方（对于我们接收到的光）成反比下降。对于非常遥远的光源，这些因素的乘积意味着亮度与距离的四次方成反比减弱。另一方面，产生自身光线的人造光源就像一个灯泡，其亮度仅与到我们的距离的平方成反比减弱。通过检查柯伊伯带天体在其沿轨道后退时亮度是与距离的二次方还是四次方成反比减弱，可以推断它是否发出自己的光。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
巧合的是，一位柯伊伯带天体的主要观测者之后访问了我的办公室。我没有错过机会问他：“您是否曾经检查过柯伊伯带天体的亮度如何随其轨道上的距离变化？” 他毫不犹豫地回答说：“我为什么要检查？它肯定会遵循从反射阳光预期的依赖性。” 对此，我只能说：“如果您不愿意发现奇妙的事物，您将永远找不到它们。”
但我很有耐心。教育需要时间，尤其是在与科学家打交道时。当最近有人问我人类还能对自然保持无知多久时，我回答说，人们可以拒绝考虑与他们的信念相矛盾的证据达数千年之久。关于我们位于宇宙中心或战争的结果由天空中的行星和恒星决定的观念就是如此。我们的无知程度是无限的。我们可以选择永远保持消息闭塞，就像动物一样。
诚然，在太阳系外围存在像东京市一样明亮的光源是不太可能的，除非它与经过的巨型宇宙飞船有关。但是，我们有可能在其他恒星周围的宜居行星上寻找人造光。
最近的是比邻星b，一颗位于我们最近的邻居矮星比邻星的宜居带中的行星，距离我们4.25光年。由于这颗行星离其昏暗的恒星的距离是地球离明亮太阳距离的20倍，因此比邻星b被认为是潮汐锁定的，具有永久的白天侧和夜晚侧（就像月球始终以同一侧面向地球一样）。比邻星b上的技术文明可能会选择将热量和电力从温暖、被照亮的白天侧转移到寒冷、黑暗的夜晚侧。例如，这可以通过在白天侧涂上光伏电池来实现，这些电池可以利用星光发电。在与我的前博士后马纳斯维·林加姆合著的论文中，我们表明，未来的望远镜可以根据太阳能电池板在反射星光时表现出的光谱边缘，探测到白天侧的大面积覆盖。
这提出了一个有趣的假设性问题。如果比邻星b的夜晚侧被人造光照亮，我们能否用HST的继任者，计划于今年发射的詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）探测到它？由于JWST比HST更大、更灵敏，它将使我们能够更深入太空，并将人造光的搜索范围从柯伊伯带扩展到像比邻星b这样的宜居系外行星。在一篇与斯坦福大学本科生伊丽莎·塔博尔合著的新论文中，我探讨了这个问题。
我们计算了部分被照亮的比邻星b在绕其恒星运行时预期的光变曲线。我们的计算表明，JWST将能够探测到夜晚侧发光二极管（LED）灯，其亮度占其白天侧恒星照明的5%。但是，即使人造照明像我们文明目前在地球夜晚侧使用的那样微弱（0.01%），JWST也可以探测到它，只要它被限制在比恒星光窄一千倍的频带内。未来的天文台，如拟议的大型紫外线光学红外线探测器（LUVOIR）空间望远镜，将能够探测到比邻星b夜晚侧更微弱的人造照明水平。
在宜居行星上寻找城市灯光可能听起来很投机，但作为一种潜在的技术特征，值得用计划中的仪器进行探索。比邻星b每11.2天绕其恒星运行一次，与其可能的居民庆祝生日的机会比我们在地球上多32.6倍，地球上每365.2天一次。如果未来的望远镜注意到信号，那么比邻星b夜晚侧的生日派对对明亮灯光的巨大需求也将成为我们庆祝的理由。