Atmospheric Light Pollution by Proposed Reflect Orbital Space Mirrors

夜空の新しい隣人

夜空を、宇宙に広がる巨大なベルベットのカーテンだと想像してみてください。そこには、何千年も私たちの導き手となってきた、瞬く星々が散りばめられています。人類の歴史の大部分において、この暗闇を突き抜けることができたのは、月と太陽（日中の間）、そして時折放たれる雷光だけでした。しかし、科学とは常に「もし〜だったら？」と空を見上げて問いかけることでした。この問いは、星を研究する天文学と、私たちが吸う空気を研究する大気物理学という二つの分野の領域に存在します。ここで重要な概念の一つが、光の散乱です。日光が牛乳の入ったグラスに当たるときを考えてみてください。光はただ真っ直ぐ通り抜けるのではなく、牛乳の中の微粒子に跳ね返り、グラス全体を輝かせます。これと同じことが、太陽光が空気分子や塵に当たるときに私たちの雰囲気（大気）の中でも起こり、日中に目にする青い空を作り出しています。もう一つの概念は、アルベドです。これは、ある表面がいかに光り輝いているか、あるいは反射率が高いかを表す、少し凝った言葉です。新雪のフィールドは高いアルベド（光の大部分を跳ね返す）を持ち、黒いアスファルトの道路は低いアルベド（光を吸収する）を持ちます。

なぜこれがあなたに関係があるのでしょうか？ それは、夜空が変化しているからです。私たちはすでに、太陽光を反射して、星空観察を台無しにする光の筋を作り出す数千もの人工衛星を打ち上げています。しかし、もし誰かが、夜空を巨大で動くスポットライトに変える計画を提案したらどうなるでしょうか？ それが、この論文が取り組んでいる問いです。これは単に新しい星が見えるかどうかという問題ではありません。古い星たちが、まだ見えるかどうかという問題なのです。もし私たちが夜空を人工の光で塗りつぶし始めれば、宇宙を見るための窓である自然な暗闇を失い、窓を鏡に変えてしまうかもしれません。

巨大宇宙鏡実験

リフレクト・オービタル（Reflect Orbital）というスタートアップ企業は、突飛なアイデアを持っています。それは、巨大な浮遊鏡の艦隊を宇宙に打ち上げ、太陽光を地球に照らしつけることで、実質的に夜間に人工的な昼間を作り出すというものです。彼らの計画は、大きなリビングルームほどのサイズ（18 × 18 メートル）の小さなテスト用衛星から始まりますが、最終的な目標は約5万基の巨大な鏡（それぞれ54 × 54 メートル）のコンステレーション（星座状の配置）です。その狙いは、半径約2.5キロメートル（1.5マイル）の特定の地面を、街灯がなくても本を読んだり安全に歩いたりできるほどの明るさで照らすことです。

しかし、これらの鏡を打ち上げる前に、ある科学者チームは極めて重要な問いを投げかけました。「残りの空はどうなってしまうのか？」 彼らは、この光のビームが私たちの大気とどのように相互作用するかを見るために、詳細なコンピュータ・シミュレーションを行いました。彼らは地上の一点だけを見たのではなく、その真上にある空全体を見渡したのです。

空に浮かぶ鏡
研究者たちの発見によれば、もしあなたがこれら巨大な54メートル級の鏡の真下に立っていたとしたら、それは信じられないほど明るく見えるはずです。実際、それは等級 -16.7 の点光源として見えるでしょう。これを比較するために言えば、満月は約 -12.7 です。つまり、この鏡は満月の約4等級分、あるいは約40倍も明るいということになります。それは約9.5ルクスの強度で降り注ぎますが、これは一般的な街灯の明るさと同じレベルです。もしあなたがその2.5キロメートルの円の中に立っていたら、夜は日が沈んだ直後の非常に明るい夕暮れ時のようになるでしょう。空があまりに明るいため、最も明るい星でさえも見えなくなります。それはまるで、強力な投光器の下に立ってホタルを見ようとするようなものです。

ビームを超えた輝き
この研究で最も驚くべき部分は、その明るい円の外側で何が起こるかです。光は照射されたパッチの端で止まるわけではありません。ビームが地面に当たると、地面がいかに光り輝いているか（泥よりも雪の方が反射しやすい）によって、光の一部が再び上へと跳ね返ります。この光は、元のビームとともに、空中の空気分子や塵の粒子に当たり、あらゆる方向に散乱します。

科学者たちはこの散乱をシミュレートし、単一の鏡による「輝き」が非常に遠くまで見えることを発見しました。

• 14キロメートル（約9マイル）離れた地点： 空は、日没直後の夕暮れ時のような明るさになります。あまりに明るいため、星は見えなくなります。空全体が、都市の上に見られる光のように、単一の宇宙鏡によってかき消されてしまいます。
• 34キロメートル（約21マイル）離れた地点： これほど遠くても、鏡の方向にある空は、通常の月明かりの夜よりも明るく見えます。それは、空に向かって伸びる巨大な光の柱のように見えるでしょう。
• 「雪」の要因： 地面が雪に覆われていると、この影響はさらに悪化します。雪は非常に反射率が高いため（高アルベド）、より多くの光を大気へと跳ね返し、輝きをさらに遠くまで広げます。雪の状態では、最大30キロメートルの距離からでも、空は満月の夜よりも明るく見える可能性があります。

もし数百個を使ったら？
この論文はまた、400基の鏡が同時に同じ場所に光を照射するという「最悪のシナリオ」についても調査しました。この場合、結合された光は2,400ルクスに達し、これは満月の約10,000倍の明るさです。これは、ソーラーパネルが稼働し始めるのに必要な約22 W/m²の電力を供給するのに十分な明るさです。空は完全に白濁し、夜を永続的で明るい薄明へと変えてしまうでしょう。

結論
著者らは、地球を宇宙から照らすというアイデアは技術的には可能であるものの、私たちの夜空に対する環境的コストは甚大なものになると結論付けています。たった一つの鏡であっても、数十キロメートルに及ぶ光害を引き起こし、その範囲内にいる人々の星空を認識不能にし、星を隠してしまうのです。この研究は、光を封じ込めるための「ベストケース」である、雲のない晴天を前提としています。もし雲があれば、光はさらに散乱し、その輝きはさらに遠い距離からも見えるようになる可能性があります。

要するに、これらのシミュレーションは、宇宙鏡によって夜を昼に変えることは、夜空そのものを失う代償を伴うことを示唆しています。星々は消え去り、意図された標的をはるかに超えて広がる、永続的で人工的な輝きに取って代わられることになるのです。