Starshades: Geoengineering Solutions and Technosignatures in Direct Imaging Phase Curves
(2023) ASTK03 20231Astrophysics
Department of Physics
- Abstract
- The stellar luminosity increases as a star evolves which inevitably yields a higher temperature on planets in orbit around the star. It is reasonable to assume that intelligent civilizations would tackle this issue through installing artificial structures that can alter the radiation received by the planet. Such structures, if they exist, are potentially detectable with current or near-future technology. I have created a mathematical model that can be used to simulate starshade size as a function of stellar age. With the assumption that life needs a few Gyr to develop, I conclude from habitable zone simulations that stars with masses around $1 M_\odot$ are the most likely to require such solutions. In my project, the structure is assumed... (More)
- The stellar luminosity increases as a star evolves which inevitably yields a higher temperature on planets in orbit around the star. It is reasonable to assume that intelligent civilizations would tackle this issue through installing artificial structures that can alter the radiation received by the planet. Such structures, if they exist, are potentially detectable with current or near-future technology. I have created a mathematical model that can be used to simulate starshade size as a function of stellar age. With the assumption that life needs a few Gyr to develop, I conclude from habitable zone simulations that stars with masses around $1 M_\odot$ are the most likely to require such solutions. In my project, the structure is assumed to be a circular, reflecting surface -- a so-called starshade -- placed at the inner Lagrange point between the star and the planet. Based on my simulations of the starshade size it can be argued that it can be of similar size to the planet. Through simulations I show that the phase curve of the starshade has a distinct shape and that the technosignature of a starshade is strongly dependent on the starshade size, starshade albedo and the inclination of the star--planet system with respect to the observer. Assuming favorable values on these parameters does, however, point towards starshades being detectable with the next generation telescope technology. This is motivated by my simulations of one of the targets of the Habitable World Observatory. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- En förhöjd temperatur på jorden på grund av solens utveckling kan leda till förödande konsekvenser. Allteftersom solen åldras ökar den nämligen i ljusstyrka – vilket gör att vår planet nås av en större mängd ljus. Därmed värms planeten upp och detta kan på sikt leda till en förstärkt växthuseffekt och en skenande temperatur. Även om temperaturändringen inte är märkbar i nuläget kommer den om ungefär en miljard år göra jorden till en obeboelig plats.
Som tur är finns det en lösning på problemet: så kallade starshades. Starshades är artificiella konstruktioner som kan placeras mellan solen och jorden för att reflektera bort en del av solljuset. På så sätt kan planetens temperatur kontrolleras och klimatet stabiliseras. Under mitt... (More) - En förhöjd temperatur på jorden på grund av solens utveckling kan leda till förödande konsekvenser. Allteftersom solen åldras ökar den nämligen i ljusstyrka – vilket gör att vår planet nås av en större mängd ljus. Därmed värms planeten upp och detta kan på sikt leda till en förstärkt växthuseffekt och en skenande temperatur. Även om temperaturändringen inte är märkbar i nuläget kommer den om ungefär en miljard år göra jorden till en obeboelig plats.
Som tur är finns det en lösning på problemet: så kallade starshades. Starshades är artificiella konstruktioner som kan placeras mellan solen och jorden för att reflektera bort en del av solljuset. På så sätt kan planetens temperatur kontrolleras och klimatet stabiliseras. Under mitt kandidatarbete som beskrivs i den här avhandlingen undersöker jag just det hypotetiska konceptet starshades. Jag analyserar när en sådan konstruktion skulle behövas för vår planet samt undersöker vilken storlek, geometri och placering den skulle ha för att blockera rätt mängd solljus när solen åldras. Mitt starshade-koncept är hursomhelst inte begränsat till användning på grund av solens utveckling, utan kan också vara en aktuell lösning till den globala uppvärmningen orsakad av mänsklig aktivitet.
Artificiella konstruktioner, som exempelvis starshades, är dessutom något som potentiella utomjordiska civilisationer skulle kunna använda sig av. I sådant fall finns det en möjlighet för oss att detektera dem. I mitt projekt undersöker jag därför inte bara starshades för vår planet, utan också huruvida de är detekterbara i anslutning till exoplaneter (planeter runt andra stjärnor). Jag tittar specifikt på phase curves, som är visualiseringar av mängden ljus en exoplanet reflekterar. I mitt projekt antas starshades vara reflekterande ytor. Därför förväntas de ändra mängden ljus som når oss om de existerar i ett planetsystem vi observerar.
Konceptet starshades är relativt outforskat men kan vara av stor betydelse i framtiden, vilket motiverar mitt projekt. Förhoppningsvis kan mitt arbete bidra till nya förhållningssätt i sökandet efter utomjordisk intelligens. En annan minst lika viktig aspekt är att främja en lösning som kan förhindra att jorden blir en plats utan liv. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9124347
- author
- Skoglund, Claudia LU
- supervisor
- organization
- course
- ASTK03 20231
- year
- 2023
- type
- M2 - Bachelor Degree
- subject
- keywords
- Starshades, extraterrestrial intelligence, stellar evolution, technosignatures, phase curves, direct imaging, habitable zone.
- report number
- 2023-EXA206
- language
- English
- id
- 9124347
- date added to LUP
- 2023-06-16 09:04:15
- date last changed
- 2023-08-30 15:12:01
@misc{9124347,
abstract = {{The stellar luminosity increases as a star evolves which inevitably yields a higher temperature on planets in orbit around the star. It is reasonable to assume that intelligent civilizations would tackle this issue through installing artificial structures that can alter the radiation received by the planet. Such structures, if they exist, are potentially detectable with current or near-future technology. I have created a mathematical model that can be used to simulate starshade size as a function of stellar age. With the assumption that life needs a few Gyr to develop, I conclude from habitable zone simulations that stars with masses around $1 M_\odot$ are the most likely to require such solutions. In my project, the structure is assumed to be a circular, reflecting surface -- a so-called starshade -- placed at the inner Lagrange point between the star and the planet. Based on my simulations of the starshade size it can be argued that it can be of similar size to the planet. Through simulations I show that the phase curve of the starshade has a distinct shape and that the technosignature of a starshade is strongly dependent on the starshade size, starshade albedo and the inclination of the star--planet system with respect to the observer. Assuming favorable values on these parameters does, however, point towards starshades being detectable with the next generation telescope technology. This is motivated by my simulations of one of the targets of the Habitable World Observatory.}},
author = {{Skoglund, Claudia}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Starshades: Geoengineering Solutions and Technosignatures in Direct Imaging Phase Curves}},
year = {{2023}},
}