“星鏈”讓天文學(xué)家頭疼！巨型衛(wèi)星星座正從根本上改變天文觀測

尼爾·帕特爾

在望遠(yuǎn)鏡拍攝的夜空?qǐng)D像中， statlink留下了一道道可見條紋

天文學(xué)界目前焦慮不安。隨著近地軌道上的衛(wèi)星數(shù)量越來越多，獲得一個(gè)開闊的天空視野的機(jī)會(huì)正變得越來越小。

學(xué)界也是剛剛才開始認(rèn)識(shí)到這些巨型衛(wèi)星星座給天文學(xué)界所帶來的真正威脅。美國天文學(xué)會(huì)在近日公布的報(bào)告中總結(jié)道，該情況將會(huì)“從根本上改變天文觀測領(lǐng)域”，其中就涉及到了光學(xué)和近紅外探測的發(fā)展。報(bào)告作者寫道，“夜空照片中充滿被太陽照亮的衛(wèi)星將成為一種常態(tài)?！?/p>

去年發(fā)射后不久，首批 Starlink 衛(wèi)星已經(jīng)在天空中清晰可見。一些天文臺(tái)發(fā)現(xiàn)，他們的夜空照片效果受到了嚴(yán)重的影響。如今，Starlink 已有 713 顆在軌衛(wèi)星。在接下來的幾年里，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星數(shù)量預(yù)計(jì)將增至 1.2 萬顆，并且還有可能擴(kuò)展到 4.2 萬顆?？偛课挥趥惗氐?OneWeb 在經(jīng)歷了一年的破產(chǎn)期和所有權(quán)重組后，不久前獲得了美國聯(lián)邦通信委員會(huì)的批準(zhǔn)，允許其使用 1280 顆衛(wèi)星為美國的用戶提供寬帶服務(wù)。該公司計(jì)劃將衛(wèi)星星座的規(guī)模最終擴(kuò)展至 4.8 萬顆。亞馬遜的 “柯伊伯計(jì)劃” 最后也獲得了批準(zhǔn)，3236 顆衛(wèi)星將被用于其衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，而亞馬遜的衛(wèi)星業(yè)務(wù)才剛剛開始。我們所熟悉的天文學(xué)觀測將因此變得有所不同。

密歇根州立大學(xué)天文學(xué)家、美國天文學(xué)會(huì)前主席梅根·多納休表示，“SpaceX 的 Starlink 衛(wèi)星的可見程度著實(shí)讓每一個(gè)人都大吃一驚?！北M管很多人沉醉于一連串亮光劃過夜空的美麗景色，但天文學(xué)家們卻無心欣賞，這些亮光會(huì)在天文望遠(yuǎn)鏡所拍攝到的圖像中留下一道道長長的白色條帶，并遮擋住他們要去觀測的恒星和其它天體?！皩?duì)于天文學(xué)家來說，天空中布滿這種光帶是一件非?？植赖氖虑??！倍嗉{休說。

其實(shí)，衛(wèi)星 “搶鏡” 并不是什么新鮮事了。目前環(huán)繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星數(shù)量已經(jīng)超過了 2600 顆，所以這種情況必然會(huì)發(fā)生。洛厄爾天文臺(tái)主任杰夫·霍爾是美國天文學(xué)會(huì)這份報(bào)告的聯(lián)合作者，在他看來，其中大部分衛(wèi)星的反光程度比較弱，特別是那些處于極高軌道的衛(wèi)星，它們幾乎不會(huì)對(duì)觀測造成影響。

但是，由于這些新的衛(wèi)星星座處于低軌道區(qū)域，因此看上去顯得更加耀眼。它們會(huì)在照片上留下長長的光帶或?qū)ζ渌糠值臄?shù)據(jù)造成破壞。衛(wèi)星星座規(guī)模龐大，想要把它們從視野中清除出去，就如同玩一局地獄難度的 “打地鼠” 游戲。在過去，也許每 100 張照片中就有一張因受到衛(wèi)星干擾而無法使用。而從現(xiàn)在的情況來看，天文學(xué)家們可能會(huì)因?yàn)檫@個(gè)問題而損失掉多達(dá)2/3的數(shù)據(jù)。

新型的 LEO 衛(wèi)星則不會(huì)像這樣影響到天文學(xué)家的觀測計(jì)劃。例如，霍爾使用光學(xué)光譜儀（源頭處所發(fā)射出的光的波長）來測定每顆恒星的特別變化。只有衛(wèi)星移動(dòng)到望遠(yuǎn)鏡的正上方時(shí)，圖像才會(huì)受到影響。然而，對(duì)于下一代極度敏感的天文望遠(yuǎn)鏡或可以進(jìn)行大范圍空間觀測的技術(shù)手段來說，Starlink 等衛(wèi)星星座將會(huì)是一個(gè)大麻煩。觀測臨近天體的天文臺(tái)——例如，夏威夷大學(xué)的全景式巡天望遠(yuǎn)鏡和快速反應(yīng)系統(tǒng)（Pan-STARRS），已經(jīng)發(fā)現(xiàn)他們的照片受到了 Starlink 衛(wèi)星移動(dòng)軌跡的破壞。如果有一顆小行星正處于與地球相撞的軌道上，那么相關(guān)數(shù)據(jù)現(xiàn)在可能已經(jīng)徹底損壞，因此我們就無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)它，并采取適當(dāng)?shù)膽?yīng)對(duì)措施。

位于智利的維拉·C·魯賓天文臺(tái)（之前被稱為大型綜合巡天望遠(yuǎn)鏡）或許是其中最為突出的例子。天文學(xué)家們利用這臺(tái)價(jià)值 10 億美元的設(shè)備來探測極度微弱的光學(xué)和近紅外信號(hào)，它還可以被用來測定遙遠(yuǎn)的小型天體，以及搜尋暗物質(zhì)和暗能量。模擬顯示，當(dāng) Starlink 衛(wèi)星星座全部部署完畢后，由維拉·魯賓所拍攝的照片中，將會(huì)多達(dá) 30% 的照片被至少一顆 Starlink 衛(wèi)星的軌跡破壞掉。依賴這些數(shù)據(jù)的上百項(xiàng)科學(xué)研究將會(huì)停滯不前，從而使一些發(fā)現(xiàn)被推遲幾代人的時(shí)間。

多納休表示，理想的目標(biāo)就是將這些衛(wèi)星的亮度降低100個(gè)系數(shù)。為此，美國天文學(xué)會(huì)的報(bào)告列出了諸多解決方案，這些方案對(duì)于天文學(xué)家和衛(wèi)星運(yùn)營商來說都具有實(shí)際意義。例如，新的軟件可以提前告知天文學(xué)家們衛(wèi)星預(yù)計(jì)經(jīng)過的時(shí)間和位置。這可以幫助他們在那段時(shí)間里進(jìn)行工作，或者甚至在曝光期間遮蓋掉衛(wèi)星所反射的光，同時(shí)這種軟件還可以被用在圖像處理領(lǐng)域，從而將數(shù)據(jù)中的衛(wèi)星軌跡清除掉。

衛(wèi)星運(yùn)營商在尋找解決辦法的同時(shí)，也要考慮到商業(yè)目標(biāo)。畢竟，最快捷、最有效的方法就是停止發(fā)射衛(wèi)星星座——不過，這顯然不現(xiàn)實(shí)。其中一個(gè)辦法就是降低衛(wèi)星的反射度。一月份，SpaceX 在 Starlink 衛(wèi)星上測試了一種名為 “DarkSat” 的原型涂裝，但衛(wèi)星的亮度并沒有得到明顯的降低。當(dāng)前，該公司正在給即將發(fā)射的衛(wèi)星安裝一種叫做 VisorSat 的可展開的太陽防護(hù)罩，不過科學(xué)家們就這種方法是否具有有效性進(jìn)行了多次的辯論。

霍爾表示，最佳的方法就是調(diào)整衛(wèi)星在太空中的朝向，使其反射面不對(duì)準(zhǔn)地面，從而大大降低地面望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)反光的幾率。他還說道，“我親眼看到過一些進(jìn)行了姿態(tài)調(diào)整的 SpaceX 的衛(wèi)星。你仍然可以看到這些衛(wèi)星，但由于亮度很低，所以它們是幾乎不可見的?！?/p>

衛(wèi)星星座的軌道高度問題將會(huì)是衛(wèi)星運(yùn)營商所面臨的重大挑戰(zhàn)之一。OneWeb 的創(chuàng)始人格雷格·維勒認(rèn)為，由于其衛(wèi)星星座處于 1200 公里的高軌道，所以很難發(fā)生衛(wèi)星碰撞事件。Starlink 這類衛(wèi)星使用低軌多數(shù)量的模式來覆蓋全球，而處于高軌道的衛(wèi)星則有著更大的通訊覆蓋面，這意味著每一顆衛(wèi)星都可以覆蓋地球上更多的區(qū)域。這樣就可以大大減少在軌衛(wèi)星的數(shù)量。

不幸的是，美國天文學(xué)會(huì)的報(bào)告反駁了這種觀點(diǎn)。報(bào)告認(rèn)為，衛(wèi)星所處的軌道越高，它在人們視野中停留的時(shí)間也就越長。雖然它們的亮度可能會(huì)有所降低，但無論如何都會(huì)對(duì)天文觀測活動(dòng)造成干擾，這種影響或許會(huì)持續(xù)整個(gè)夜晚。報(bào)告建議衛(wèi)星公司不要把衛(wèi)星星座發(fā)射到超過 600 公里的軌道上。

幸運(yùn)的是，所有的衛(wèi)星公司都愿意通過合作的方式來解決這些問題。美國天文學(xué)會(huì)的報(bào)告詳細(xì)闡述了 SpaceX 與 OneWeb 在這一方面的多方投入?；魻柋硎?，“我們認(rèn)為他們做的很漂亮，而他們也認(rèn)為我們做的很漂亮。因此，我們會(huì)一起努力?！?/p>

天文學(xué)家們需要衛(wèi)星運(yùn)營商們的支持。發(fā)射擁有超亮反光衛(wèi)星的衛(wèi)星星座，雖然在技術(shù)上和法規(guī)上都沒有任何阻礙，但是這些衛(wèi)星卻很有可能干擾到大部分的天文觀測項(xiàng)目。

霍爾和同事們打算填補(bǔ)法規(guī)上的漏洞，并在明天春天開始的新一輪的研討會(huì)上提出相關(guān)建議。研究人員們希望 SpaceX 以及其它公司能夠就這一問題與他們保持合作。如果全球各地的衛(wèi)星運(yùn)營商都可以向太空中隨意發(fā)射衛(wèi)星，那么勢必會(huì)產(chǎn)生極大的混亂，所以每個(gè)公司都應(yīng)該具有阻止這種無序狀態(tài)的責(zé)任感。

霍爾說道，“這些政策性建議將會(huì)被提交到聯(lián)合國。因?yàn)檫@是一個(gè)國際性問題，所以它必須得在國際機(jī)構(gòu)的職權(quán)范圍內(nèi)得到解決?！比欢?，聯(lián)合國及其成員國將會(huì)在何時(shí)采納并執(zhí)行這些規(guī)定，則完全是另一回事了。（摘自美《深科技》）（編輯/克珂）