“星链”让天文学家头疼！巨型卫星星座正从根本上改变天文观测
时间：2020-10-27 03:53:35 来源：达达文档网 本文已影响 人 
尼尔·帕特尔
在望远镜拍摄的夜空图像中， statlink留下了一道道可见条纹
天文学界目前焦虑不安。随着近地轨道上的卫星数量越来越多，获得一个开阔的天空视野的机会正变得越来越小。
学界也是刚刚才开始认识到这些巨型卫星星座给天文学界所带来的真正威胁。美国天文学会在近日公布的报告中总结道，该情况将会“从根本上改变天文观测领域”，其中就涉及到了光学和近红外探测的发展。报告作者写道，“夜空照片中充满被太阳照亮的卫星将成为一种常态。”
去年发射后不久，首批 Starlink 卫星已经在天空中清晰可见。一些天文台发现，他们的夜空照片效果受到了严重的影响。如今，Starlink 已有 713 颗在轨卫星。在接下来的几年里，整个网络的卫星数量预计将增至 1.2 万颗，并且还有可能扩展到 4.2 万颗。总部位于伦敦的 OneWeb 在经历了一年的破产期和所有权重组后，不久前获得了美国联邦通信委员会的批准，允许其使用 1280 颗卫星为美国的用户提供宽带服务。该公司计划将卫星星座的规模最终扩展至 4.8 万颗。亚马逊的 “柯伊伯计划” 最后也获得了批准，3236 颗卫星将被用于其卫星网络服务，而亚马逊的卫星业务才刚刚开始。我们所熟悉的天文学观测将因此变得有所不同。
密歇根州立大学天文学家、美国天文学会前主席梅根·多纳休表示，“SpaceX 的 Starlink 卫星的可见程度着实让每一个人都大吃一惊。”尽管很多人沉醉于一连串亮光划过夜空的美丽景色，但天文学家们却无心欣赏，这些亮光会在天文望远镜所拍摄到的图像中留下一道道长长的白色条带，并遮挡住他们要去观测的恒星和其它天体。“对于天文学家来说，天空中布满这种光带是一件非常恐怖的事情。”多纳休说。
其实，卫星 “抢镜” 并不是什么新鲜事了。目前环绕地球运行的卫星数量已经超过了 2600 颗，所以这种情况必然会发生。洛厄尔天文台主任杰夫·霍尔是美国天文学会这份报告的联合作者，在他看来，其中大部分卫星的反光程度比较弱，特别是那些处于极高轨道的卫星，它们几乎不会对观测造成影响。
但是，由于这些新的卫星星座处于低轨道区域，因此看上去显得更加耀眼。它们会在照片上留下长长的光带或对其他部分的数据造成破坏。卫星星座规模庞大，想要把它们从视野中清除出去，就如同玩一局地狱难度的 “打地鼠” 游戏。在过去，也许每 100 张照片中就有一张因受到卫星干扰而无法使用。而从现在的情况来看，天文学家们可能会因为这个问题而损失掉多达2/3的数据。
新型的 LEO 卫星则不会像这样影响到天文学家的观测计划。例如，霍尔使用光学光谱仪（源头处所发射出的光的波长）来测定每颗恒星的特别变化。只有卫星移动到望远镜的正上方时，图像才会受到影响。然而，对于下一代极度敏感的天文望远镜或可以进行大范围空间观测的技术手段来说，Starlink 等卫星星座将会是一个大麻烦。观测临近天体的天文台——例如，夏威夷大学的全景式巡天望远镜和快速反应系统（Pan-STARRS），已经发现他们的照片受到了 Starlink 卫星移动轨迹的破坏。如果有一颗小行星正处于与地球相撞的轨道上，那么相关数据现在可能已经彻底损坏，因此我们就无法及时发现它，并采取适当的应对措施。
位于智利的维拉·C·鲁宾天文台（之前被称为大型综合巡天望远镜）或许是其中最为突出的例子。天文学家们利用这台价值 10 亿美元的设备来探测极度微弱的光学和近红外信号，它还可以被用来测定遥远的小型天体，以及搜寻暗物质和暗能量。模拟显示，当 Starlink 卫星星座全部部署完毕后，由维拉·鲁宾所拍摄的照片中，将会多达 30% 的照片被至少一颗 Starlink 卫星的轨迹破坏掉。依赖这些数据的上百项科学研究将会停滞不前，从而使一些发现被推迟几代人的时间。
多纳休表示，理想的目标就是将这些卫星的亮度降低100个系数。为此，美国天文学会的报告列出了诸多解决方案，这些方案对于天文学家和卫星运营商来说都具有实际意义。例如，新的软件可以提前告知天文学家们卫星预计经过的时间和位置。这可以帮助他们在那段时间里进行工作，或者甚至在曝光期间遮盖掉卫星所反射的光，同时这种软件还可以被用在图像处理领域，从而将数据中的卫星轨迹清除掉。
卫星运营商在寻找解决办法的同时，也要考虑到商业目标。毕竟，最快捷、最有效的方法就是停止发射卫星星座——不过，这显然不现实。其中一个办法就是降低卫星的反射度。一月份，SpaceX 在 Starlink 卫星上测试了一种名为 “DarkSat” 的原型涂装，但卫星的亮度并没有得到明显的降低。当前，该公司正在给即将发射的卫星安裝一种叫做 VisorSat 的可展开的太阳防护罩，不过科学家们就这种方法是否具有有效性进行了多次的辩论。
霍尔表示，最佳的方法就是调整卫星在太空中的朝向，使其反射面不对准地面，从而大大降低地面望远镜发现反光的几率。他还说道，“我亲眼看到过一些进行了姿态调整的 SpaceX 的卫星。你仍然可以看到这些卫星，但由于亮度很低，所以它们是几乎不可见的。”
卫星星座的轨道高度问题将会是卫星运营商所面临的重大挑战之一。OneWeb 的创始人格雷格·维勒认为，由于其卫星星座处于 1200 公里的高轨道，所以很难发生卫星碰撞事件。Starlink 这类卫星使用低轨多数量的模式来覆盖全球，而处于高轨道的卫星则有着更大的通讯覆盖面，这意味着每一颗卫星都可以覆盖地球上更多的区域。这样就可以大大减少在轨卫星的数量。
不幸的是，美国天文学会的报告反驳了这种观点。报告认为，卫星所处的轨道越高，它在人们视野中停留的时间也就越长。虽然它们的亮度可能会有所降低，但无论如何都会对天文观测活动造成干扰，这种影响或许会持续整个夜晚。报告建议卫星公司不要把卫星星座发射到超过 600 公里的轨道上。
幸运的是，所有的卫星公司都愿意通过合作的方式来解决这些问题。美国天文学会的报告详细阐述了 SpaceX 与 OneWeb 在这一方面的多方投入。霍尔表示，“我们认为他们做的很漂亮，而他们也认为我们做的很漂亮。因此，我们会一起努力。”
天文学家们需要卫星运营商们的支持。发射拥有超亮反光卫星的卫星星座，虽然在技术上和法规上都没有任何阻碍，但是这些卫星却很有可能干扰到大部分的天文观测项目。
霍尔和同事们打算填补法规上的漏洞，并在明天春天开始的新一轮的研讨会上提出相关建议。研究人员们希望 SpaceX 以及其它公司能够就这一问题与他们保持合作。如果全球各地的卫星运营商都可以向太空中随意发射卫星，那么势必会产生极大的混乱，所以每个公司都应该具有阻止这种无序状态的责任感。
霍尔说道，“这些政策性建议将会被提交到联合国。因为这是一个国际性问题，所以它必须得在国际机构的职权范围内得到解决。”然而，联合国及其成员国将会在何时采纳并执行这些规定，则完全是另一回事了。（摘自美《深科技》）（编辑/克珂）
