商业卫星发射潮恐干扰天文观测,引发天文学界集体担忧

来源:快报
责任编辑:李志喜
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我们早已习惯了被卫星环绕的世界:当需要找一个距离你不到 100 米的餐厅时,最快的方法不是问路人,而是拿起手机打开地图,向 2 万公里高度的卫星发一串信号,它能在三秒内告诉你位置、方向、店铺名字甚至是人均消费。

随着卫星制造和发射成本降低,遥感、通信卫星成为了近几年的热点,卫星应用已然成为了一个极具想象力的市场。但环绕着地球的卫星数量越来越多,却引发了天文学界的担忧。

近日,SpaceX 通过一箭多星方式发射了首批 60 颗 Starlink 通信卫星。随后的几天时间里,不少来自世界各地的爱好者都通过双筒望远镜甚至是肉眼直接看到了这批卫星:数十个小白点均匀、整齐地沿着一条直线从天边划过,场景可以称得上惊艳。

不少天文学家都提出:如此大量的卫星在天上飞过,会形成“污染”,对多种天文观测活动造成严重的影响。

首先,天文观测是离不开望远镜的。在运用光学望远镜进行天文观测的过程中,高亮度的卫星从视野内穿过会对观测行为造成干扰。尤其是在针对一些远离地球的天体(距离地球许多光年),为了获取它们的细节图像,天文学家需要用望远镜进行几分钟甚至几个小时的长时间曝光,进而收集更多的光线,再从其中得到更多的天体信息。

这是由于卫星外面常有一层金色或银色的反光材料,因此当卫星在观察过程中穿过画面,就会形成一道长且明亮的条纹。这种情况下,大批卫星集体飞过带来的影响几乎是灾难性的。

图 | 5 月 25 日,美国洛厄尔天文台的望远镜在工作时,25 个 Starlink 穿过视野范围,在观测结果上留下大量线条(来源:洛厄尔天文台)

伦敦玛丽皇后大学(Queen Mary University of London)理论宇宙学家 Phil Bull 在接受 The Verge 采访时表示,如果它只是图像中的一个点,那还可以忽略,但由于卫星经过会形成一个贯穿图像的长线,一定会对观测产生影响。

除了使用光学望远镜,由于多数天体不仅辐射出可见光,也发射出无线电波,因此通过射电天文望远镜收集天体发出的无线电信号来研究天体的物理、化学特性也是一个重要的方法,由此发展出了射电天文学。例如此前人类首次”拍到”的黑洞照片便是通过这种方法完成。

在射电天文观测中,卫星发出的无线电信号也可能对观测、研究工作产生严重干扰。

这样的说法很快就得到了更加广泛的支持。

国际天文学联合会(IAU)在近日的一份声明中再次指出,大量部署卫星可能从光、无线电两个方面对天文观测产生干扰。

国际黑暗天空协会(International Dark-Sky Association)则是一家总部在美国亚利桑那州的国际性组织,致力于保护夜空环境的纯净,减少光污染。该组织表示,卫星数量的急速增加将会对我们的夜间环境带来威胁。

图 | IAU 声明截图(来源:IAU官网)

这的确是一个解决方法,著名的哈勃望远镜便是在大气层之外工作,接近 560 千米的轨道高度让望远镜能摆脱大气湍流、散射等影响,也能不受轨道较低的卫星的影响。但问题在于望远镜的造价和运输成本非常高,难以大量部署。

美国国家射电天文台(NRAO)在一份声明中支持了这一说法,NRAO 表示该机构正在与 SpaceX 合作探讨 Starlink 在部署过程中会带来的潜在影响,并尽量降低卫星的影响。

听起来这算是一个负责任的说法,但并没有打消所有人的顾虑。据 The Verge 报道,麻省理工学院 Haystack 天文台负责人 Colin Lonsdale 对此表示,随着技术的进步,天文观测已经运用了非常广的频率,像 Starlink 这样的卫星可能会导致部分频率受到限制。

更让人头疼的是,这 60 颗卫星还仅仅是问题的开始。从目前已经公布的卫星计划来看,未来几年内地球上空的卫星总数将会以前所未有的速度增长。

根据欧洲航天局的统计数据,到目前为止,地球上空各类人造卫星的总数约为 5000 个,其中还在正常运作的约为 2000 个。

再来看看这些极具野心的太空公司,其中仅 SpaceX 一家,计划发射的 Starlink 卫星就达到了 1.2 万个,这个数字已远超过去 60 年发射卫星的总数。除此之外,还有 Oneweb、亚马逊、三星、铱星等公司都有自己的卫星组网计划,卫星数量都在数百到数千个之间。

图 | 电脑合成空间碎片图片(来源:pixalytics)

可以想象,随着更多卫星升空,我们的太空会变得更加拥挤,专业的天文观测活动未来数年内将迎来更多的威胁和干扰。

IAU 表示,卫星星座可能对现有及未来的天文基础设施产生严重的影响,让它们的能力得不到充分施展。因此 IAU 在声明的最后,呼吁卫星的设计、部署者和政策制定者与天文学界合作,共同分析卫星星座可能会带来的影响。

参考:

http://www.cams-cas.ac.cn/staticpage/technologyPlatform.html#radio

https://www.iau.org/news/announcements/detail/ann19035/

http://darksky.org/starlink-response/

https://public.nrao.edu/news/nrao-statement-commsats/

https://www.theverge.com/2019/5/29/18642577/spacex-starlink-satellite-constellation-astronomy-light-pollution

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