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谈卫星群如何在日益增加对天文学的威胁

2022-05-29 15:36 · 稿源: cnbeta

自SpaceX发射其首批Starlink互联网通信卫星引发天文学家对这些卫星在夜空照片中留下的条纹的关注以来已经过去三年时间。从那时起,许多其他的Starlink已经发射:现在有超2300颗星链环绕地球,占所有运行卫星的近一半。

科学家们在应对这种冲击方面已经取得了一些进展。比如近几日内,国际天文学联盟(IAU)将首次推出一个网站,其中包括帮助望远镜运营商预测卫星位置的工具以便他们可以将仪器指向其他地方。

但不断积累的证据显示,这些卫星“巨型星座”将对全球的天文观测站和其他观天者造成相当大的干扰。但卫星公司还没有找到一个解决方案。SpaceX一直试图解决这个问题,其在Starlinks上安装遮阳板以使其在夜空中的外观变暗。但《自然》获悉,该公司已停止这样做。

未来几年,可能会有数以万计的新卫星发射。来自西雅图华盛顿大学的天文学家Meredith Rawls说道:“这是一条不可持续的轨迹。目前,我们的科学非常好。但在什么时候我们会错过一个发现?”

巨型星座的代价

自从第一颗Starlink发射以来,天文学家们已经从对卫星光害科学观测的恐慌变成了组织一个全球性的回应。在2020年和2021年的一系列国际研讨会之后,国际天文学联盟成立了一个保护黑暗和安静的天空免受卫星星座干扰的中心。其即将推出的网站旨在作为天文学家、政策制定者、卫星运营商和公众的中心以协调如何减少卫星在天空中闪耀的影响。

最近的一项研究表明,未来的卫星星座将在南纬50度和北纬50度左右的夏夜里最为明显,而许多欧洲和加拿大的天文设施都在那里。研究报告指出,如果SpaceX和其他公司发射他们提议的65000颗卫星,那么在夏至前后,这些纬度地区的天空将整夜都会有明亮的点。在日出和日落前后的几个小时里,肉眼可见的每14颗星星中大约有一颗实际上是卫星。

领导这项工作的加拿大里贾纳大学的天文学家Samantha Lawler说道:“这真的是相当可怕的。”

研究广阔天空而不是专注于单个天体的天文观测站将受到最大影响。兹威基瞬变设施(ZTF)使用加州帕洛玛山的1.2米望远镜测量广阔的天空,在20213年8月黄昏时分拍摄的图像中观察到18%的卫星条纹。华沙大学的天文学家Przemek Mróz指出,这个数字还会随着卫星数量的增加而上升。他对2022年4月的ZTF数据进行了初步分析,结果发现卫星的条纹影响了约20-25%的黄昏图像。

Mróz表示,到目前为止,ZTF还没有很多测量结果被卫星条纹破坏,部分原因是它的图像处理方法可以检测和掩盖卫星的轨迹。但其他的天文台却面临着更大的挑战--特别是维拉-C-鲁宾天文台,这是一个由美国资助、在智利建造的8.4米宽的望远镜。因为它将每三天对整个可见天空进行拍摄,所以它将特别容易受到卫星条纹在其图像中的拖累。Rawls和其他天文学家正在研究减轻损害的方法,如可以识别和消除数据中的卫星条纹的算法。但修复数据需要大量的时间和精力。

忙碌的天空

卫星数量的增加还有可能对射电天文学领域产生负面影响并增加空间碎片的数量。其他更广泛的影响可能会影响到全世界的生命:卫星的存在导致了天空中的背景光亮,这可能会使依赖天体导航的动物迷失方向。另外,卫星的条纹还会干扰人类的知识系统,如依靠黑暗天空的信息来标记全年重要事件的土著知识系统。

位于堪培拉的澳大利亚国立大学的天文学博士生和土著研究助理Karlie Noon指出,卫星星座日益增长的威胁增加了夜空的其他退化如光污染。“就像我们的土地被殖民化一样,我们的天空现在也被殖民化了。而且这不仅仅是土著人的事,”她指出,公司在发射卫星时不一定会咨询科学界。

一些卫星运营商一直在努力缓解这一问题。包括SpaceX、伦敦的OneWeb和华盛顿州西雅图的亚马逊Kuiper项目在内的公司已经定期跟国际天文学联盟和国家天文协会会面以讨论如何减少卫星的影响。SpaceX已经测试了调暗其Starlinks的方法,其中包括安装遮阳板。遮阳板确实降低了卫星的亮度,但它们似乎被排除在最新一代的Starlink之外。自9月以来发射的这些卫星使用激光而不是无线电来相互通信,而遮阳板干扰了这些通信。

SpaceX的工程师David Goldstein在本月早些时候由英国天文学会联合会(FAS)主办的网络研讨会上发表讲话称,SpaceX正在研究其他缓解措施,比如在卫星镜面上添加贴纸或其他材料以反射远离地球的光线。

这可能会有多好的效果,目前该公司仍在梳理之中。一项未发表的对102次观察星系亮度的分析表明,新一代的星系似乎比那些已知有遮阳板的星系更亮。负责分析的退休天文学家Anthony Mallama指出,然而他们并不像没有遮阳板的原始星际飞船那样明亮。

与此同时,OneWeb已经发射了计划中最初的648颗卫星中的428颗。它们的轨道高度比Starlinks高得多--1200公里而不是550公里。这些卫星通常比Starlink更暗,这只是因为它们离得更远,但它们的亮度可以有相当大的变化,具体取决于它们如何捕捉和反射阳光。

位于智利科皮亚波的阿塔卡马大学的天文学家Jeremy Tregloan-Reed表示,2021年期间对50颗OneWeb卫星进行的一项初步研究发现,其中近一半的卫星比天文学家规定的“安全”限度还要亮一点。OneWeb表示,它致力于降低其卫星的能见度,它使用西西里岛的一个望远镜来测量其亮度并正在利用这些信息来设计未来更暗的卫星。

亚马逊的Kuiper项目将增加3200多颗卫星,其计划在今年年底前发射其首批2颗原型卫星。其中一颗将包含一个遮阳板以便该公司可以比较其调低卫星亮度的能力。

虽然国际天文学会和其他天文组织一直在推动联合国承认这个问题,但没有法律规定卫星在夜空中应该出现多亮。许多国家的代表将在6月1日在维也纳举行的联合国和平利用外层空间委员会会议上讨论保护天空的问题。

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