谈卫星群如何在日益增加对天文学的威胁

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SpaceX发射了第一颗Starlink互联网通信卫星,以引起天文学家对这些卫星在夜空照片中留下的条纹的注意,距今已有三年了。从那时起,许多其他的星链已经发射:现在有2300多条星链围绕地球运行,占所有运行卫星的近一半。

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科学家们在应对这种冲击方面取得了一些进展。例如,最近几天,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操作员预测卫星位置的工具,以便他们可以将仪器指向其他地方。

然而,越来越多的证据表明,这些卫星组成的“巨大星座”将对世界各地的天文观测台和其他天文观测者造成相当大的干扰。但这家卫星公司尚未找到解决方案。SpaceX一直试图通过在星链上安装遮阳板来解决这个问题,以使其在夜空中的外观变暗。然而,《自然》杂志获悉,该公司已停止这样做。

未来几年可能会发射数万颗新卫星。西雅图华盛顿大学的天文学家梅雷迪斯·罗尔斯(MeredithRawls)说:“这是一条不可持续的轨道。目前,我们的科学非常好。但我们什么时候会错过一个发现?”

巨大星座的成本

自从第一条星链发射以来,天文学家们已经从对卫星光损害的科学观测感到恐慌,转变为组织全球响应。在2020年和2021的一系列国际研讨会之后,国际天文学联合会成立了一个中心,以保护黑暗而安静的天空免受卫星星座的干扰。其即将推出的网站旨在作为天文学家、决策者、卫星运营商和公众的中心,协调如何减少卫星在天空中闪烁的影响。

最近一项研究表明,未来的卫星星座将在南纬50度和北纬50度左右的夏夜最为明显,许多欧洲和加拿大的天文设施都位于这里。研究报告指出,如果SpaceX和其他公司发射其拟议的65000颗卫星,夏至前后,这些纬度的天空将整夜都有亮点。在日出和日落前后的几个小时里,肉眼可见的14颗恒星中大约有一颗是卫星。

领导这项研究的加拿大里贾纳大学天文学家萨曼莎·劳勒说:“这真是太可怕了。”

研究广阔天空而不是关注单个天体的天文台将受到最严重的影响。茨威基瞬态设备(ztf)使用位于加利福尼亚州帕洛玛山的1.2米望远镜测量广阔的天空。20213年8月黄昏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,这一数字将随着卫星数量的增加而增加。他在2022年4月对ztf数据进行了初步分析,发现卫星条纹影响了大约20-25%的暮光图像。

MróZ说,迄今为止,ztf的许多测量结果没有受到卫星条纹的破坏,部分原因是其图像处理方法可以检测和掩盖卫星的轨迹。但其他天文台面临着更大的挑战,特别是维拉-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。由于它将每三天拍摄一次整个可见天空,因此它在图像中特别容易受到卫星边缘的影响。罗尔斯和其他天文学家正在研究减轻损害的方法,例如可以识别和消除数据中卫星边缘的算法。但修复数据需要大量的时间和精力。

繁忙的天空

卫星数量的增加也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世界各地的生命:卫星的存在导致天空背景明亮,这可能会使依赖天体导航的动物迷失方向。此外,卫星条纹还将干扰人类的知识系统,例如依靠黑暗天空的信息来标记全年重要事件的本土知识系统。

堪培拉澳大利亚国立大学天文学博士生、土著研究助理Karlie noon指出,卫星星座日益增长的威胁加剧了夜空的其他退化,如光污染。“就像我们的土地被殖民一样,我们的天空现在也被殖民了。这不仅仅是土著人民的问题,”她指出,该公司在发射卫星时不一定咨询科学界。

一些卫星运营商一直在努力缓解这一问题。包括SpaceX、伦敦oneweb和华盛顿西雅图亚马逊-柯伊伯项目在内的公司定期与国际天文联盟和国家天文学会会面,讨论如何减少卫星的影响。SpaceX已经测试了使其星链变暗的方法,包括安装遮阳板。太阳阴影确实会降低卫星的亮度,但它们似乎被排除在最新一代的Starlink之外。自9月份以来发射的卫星使用激光而不是无线电相互通信,遮阳板会干扰这些通信。

SpaceX的工程师大卫·戈尔茨坦(DavidGoldstein)在本月早些时候由英国天文学会联合会(FAS)主办的一次网络研讨会上发言说,SpaceX正在研究其他缓解措施,例如在卫星镜子上添加贴纸或其他材料,以反射远离地球的光线。

目前,该公司仍在整理这可能有多好。一项未发表的对102个观测星系亮度的分析表明,新一代星系的亮度似乎比已知的有太阳阴影的星系要亮。负责分析的退休天文学家安东尼·马拉马指出,然而,它们并不像没有遮阳棚的原始星际飞船那样明亮。

与此同时,oneweb已经发射了原计划的648颗卫星中的428颗。它们的轨道高度远高于星链——1200公里而不是550公里。这些卫星通常比Starlink暗,只是因为它们距离较远,但它们的亮度可能会有很大的变化,这取决于它们如何捕捉和反射阳光。

智利科皮亚波阿塔卡马大学的天文学家杰里米·特雷格隆·里德(JeremyTregloanReed)表示,2021对50颗oneweb卫星进行的初步研究发现,其中近一半的卫星比天文学家设定的“安全”限值还要亮。Oneweb表示,它致力于降低其卫星的可见性。它使用西西里岛的一台望远镜来测量它的亮度,并利用这些信息来设计未来更暗的卫星。

亚马逊的柯伊伯项目将增加3200多颗卫星,并计划在今年年底前发射其首批两颗原型卫星。其中一个将装有遮阳板,以便该公司能够比较其降低卫星亮度的能力。

尽管国际天文学会和其他天文组织一直在推动联合国认识到这一问题,但没有关于卫星在夜空中的亮度的法律。许多国家的代表将在6月1日于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天空保护问题。

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