研究表明,SpaceX的星鏈星座將給一座強大的新望遠鏡帶來麻煩

2020-11-15 騰訊網

中文簡介：由42,000顆衛星組成的巨型星座將對「時空遺留調查（LSST）」造成嚴重破壞，預計將近三分之一的LSST圖像至少包含一條衛星跡線，而實際上在黃昏或黎明拍攝的所有圖像都會受到至少一條衛星跡線的損害。

圖 1 目前智利的魯賓天文臺正在建設中，圖源：Rubin Observatory

正當天文學家們翹首期盼維拉·魯賓天文臺的開啟時，焦急的操作人員已經運行測試，來看看系統在布滿巨型衛星星座的近地軌道上運轉如何，不令人意外，與SpaceX正在建造的天文臺相同，結果並不理想。

魯賓天文臺項目研究團隊（PST）的新研究表示，包含4200顆衛星的巨星星座會嚴重破壞計劃在明年開始並在2032年結束的時空遺產調查（LSST）。

根據研究，預計近1/3的LSST圖像都至少包含一條衛星軌跡，而幾乎所有在黃昏或黎明時拍到的圖至少會被一條衛星軌跡破壞。如果不採取任何措施緩解這個懸而未解的問題，團隊預計它將會增加項目4年的額外工作。

圖 2 星鏈衛星出現在夜空中，表現為明亮的條紋

為了紀念維拉·魯賓這位暗物質研究先驅而命名的這座天文臺應該在明年下半年上線，天文學家將運用魯賓天文臺8.4米（27.5英寸）的西蒙尼望遠鏡和3200萬像素的LSST相機每晚捕捉1000張圖，來研究附近的恆星和遠處的星系。除了對天文學和宇宙學有幫助外，魯賓天文臺還可以探測到接近地球的危險小行星。

「LSST研究會創造一個宇宙的彩色運用圖景，讓不尋常的平凡和奇異可觀測，」PST報導的作者這麼寫道，「人類第一次從時間和空間全景觀測光學宇宙，魯賓天文臺帶來的巨大好處是絕對是未預料到的，」作者又補充到：「這需要未被汙染的夜空——千年來地球居民與生俱來的權利。」

根據PST，理想情況下，望遠鏡會進行長達30秒的曝光，展示暗淡又遙遠的、是肉眼可見範圍2000萬倍的物體。憑藉高度的光學敏感性，不難想像頭頂疾駛的衛星會對研究造成多大的問題。

很顯然，天文學家們已經處理衛星數十年了，但是PST設計員預計在未來幾年會有大批新衛星湧入。SpaceX作為一個先例，從2019年來已經進行了5次星鏈發射，在地球近地軌道（LEO）上放置了300顆衛星。但這是微不足道的，因為埃隆·馬斯克領導的公司計劃截止到21世紀20年代中期，在地球近地軌道上放42000顆星鏈衛星。亞馬遜、OneWeb和三星這些競爭公司正著手堆疊衛星，專家預測到本世紀30年代，近地軌道上至少會有50000顆衛星。

圖 3 獵鷹9號於2019年11月發射，載有60顆星鏈衛星。

另一個要處理的問題就是這些衛星的部署方式，星鏈衛星最初被放在290km（180英裡）的軌道上，隨後上升到離地大約550m（340英裡）的運行軌道上，這個高度其實挺低的，因為衛星仍是肉眼可見的。然而，在這個過程的早期階段，衛星產生了標誌性的空中列車效應，以每月兩次發射的步調，這些星鏈衛星「列車」如今是夜空中的半常規存在。

圖 4 出現在CTIO-DECam（暗能量相機）上的星鏈條紋，攝於2019年9月，圖源Clara Martínez-Vázquez, Cliff Johnson, CTIO/AURA/NSF

在文章的寫作過程中，PST模擬了4200顆衛星組成的星座對LSST研究的影響，結果表明大約全部圖像的1/3會捕捉到至少一條衛星軌跡，並且幾乎所有拍攝於黃昏時的圖像都至少有一顆衛星亂入，因為那時LEO衛星會更亮。

圖 5 星鏈衛星

LEO衛星預計會佔滿天文圖像，產生殘留的視覺問題，並迫使科學家們直接「扔掉」那些圖片。根據PST的新研究，這些人工製品將帶來糟糕的影響，導致原本長達10年的研究將再額外延長4年，來彌補這一損失。

令人悲傷的是，這個巨星星座也會干擾其他相關研究，比如探測問題小行星，以及宇宙學工作，例如暗物質的研究。

這樣和那樣的問題在位於夏威夷的美國天文學會議中被展開討論，天文學家們爭先阻止未來的星座抑制他們進行科學研究的能力。維拉·魯賓的團隊向SpaceX表達了他們的擔憂，這兩個組現在正一起工作尋找解決方法。

根據PST報告，可能的緩解措施包括把衛星的亮度降低10倍，這需要新科技（例如低反射率油漆），增加成本，並從衛星供應商那裡購入。SpaceX已經調暗了它的其中一顆星鏈衛星來測試「遮陽」這一概念。

正如PST報告中所描述的，其他可能的解決方案包括有效的圖片——修正條紋問題的處理算法，以及衛星軌道運動預測軟體，這可以防止望遠鏡掃描天空中的特殊小塊區域。在這個措施下，如果幸運的話，維拉·魯賓望遠鏡將有10°的視野，這大約是夜空中月亮所佔面積的40倍。有超過5萬多顆衛星圍繞並計劃進行30秒的長曝光的情況下，對於軟體來說很難找到一個沒有人工入侵者（衛星）的廣闊天空。

PST提出的另一個方法就是對同一片天空連續曝光15秒，如果兩張圖片中其中一張發現有衛星尾巴，這片區域就不用了，這雖然不是個好辦法，但也是個辦法。

希望PST和SpaceX在如何解決這個問題上達成一致，早些時候。Forbs報導到，馬斯克說星鏈衛星對天文學家造成「零問題」，基於已經發生的事，這似乎是個奇怪的言論。根據Forbes，馬斯克當時在一次衛星會議上發表演講，稱如果問題大於零的話，他的公司將會進行「糾正措施」。

作者: George Dvorsky

FY: 趙丁丁

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