馬斯克惹惱天文學家，星鏈計劃恐令射電天文觀測受阻

2020-10-20 賽先生

越來越多的 人造衛星會影響地球上的射電望遠鏡，圖片來自，ESA-SCIENCE OFFICE


編譯 | 張 蒙

責編 | 葉水送


近日，《科學》雜誌的一篇報導稱，平方公裡陣列射電望遠鏡（Square Kilometre Array，以下簡稱SKA）項目發布了一份關於SpaceX的Starlink（星鏈計劃）對該陣列的影響分析報告。


報告顯示，Starlink與SKA預計使用的無線電頻段有所衝突，將會使其喪失對太空中有機分子、水分子等關鍵信息的敏感性。目前，射電天文學家正在尋找解決之道。


信號撞車，馬斯克項目飽受天文學家批評

SKA計劃是國際天文界計劃建造的世界最大綜合孔徑射電望遠鏡，意在通過建設3000－4000個大型射電天文天線陣列，形成1平方公裡的信息採集區，監測天空中從未有過的細節，從而幫助人類填補對於宇宙基本認知的空白。


由於南非沙漠地區具有完美的射電靜默背景，項目所需的高中頻反射面天線將在此處建成，預計在20世紀20年代末期完工。為了保障SKA對天空的觀測，這裡甚至禁止使用手機，然而，由於Starlink的存在，這些努力可能付諸東流。

馬斯克Starlink計劃發射的人造衛星，圖片來自spacex


「Starlink」是SpaceX最為野心勃勃的計劃之一。2015年1月，埃隆·馬斯克（Elon Musk）宣布SpaceX將在2019年至2024年間發射1.2萬顆衛星進入地球軌道，創造出一個由人造衛星組成的巨型星鏈，從而在全球範圍內提供高帶寬、低延遲、低成本的衛星寬帶網際網路服務。


在馬斯克的構想中，Starlink可達到1G/s的全球網速，並解決偏遠、深海地區等信號死角問題，消除信息鴻溝，實現無盲點覆蓋，從而帶來一場互聯互通的信息革命。到目前為止，SpaceX已經發射了超過700顆Starlink衛星，創下了人類歷史上最密集的衛星發射記錄。然而，儘管Starlink的太空網絡布局開啟了通信互聯的新紀元，天文學家們在意的卻是這些衛星對星空帶來的「噪音」。


SKA的這份分析報告顯示，Starlink中用來傳輸網際網路信號的頻段佔據了10.7至12.7千兆赫茲中相當大的頻段，處在 5b 頻段範圍內，它也是南非SKA陣列射電望遠鏡需要觀測的七個頻段之一。如果把直接影響與信號洩漏的影響計算在內，當Starlink發射的衛星達到6400顆時，望遠鏡下行頻帶的靈敏度將損失70%。如果衛星數量達到10萬顆，5b頻段將完全無法使用。


到那時，SKA會對最簡單的胺基酸——甘氨酸（DNA的一種成分）等分子失去敏感性，而尋找生命的發源地、調查宇宙的起源與演化正是SKA開拓的重要領域。SKA總幹事菲爾·戴蒙德（Phil Diamond）介紹，「如果在一個正在形成的行星系統中探測到它，那將是一條非常有趣的信息。」


與此同時，5b頻段還可能用以追蹤遙遠星系中水分子的蹤跡，幫助宇宙學家研究暗能量如何加速宇宙膨脹。


事實上，這已經不是Starlink所遭受的第一次質疑。在Starlink將首批60顆衛星送入軌道之際，其衛星的明亮程度就讓天文學家瞠目結舌。泰勒·諾德格倫（Tyler Nordgren）說道，「這有可能會改變自然的天空」。研究表明，運行中的衛星軌道產生的光線會破壞大多數圖像，寬視場光學測量受損最為嚴重。大量進入地球軌道的人造衛星星座可能會對地面和天基天文學研究產生重大不利影響。


三方協作，尋找一條共存之路

最近，聯合國外層空間事務廳（UNOOSA）的一個研討會討論了SKA的這份分析報告，SpaceX公司負責衛星政府事務的副總裁帕特裡夏·庫珀（Patricia Cooper）在研討會上表態，稱自8月以來，所有發射的Starlink衛星都安裝了「面罩」以減少反射。她還表述，「我們正在努力尋找一條可以共存的道路。」


隨著科學技術的發展，近幾十年來，天文望遠鏡不可避免地需要與衛星發射器共存。射電天文學家希望衛星在飛越射電觀測站時，能夠關掉發射機，轉移到其他波段，或是把它們指向別處。美國國家射電天文觀測臺的主任託尼·比斯利（Tony Beasley）說，他們一直在和SpaceX討論這些選擇，「在接下來的一兩年裡，我們將嘗試在技術上與他們實時協調，進行測試。」


但有一部分天文學家不想僅僅指望企業的善意。除了尋求聯合國外層空間事務廳的幫助外，他們還希望聯合國國際電信聯盟（ITU）能夠介入。英國喬德雷爾班克天體物理中心主任、射電天文學家麥可·加勒特（Michael Garrett）說：「無線電頻譜是一種資源，正被那些通常不重視科學的私營公司所消耗。在我看來，只有政府干預才能阻止這種狀況。」


由此，天文學家提出了兩項建議：其一，未來所有近地軌道衛星的設計應避免向射電望遠鏡和無線電靜默區發射波束；其二，近地軌道衛星應做好旁路信號洩漏的控制措施。這些建議將在明年聯合國的一系列小組委員會上進行討論，並進一步提交給聯合國空間觀測處與聯合國大會。哈佛-史密森天體物理中心天文學家喬納森·麥道威（Jonathan McDowell）表示，如果一切按計劃進行，這些指導方針將被各國政府作為許可規定加以採納。


在衛星網際網路方面，SpaceX並不孤獨，Amazon、OneWeb等公司都在推進類似的雄心壯志。如果政府、衛星運營商與天文學家不能通過對話及早提出創新性的解決辦法，屆時天空將異常擁擠，衛星發射與天文觀測間的矛盾將更加突出。


正如一名天文學家所說，「這些頻譜分配代表了社會的目標和意圖。人類製造它們是為了促進商業、國防和其他各種活動。我們必須找到一個在某種程度上滿足所有這些要求的解決辦法。」


參考資料

[1]Starlink already threatens optical astronomy. Now, radio astronomers are worriedhttps://www.sciencemag.org/news/2020/10/starlink-already-threatens-optical-astronomy-now-radio-astronomers-are-worried

[2]Why SpaceX's Starlink satellites caught astronomers off guardhttps://www.space.com/spacex-starlink-satellites-megaconstellation-surprise-astronomers.html

[3]After SpaceX Starlink Launch, a Fear of Satellites That Outnumber All Visible Starshttps://www.nytimes.com/2019/06/01/science/starlink-spacex-astronomers.html

[4]SpaceX's 60-Satellite Launch Is Just the Beginning for Starlink Megaconstellation Projecthttps://www.space.com/spacex-starlink-satellites-launch-just-beginning.html

[5]https://china.skatelescope.org/

[6]馬斯剋星鏈惹惱天文學家：幹擾最大望遠鏡組織，要告到聯合國https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_9528860

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