Starlink讓天文學家頭疼！巨型衛星星座正在改變天文觀測

天文學界目前焦慮不安。隨著近地軌道上的衛星數量越來越多，獲得一個開闊的天空視野的機會正變得越來越小。

學界也是剛剛才開始認識到這些巨型衛星星座給天文學界所帶來的真正威脅。美國天文學會在近日公布的報告中總結道，該情況將會「從根本上改變天文觀測領域」，其中就涉及到了光學和近紅外探測的發展。報告作者寫道，「夜空照片中充滿被太陽照亮的衛星將成為一種常態。」

去年發射後不久，首批 Starlink 衛星已經在天空中清晰可見。一些天文臺發現，他們的夜空照片效果受到了嚴重的影響。如今，Starlink 已有 713 顆在軌衛星。在接下來的幾年裡，整個網絡的衛星數量預計將增至 1.2 萬顆，並且還有可能擴展到 4.2 萬顆。總部位於倫敦的 OneWeb 在經歷了一年的破產期和所有權重組後，不久前獲得了美國聯邦通信委員會的批准，允許其使用 1280 顆衛星為美國的用戶提供寬帶服務。該公司計劃將衛星星座的規模最終擴展至 4.8 萬顆。亞馬遜的 「柯伊伯計劃」 最後也獲得了批准，3236 顆衛星將被用於其衛星網絡服務，而亞馬遜的衛星業務才剛剛開始。我們所熟悉的天文學觀測將因此變得有所不同。

圖 | 在望遠鏡拍攝的夜空圖像中，Starlink 留下了一道道可見條紋。（來源：MIT TR）

密西根州立大學天文學家、美國天文學會前主席梅根 · 多納休（Megan Donahue）表示，「SpaceX 的 Starlink 衛星的可見程度著實讓每一個人都大吃一驚。」儘管很多人沉醉於一連串亮光划過夜空的美麗景色，但天文學家們卻無心欣賞，這些亮光會在天文望遠鏡所拍攝到的圖像中留下一道道長長的白色條帶，並遮擋住他們要去觀測的恆星和其它天體。

「對於天文學家來說，天空中布滿這種光帶是一件非常恐怖的事情。」 多納休。

其實，衛星 「搶鏡」 並不是什麼新鮮事了。目前環繞地球運行的衛星數量已經超過了 2600 顆，所以這種情況必然會發生。洛厄爾天文臺主任傑夫 · 霍爾（Jeff Hall）是美國天文學會這份報告的聯合作者，在他看來，其中大部分衛星的反光程度比較弱，特別是那些處於極高軌道的衛星，它們幾乎不會對觀測造成影響。

但是，由於這些新的衛星星座處於低軌道區域，因此看上去顯得更加耀眼。它們會在照片上留下長長的光帶或對其他部分的數據造成破壞。衛星星座規模龐大，想要把它們從視野中清除出去，就如同玩一局地獄難度的 「打地鼠」 遊戲。在過去，也許每 100 張照片中就有一張因受到衛星幹擾而無法使用。而從現在的情況來看，天文學家們可能會因為這個問題而損失掉多達三分之二的數據。

新型的 LEO 衛星則不會像這樣影響到天文學家的觀測計劃。例如，霍爾使用光學光譜儀（源頭處所發射出的光的波長）來測定每顆恆星的特別變化。只有衛星移動到望遠鏡的正上方時，圖像才會受到影響。

然而，對於下一代極度敏感的天文望遠鏡或可以進行大範圍空間觀測的技術手段來說，Starlink 等衛星星座將會是一個大麻煩。觀測臨近天體的天文臺——例如，夏威夷大學的全景式巡天望遠鏡和快速反應系統（Pan-STARRS），已經發現他們的照片受到了 Starlink 衛星移動軌跡的破壞。如果有一顆小行星正處於與地球相撞的軌道上，那麼相關數據現在可能已經徹底損壞，因此我們就無法及時發現它，並採取適當的應對措施。

位於智利的維拉 ·C· 魯賓天文臺（之前被稱為大型綜合巡天望遠鏡）或許是其中最為突出的例子。天文學家們利用這臺價值 10 億美元的設備來探測極度微弱的光學和近紅外信號，它還可以被用來測定遙遠的小型天體，以及搜尋暗物質和暗能量。模擬顯示，當 Starlink 衛星星座全部部署完畢後，由維拉 · 魯賓所拍攝的照片中，將會多達 30% 的照片被至少一顆 Starlink 衛星的軌跡破壞掉。依賴這些數據的上百項科學研究將會停滯不前，從而使一些發現被推遲幾代人的時間。

多納休表示，理想的目標就是將這些衛星的亮度降低 100 個係數。為此，美國天文學會的報告列出了諸多解決方案，這些方案對於天文學家和衛星運營商來說都具有實際意義。例如，新的軟體可以提前告知天文學家們衛星預計經過的時間和位置。這可以幫助他們在那段時間裡進行工作，或者甚至在曝光期間遮蓋掉衛星所反射的光，同時這種軟體還可以被用在圖像處理領域，從而將數據中的衛星軌跡清除掉。

衛星運營商在尋找解決辦法的同時，也要考慮到商業目標。畢竟，最快捷、最有效的方法就是停止發射衛星星座——不過，這顯然不現實。

其中一個辦法就是降低衛星的反射度。一月份，SpaceX 在 Starlink 衛星上測試了一種名為 「DarkSat」 的原型塗裝，但衛星的亮度並沒有得到明顯的降低。當前，該公司正在給即將發射的衛星安裝一種叫做 VisorSat 的可展開的太陽防護罩，不過科學家們就這種方法是否具有有效性進行了多次的辯論。

霍爾表示，最佳的方法就是調整衛星在太空中的朝向，使其反射面不對準地面，從而大大降低地面望遠鏡發現反光的機率。他還說道，「我親眼看到過一些進行了姿態調整的 SpaceX 的衛星。你仍然可以看到這些衛星，但由於亮度很低，所以它們是幾乎不可見的。」

衛星星座的軌道高度問題將會是衛星運營商所面臨的重大挑戰之一。OneWeb 的創始人格雷格 · 維勒（Greg Wyler）認為，由於其衛星星座處於 1200 公裡的高軌道，所以很難發生衛星碰撞事件。Starlink 這類衛星使用低軌多數量的模式來覆蓋全球，而處於高軌道的衛星則有著更大的通訊覆蓋面，這意味著每一顆衛星都可以覆蓋地球上更多的區域。這樣就可以大大減少在軌衛星的數量。

不幸的是，美國天文學會的報告反駁了這種觀點。報告認為，衛星所處的軌道越高，它在人們視野中停留的時間也就越長。雖然它們的亮度可能會有所降低，但無論如何都會對天文觀測活動造成幹擾，這種影響或許會持續整個夜晚。報告建議衛星公司不要把衛星星座發射到超過 600 公裡的軌道上。

幸運的是，所有的衛星公司都願意通過合作的方式來解決這些問題。美國天文學會的報告詳細闡述了 SpaceX 與 OneWeb 在這一方面的多方投入。霍爾表示，「我們認為他們做的很漂亮，而他們也認為我們做的很漂亮。因此，我們會一起努力。」

天文學家們需要衛星運營商們的支持。發射擁有超亮反光衛星的衛星星座，雖然在技術上和法規上都沒有任何阻礙，但是這些衛星卻很有可能干擾到大部分的天文觀測項目。

霍爾和同事們打算填補法規上的漏洞，並在明天春天開始的新一輪的研討會上提出相關建議。研究人員們希望 SpaceX 以及其它公司能夠就這一問題與他們保持合作。如果全球各地的衛星運營商都可以向太空中隨意發射衛星，那麼勢必會產生極大的混亂，所以每個公司都應該具有阻止這種無序狀態的責任感。

霍爾說道，「這些政策性建議將會被提交到聯合國。因為這是一個國際性問題，所以它必須得在國際機構的職權範圍內得到解決。」然而，聯合國及其成員國將會在何時採納並執行這些規定，則完全是另一回事了。