卫星“巨型星座”将如何对天文图像进行光弹

越来越多的卫星发射到地球轨道上的“巨型卫星”将污染天文学家收集的数据，并深刻改变人类对夜空的看法。这是对亚马逊(Amazon)和太空探索技术公司(SpaceX)等公司推出的这些卫星网络可能会如何影响地球天文观测所做的最详细评估得出的结论。

从望远镜凝视天空的角度来看，卫星可以反射阳光，看起来像明亮的条纹。这些条纹干扰了天文观测，包括基础物理和宇宙学的研究，太阳系以外的行星，以及威胁地球的小行星。8月25日，美国天文学会和NOIRLab(由美国国家科学基金会(NSF)资助的几个美国天文台的伞形组织)在一份8月25日的报告中表示：“一些现象肯定会因为重大干扰而无法被发现。”

天文学家可以采取一些措施来减少影响，比如安排观测以避免卫星飞过的时间，或者与卫星运营商合作开发反射率较低的版本。但根据这份报告，捕捉阳光的高空卫星是一个特别的问题。

加州大学戴维斯分校的物理学家托尼·泰森(Tony Tyson)说：“在这样一个卫星星座的半夜里，没有地方可以躲避。”

预计未来几年将有数万颗新卫星飞入太空，为全球人民提供宽带互联网。位于加利福尼亚州霍桑的航空航天公司SpaceX已经发射了计划中的12000颗Starlink卫星中的650多颗。其他运营商包括总部位于伦敦的OneWeb和亚马逊(Amazon)。OneWeb预计将发射4.8万颗卫星，其中74颗已经发射。亚马逊上月获得美国政府批准，将为其计划中的Kuiper服务发射3236颗卫星。

SpaceX、OneWeb和亚马逊都在与天文学家就如何减轻卫星在夜空中的明亮现象进行谈判。科学家们直到去年6月才意识到这个问题，当时SpaceX推出了第一组Starlink，很快就出现了专业天文图像上拖曳的明亮条纹。从那时起，天文学家们就一直在努力弄清楚这个问题会有多糟糕，以及他们能做些什么。这份新报告是迄今为止对问题严重程度的最技术性评估。它描述了6月份一次研讨会的结果，这次研讨会汇集了天文学家、卫星运营商、暗天爱好者和其他人。

NOIRLab天文学家、撰写这份报告的团队联合主席康妮·沃克(Connie Walker)表示，避免对地面可见光和红外望远镜造成任何影响的唯一方法是发射零颗卫星。

鉴于许多巨型星座已经获得批准，一些已经开始发射，天文学家们正在试图弄清楚如何适应这些明亮的条纹。受影响最大的是大范围的天文观测--特别是那些将由维拉·鲁宾天文台(Vera Rubin Observatory)进行的观测。维拉·鲁宾天文台是美国国家科学基金会(NSF)在智利塞罗帕松(Cerro Pachón)山顶建造的8.4米高的望远镜，泰森是该望远镜的首席科学家。从2022年开始，该设施将在10年内每隔几天拍摄覆盖整个可见天空的广域图像，以构建宇宙如何随时间变化的图片。

在日落和日出前后的几个小时里，这些条纹对于地面观测来说是最糟糕的，因为那时卫星捕捉到了太阳的微光，还没有在地球的阴影下。这损害了在这几个小时内进行的研究，比如搜索近地小行星。今年早些时候发表的模拟结果为新报告的结论提供了依据，详细描述了鲁宾天文台在黄昏和黎明前后进行的30%-40%的曝光可能会受到怎样的影响。

根据这份报告，对于在高海拔(离地面600公里以上)运行的卫星来说，这个问题尤其严重，因为这些卫星远离地球的阴影，在一些地方整夜都可以看到。OneWeb计划中的巨型星座在地球上空1200公里的轨道上运行，就属于这一类。

OneWeb的代表已经与美国天文学会会面，开始讨论缓解这一问题的方法。英国航天局是OneWeb今年早些时候宣布破产后接管该公司的财团的一部分，目前正在与皇家天文学会(Royal Astronomical Society)进行类似的谈判。亚马逊还一直在与天文学社区的代表讨论它可能会做的事情。

对于卫星的亮度或暗度，没有国家或国际的规定。新报告建议天文学家和卫星运营商继续合作，开发评估和降低卫星亮度的方法。

SpaceX公司一直走在这一领域的前列，主要是因为它是第一家开始发射这么多这样的新卫星的公司。8月18日发射的最新一组Starlink；今年剩余时间计划再发射5次，每次大约有60颗卫星。黄昏时分，一旦由大约12000个星链组成的完整星座发射升空，从黑暗天空中抬头看去的人可能会同时看到数百个星链。

SpaceX采取的降低卫星能见度的第一步之一是在发射后不久将它们定向到不同的方向，以便它们向地面反射较少的阳光。该公司还将一款Starlink漆成黑色，并于1月份推出，看看这是否会有所帮助。但SpaceX负责卫星政府事务的副总裁帕特里夏·库珀(Patricia Cooper)在最近的一次网络研讨会上表示，黑色油漆使卫星变得过热，损害了其互联网运营。因此，SpaceX在4月份开始发射带有遮阳板的Starlink，以阻挡阳光，否则太阳光会从其天线上反射出来，一旦到达最终位置，天线就是Starlink亮度的主要来源。

到目前为止，这些“游客卫星”星链中只有一颗完成了到达地球上空550公里的最终轨道的旅程。业余天文学家报告说，遮阳板似乎使星链比没有遮阳伞时更暗。但西雅图华盛顿大学的天文学家梅雷迪思·罗尔斯(Meredith Rawls)表示，天文学家们仍在等待进一步证实这些修改是否有显著影响。无论如何，SpaceX现在正在推出其所有带有遮阳面罩的Starlink。

天文学家还可以通过将观测安排在卫星经过头顶的时间附近，或者使用图像清理软件来去除污染，从而避免一些卫星条纹。但泰森说，前者需要卫星运营商提供关于卫星在任何特定时间将在哪里的非常精确的信息，而后者不能恢复在被剥离3的像素中丢失的基础科学。

卫星巨型星座还会干扰地面射电望远镜的观测，并导致太空拥堵。NOIRLab和美国天文学会正计划在明年举办一次研讨会，评估围绕巨型星座的政策和监管问题。

杰森顾问小组，一个由美国科学家和工程师组成的有影响力的秘密组织，也在为NSF撰写一份关于卫星巨型星座和天文学的报告。