Rachel Street 在最近一次为薇拉·C·鲁宾天文台举行的规划会议后感到害怕。这座正在智利建造的新望远镜将每三个晚上拍摄一次整个天空，其观测能力足以看到月球距离的golf球。它的主要项目，空间和时间遗产巡天，将绘制星系地图，清点太阳系中的物体，并探索整个宇宙中神秘的闪光、爆炸和闪烁。但是，如果天空充满了虚假的星星，这座望远镜可能永远无法实现其目标。新的卫星星座群，例如SpaceX的星链，威胁要使真正的天体黯然失色，而这些天体正是天文学家感兴趣的，也是人类在整个历史中一直钦佩和思考的。“我参加的关于此事的会议越多，我们解释它将产生的影响就越多，我就越害怕天文学将如何发展，”加州拉斯昆布雷斯天文台的天文学家 Street 说。当一位天文学家提到将望远镜的观测提前到日程中时，一种不祥的预感笼罩着她。她的同事们正在谈论尽早进行基本观测，因为在某个时候，可能为时已晚，根本无法进行观测。“这让我不寒而栗，”Street 回忆道。
随着近地轨道充斥着电信卫星星座，天文学家们正在努力弄清楚，当许多宇宙物体几乎被卫星闪烁的太阳能电池板和无线电哔哔声遮蔽时，他们该如何工作。鲁宾天文台团队和美国政府问责办公室 (GAO) 最近的报告描述了一种可怕的局面，在这种局面下，天文学——第一门科学——受到直接威胁。天文学家表示，如果不加以控制，卫星星座不仅会危及鲁宾天文台的未来，还会危及几乎所有在可见光下观测宇宙的活动。“情况介于非常糟糕到可怕之间，”哈佛-史密森天体物理中心的天文学家 Jonathan McDowell 说，他追踪卫星。“有多糟糕取决于未来几年发射多少卫星以及它们的亮度。” “几千颗卫星是令人讨厌的事，但数十万颗卫星是对地面天文学的生存威胁。”
望远镜项目经理正在重写调度程序以避开新的卫星群，但随着近地轨道航天器数量的不断增加，这项已经不切实际的任务将变得不可能。天文学家正在尝试编写软件，以从他们的全天图像中消除明亮的卫星条纹。但是，如果最新的计划卫星进入轨道，这也将是徒劳的；它们太亮了，以至于威胁到望远镜相机的电子设备。研究黑洞碰撞和近地小行星等各种现象的人们担心他们的工作将变得不可能。天文学家们用越来越不祥的术语谈论卫星群。“正如小鸡快跑所说，天空要塌下来了。但我认为它真的要塌下来了，而不是一颗橡子，”加州大学戴维斯分校的天文学家、鲁宾天文台的首席科学家 Anthony Tyson 说。当谈到发出警报时，“现在可能已经非常及时了。我甚至可能会说几乎太晚了。”
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第一颗人造卫星是苏联于 1957 年 10 月发射的 Sputnik 1，现在任何时候都有超过 5,400 颗卫星在地球轨道上运行。根据关注科学家联盟维护的数据库，其中一半以上由美国公司或机构拥有。大多数卫星都在近地轨道上，距离地面不到 1,200 英里。这些卫星，包括国际空间站，大约每小时半完成一次完整轨道。
从 2019 年 5 月开始，SpaceX 开始用数百颗星链卫星填充这些轨道平面，这些卫星旨在在全球范围内广播互联网和手机服务。根据McDowell 的追踪工作，截至 2022 年 12 月，所有绕地球运行的卫星中有 3,268 颗是星链，超过一半。航天器成群发射并在轨道上以称为星座的模式运行，使其能够协同工作。卫星的数量和亮度都对天文学构成问题。它们在发射后不久最可见，像微小的耀眼列车一样在暮光中闪烁。对于望远镜上的数码相机来说，它们看起来像是明亮的光条纹，阻挡了星星和天文物体，同时过度曝光了整个视野。“这就像你开车在路上，你透过挡风玻璃向外看，迎面驶来一辆开着远光灯的汽车，”Tyson 说。“你失去了很多信息——不仅仅是在那些车头灯的位置，而是在所有地方，你的眼睛也过度曝光了。”
如图所示，卫星星座中的航天器以集体模式轨道运行以协同工作。图片来源：Jacques Dayan/Alamy Stock Photo
在地面天文项目中，耗资 7 亿美元的鲁宾天文台面临着独特的威胁。该望远镜计划于 2024 年首次亮相，届时包括星链星座和其他星座在内的数万颗卫星可能会在地球轨道上运行。天文台计划的空间和时间遗产巡天将使用 8.4 米望远镜和 3.2 吉像素数码相机（有史以来最大的）在十年内每晚捕捉 1,000 张天空图像。每张图像将覆盖 9.6 平方度的天空，大约是满月面积的 40 倍。该望远镜旨在寻找新的和潜在威胁的近地天体，以及超新星等瞬态事件——以及 Tyson 所说的尚未有人想到的事物。但是，根据 Tyson 和 鲁宾天文台团队去年 8 月发布的分析报告，这些观测可能会因“新卫星部署的惊人速度而严重退化”。
美国政府问责办公室 (GAO) 编写并于 9 月 29 日提交给国会的另一份报告发现，卫星星座可能会损害天文学并造成环境影响，因为它们会坠落穿过地球大气层。“随着更多卫星部署到 [近地轨道] 中，光学天文学的几乎所有方面都可能受到负面影响，”GAO 写道。在 11 月 2 日发布的后续报告中，该监督机构敦促 FCC（美国监管卫星通信的机构）更彻底地调查大型卫星星座的环境影响，并重新考虑其许可所需的标准。但是，许多天文学家担心，这些规则不会很快出台，或者不够严格，无法拯救地面天文学。
这些卫星群的第一个也是最主要的提供商是 SpaceX，到目前为止，该公司也是唯一一家公开与天文学家合作尝试使其卫星变暗的公司。该公司创建了 DarkSat，这是一种吸光的深色卫星，以及用于太阳能电池板的防反射涂层。（SpaceX 没有回复置评请求。）在 SpaceX 和其他公司（例如英国卫星提供商 OneWeb 和一家名为 Galaxy Space 的中国公司）之间，超过 4,000 颗旨在实现类似星座的网络覆盖的卫星现在在轨道上运行。根据向世界两大电信机构（美国联邦通信委员会和国际电信联盟 (ITU)）提交的许可，计划在未来几年发射 16 个星座中的 431,713 颗卫星。
卫星公司指出，根据 2021 年 ITU 报告，全球超过三分之一的人口（约 29 亿人）仍未使用过互联网。通信卫星星座可以改变这种情况。但是，仅星链星座的光线就会至少在 30% 的鲁宾天文台图像中添加条纹。如果 400,000 颗卫星进入轨道，则在傍晚拍摄的每张图像都会有条纹。OneWeb 星座将在比其他星座更高的海拔轨道上运行，因此在一年中的某些时候，它将在整个晚上都可见。（OneWeb 也没有回复置评请求。）即使软件程序可以擦除卫星以挽救明亮条纹周围的像素，光检测芯片上的数据错误仍然会构成问题。“[近地轨道] 卫星运营商将对 LSST [大型综合巡天望远镜] 的主要任务：发现意外事件构成重大威胁，”鲁宾天文台的报告总结道。
天文学家和至少一家私营公司正在开发软件，可以消除一些卫星条纹或更改望远镜的观测方向以避开它们。但这很难做到，因为卫星是移动的，并且在各种滤色片中看起来不同，以及其他问题。华盛顿大学的 Meredith Rawls 在一个团队中工作，该团队将为鲁宾天文台在夜空中捕捉到的新现象发出警报，每晚可能达到 1000 万个警报。软件应该过滤这些警报，并且仅针对有意义的事件（例如小行星或超新星）自动联系全球天文学界，她说。
“有了条纹，你可能会得到这些奇怪的闪烁模式，我们的软件会认为这是一个潜在的物体或超新星，并会标记它。但这只是一颗卫星，”Rawls 说。“这将[导致]比我们希望拥有的更多的误报，然后你开始尝试猜测，有多少？每晚是 5 个还是 500 个？我们不知道。”
Rawls 参与了一个项目，该项目将已知的卫星位置输入到天文台的调度算法中，并发现如果望远镜操作员知道卫星在哪里，该算法可以将望远镜指向其他地方以避开它们。但是 Rawls 和她的同事发现，这花费了太多的精力，以至于有可能扼杀整个观测管道。他们计划将他们的发现提交给《天体物理学杂志快报》。
贝尔法斯特女王大学的天体物理学家 Meg Schwamb 是提出在鲁宾天文台 10 年寿命的早期进行暮光研究的天文学家，那时卫星星座还没有使这些观测变得不可能。暮光是可能容易发现近地小行星的时候，也是鲁宾天文台可以探测到许多新小行星的时候。例如，2013 年在俄罗斯上空爆炸的切尔娅宾斯克陨石来自与太阳相似的方向，正是鲁宾天文台旨在捕获的那种物体。但是，部分阳光照射的观测将更加困难，因为卫星星座的太阳能电池板将在那时被照亮。
“我从没想过，作为一名天文学家，我会提倡尽早做事，因为我们不知道卫星场会是什么样子，”Schwamb 说。天文学家更常预期延长其天文台的寿命，并在后期提出新的观测活动。相反，通过确保在天文台被光线蒙蔽之前完成一些基础科学工作来扭转这种顺序，这与许多科学家计划他们的工作甚至整个职业生涯的方式背道而驰。Schwamb 将卫星星座比作轨道广告，并认为人类需要弄清楚如何控制它们以及我们希望它们做什么。“如果不是星链而是可口可乐，我们会接受吗？”她问道。“这也是一个更深层次的文化问题。埃隆·马斯克应该控制人们在夜空中看到什么吗？”
天文学家承认 SpaceX 已经尝试了多种方法来使其卫星变暗，但航天器仍然可见，而其他提供商没有采用任何此类缓解策略。更重要的是，较新的星链卫星和其他公司制造的卫星更大更亮。一家名为 AST SpaceMobile 的公司于去年 9 月发射了一个原型——BlueWalker 3。两个月后，当 BlueWalker 3 部署其 693 平方英尺（64.4 平方米）的相控阵天线以允许与地球上的手机通信时，它成为夜空中最亮的物体之一，其亮度超过了肉眼可见的 99% 以上的恒星。
AST SpaceMobile 计划在未来几年发射 168 颗更大的卫星，称为 BlueBirds。一位公司发言人表示，BlueWalker 3 的测试将帮助工程师评估卫星的材料并判断其亮度，并补充说该公司正在积极与行业专家和 NASA 合作，以减轻亮度问题。AST SpaceMobile 正在考虑防反射材料和运营变更，以使卫星更暗。BlueBird 卫星的数量将比其他星座少得多，但它们可能会带来不同类型的问题。一些望远镜可能能够避开非常明亮的 BlueBirds，就像一些望远镜相机旨在避开行星或月亮等明亮物体一样。但是数百个它们将更难逃脱。一颗明亮的卫星穿过数码相机的长时间曝光可能会烧毁相机中的敏感电子设备。
“很明显，技术已经存在。如果你想摧毁夜空，你可以做到，”McDowell 说。“这取决于这些公司的商业案例的细节以及监管环境的细节，这是否会发生。因此，我们应该讨论这是否可以接受。”
但是，卫星建造和发射的速度远快于天文研究的速度，更不用说监管了。“每个人都越来越感到震惊。我们真的不确定该如何出力，因为车轮太多了，”旧金山大学的宇宙学家 Aparna Venkatesan 说，她也研究文化天文学。“力量和动力非常片面。天文学家倾向于非常缓慢而谨慎地做事，并召开会议和会谈——到那时，又发射了几千颗卫星。”
几位天文学家表示，FCC 的新规则是不够的。天文学家一直在与联合国和平利用外层空间委员会 (COPUOS) 合作，该委员会于去年春天举行了一次关于卫星群的会议，但进展缓慢。McDowell 说，如果 COPUOS 认为保护夜空是其使命的一部分，那么可能会鼓励成员国使用自己的国家监管框架来制定关于可以发射多少颗明亮卫星以及它们可以位于何处的规则。
许多天文学家希望，如果卫星星座运营商最终因注册其互联网服务的人数不足而退缩，他们的领域可能会得到拯救。或者，这些公司最终可能会共同努力减缓发射速度，以防止空间碎片，这将限制每个人进入太空的机会。但残酷的现实是，在这一点上，没有人能做太多事情来阻止卫星星座及其反射阳光的太阳能电池板的稳定发射。
天文学家甚至对未来几年采取了一种黑色幽默。几个人指出，去年 2 月发生了一次卫星损失事件，当时一些星链卫星处于低轨道，准备移动到永久高度。太阳耀斑传播到地球，并在大气层最上层引发了一场等离子体风暴，导致大气阻力过大和无线电干扰；40 颗卫星坠落并烧毁。当被问及天文学家可以做些什么来为不断增长的卫星舰队做准备时，不止一个人开玩笑说，“等待太阳活动极大期”，预计届时太阳活动将会增加并引发更多此类风暴。
在软件补丁或击毁卫星的地磁风暴之外，对航天器进行物理更改是防止取景器完全污染的一种方法。较暗的物体更容易被软件编辑掉，较低的轨道高度将需要更快的速度，以防止卫星坠落到地球，这意味着它们会更快地离开视线。鲁宾天文台团队成员希望私营公司将建造反射率较低的卫星并将它们停放在较低的轨道上，但这些决定将由公司决定；没有法律要求他们这样做。Rawls 说，这些公司应该与天文学家联系，解释他们项目的目标以及对天文学的潜在影响。“有点像在一个城市里，当他们想建造一条新的自行车道时，需要三年时间，因为他们必须与利益相关者举行 700 次会议。我希望太空也能这样，”她补充道。“但在某些方面，每个仰望天空的人都是其中的利益相关者。这使其成为一个真正的挑战。”
天文学家对这个问题的看法并非完全一致，该领域的成员对卫星星座表达了不同程度的认识和警惕。恐惧的程度部分取决于一个人对卫星的了解以及一个人的具体兴趣，包括哪些天文台受到影响，McDowell 说。“如果你的科学研究像鲁宾天文台一样，那么是的，天空可能真的要塌下来了。如果你的科学研究是窄视场光谱学[研究星光]，那么天空塌下来就不那么明显了——但它可能仍然会塌下来，”他说。
警报集中在不久的将来，虽然许多人感到担忧，但没有人知道情况会变得有多糟——或者这个问题会持续多久。它可能仅仅代表了宇宙未来即将发生的事情的预演。像 Tyson 这样的宇宙学家争论宇宙的最终命运。一种可能的 сценарий 是“大冻结”，其中所有物质都被推得如此之远，以至于恒星将燃尽并熄灭。随着宇宙不断膨胀，在被称为暗能量的神秘力量的加速下，更广阔的宇宙最终将从地球上变得不可见。如果到那时还有人类存在，他们将不得不放弃将星空作为理解宇宙和他们自身的一种手段。
“这是其中的一个版本，”Tyson 在谈到卫星星座时说。“很快，天空将在视觉上由这些卫星而不是星星本身主导，无论你住在城市还是乡村，情况都是如此。未来是天空将持续不断地闪烁，无处不在，来自所有这些卫星。”