SpaceX 的暗卫星对于天文学家来说仍然太亮

该公司试图降低其巨型星座中航天器亮度的努力,未能消除对世界各地地面天文台的干扰

延时图像显示了星链卫星群(明亮的条纹)在 2019 年 11 月穿过位于智利的托洛洛山美洲际天文台的望远镜视野。

星链是由航空航天公司 SpaceX 发射的数百颗互联网卫星组成的“巨型星座”,它因亮度超过天体而让天文学家感到头痛。星链计划最终包括数万颗航天器,向全球提供高速互联网,但它对观星有一个缺点:卫星在夜间反射的阳光足以用肉眼清晰看到(更不用说灵敏的望远镜了)。它们的亮度因排列成长串而更加突出,这些长串像一串天体项链上的数十颗发光珠子一样划过天空。

自 2019 年 5 月首次发射 60 颗星链卫星以来,又有 655 颗卫星被送入轨道,影响了许多天文观测。自 1 月以来,每次发射都稳定地搭载约 60 颗卫星,每月发射一到两批——最近一次是在 9 月 3 日。

最终,在收到科学界的投诉以及 SpaceX 的损害控制努力一年多之后,国家科学基金会 (NSF) 和美国天文学会 (AAS) 于 8 月发布了一份关于情况的报告。该报告借鉴了今年夏天早些时候举行的卫星星座 1 (SATCON1) 虚拟研讨会上 250 多位专家讨论的结果,旨在为天文学家和卫星星座运营商提供建议,以尽量减少进一步的干扰。


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目前,许多天文学家只能希望情况会有所改善。尽管 SpaceX 的卫星给天文观测带来了问题,但华盛顿大学的天文学家梅雷迪思·罗尔斯表示,该公司并不“想搞砸天文学”。罗尔斯正在与即将到来的位于智利的薇拉·C·鲁宾天文台(原名大型综合巡天望远镜)合作。该项目稳定地提供整个天空的全景图像,将有助于揭示暗物质和暗能量的本质,识别无数瞬变天体物理现象的实例,并绘制对地球构成威胁的小行星——当然,前提是卫星星座的干扰不会破坏其精细的工作。

SpaceX 最初为减轻航天器影响所做的努力包括今年早些时候发射了一颗名为 DarkSat 的原型星链卫星,该卫星采用黑色抗反射涂层。最近对轨道上 DarkSat 的地面观测发现它的亮度是标准星链卫星的一半——专家认为这是一个很大的进步,但仍然远未达到天文学家所说的需求。

智利安托法加斯塔大学的天文学家杰里米·特雷格隆-里德说:“我不会将 DarkSat 视为一场胜利,而只是朝着正确方向迈出的良好一步。”他是评估原型机的观测团队成员。该团队使用智利 Ckoirama 天文台的 0.6 米望远镜将其与典型的星链同类卫星进行了比较,发现尽管 DarkSat 的抗反射涂层使其肉眼不可见,但它仍然太亮,无法避免干扰鲁宾天文台和其他主要望远镜。

哈佛大学史密森天体物理中心的研究员乔纳森·麦克道尔说,这些结果表明 DarkSat 本质上是一条死胡同。麦克道尔一直在运行巨型星座对天文观测影响的计算机模拟。尽管如此,他说,特雷格隆-里德团队的调查是一个重要的步骤。“这项研究值得关注,它是首次对星链卫星进行重大观测研究之一,天文学界目前正在组织更大规模的观测,”麦克道尔补充道。他警告说,如果卫星在没有修复的情况下继续发射,“影响将是巨大的。”

从长远来看,罗尔斯担心,随着卫星星座变得越来越普遍,未来的公司可能会在不尝试与天文学家妥协的情况下发射它们。“它会产生许多系统性误差……这会变得有点混乱,”她说。

SpaceX 希望最终在天空中部署 12,000 颗星链卫星,去年它申请许可再发射 30,000 颗卫星。随着这些计划——以及亚马逊的 Kuiper 项目计划发射 3,236 颗卫星,以及现已破产但最近被英国政府收购的 OneWeb 公司可能计划发射 2,000 颗卫星——天文学的卫星星座问题规模只会增加。

虽然 DarkSat 测试的调光技术远非充分的解决方案,但 SpaceX 一直在开发其他方法来进一步降低航天器的亮度。该公司第二次尝试的暗化卫星 VisorSat 使用黑色遮阳板来减少光反射。第一艘采用这种设计的航天器于 6 月 3 日发射。天文学家希望在天文台在 COVID-19 关闭后重新开放后,观测 VisorSat 并将其与 DarkSat 进行比较。

甚至在对 VisorSat 进行任何详细观测之前,SpaceX 似乎已经加倍投入这种新型号。6 月中旬和 8 月初发射的两批星链卫星中的所有卫星都是 VisorSat,每颗卫星都带有自己的遮阳板。

天文学家尚不确定 DarkSat 和 VisorSat 等暗化方法是否是解决方案。在 SATCON1 报告的 10 项建议中,只有一项要求卫星运营商使用暗化技术。其他建议包括将卫星部署在 600 公里以下的轨道上,以最大限度地减少夜间眩光,控制它们在太空中的方向以减少阳光反射,开发从天文观测中消除其轨迹的方法,并提供其轨道信息,以便天文学家可以将望远镜避开它们。

人们希望,通过从这一系列选项中采取某种组合方法,问题可以得到控制。即便如此,卫星巨型星座的出现可能已经使天文学家夜空的视野进一步恶化成为必然。

现在,特雷格隆-里德感到欣慰的是,SpaceX 正在认真对待这些问题。“DarkSat 和新型 VisorSat 的开发表明,星链似乎致力于减轻其卫星对天文学家和后院观星者的影响,”他说。

NSF 的 NOIRLab 主任帕特里克·麦卡锡表示,SATCON1 研讨会的合作精神以及随后发布的报告也令人鼓舞。NOIRLab 与 AAS 共同制作了这份报告。“我希望天文学家和商业卫星运营商之间的友好合作和伙伴关系精神能够扩大……并继续证明其有用和富有成效,”他在 8 月下旬的一份声明中说。

SATCON2 是下一个将天文学家和卫星星座运营商聚集在一起的研讨会,计划于 2021 年初至中期举行。它将致力于解决政策和监管问题。罗尔斯强调了该问题的紧迫性和重要性,因为在此期间可能会发射数百颗卫星。“这种情况只会加速,”她说。“这是一个长期的先例。这关系到你希望你的孙子孙女拥有什么样的天空。”

编者注(9/11/20):本文中的图片说明在发布后已进行编辑,以更正对创建曝光的天文台的引用。

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