马斯克发射4.2万颗卫星,为何天文学家都在说No?

本文来自微信公众号:造就(ID:xingshu100),题图来自:视觉中国 2019年11月18日晚,西北大学(NorthwesternUniversity)天文学家克里夫·约翰逊(CliffJohnson)在用望远镜测量两个非常暗淡的矮星系(麦哲伦云)

本文来自微信公众号:造就(ID:xingshu100),题图来自:视觉中国


2019年11月18日晚,西北大学(Northwestern University)天文学家克里夫·约翰逊(Cliff Johnson)在用望远镜测量两个非常暗淡的矮星系(麦哲伦云)时,突然发现一大群陌生的物体划过天空,且痕迹留在了摄像头中。


马斯克发射4.2万颗卫星,为何天文学家都在说No?

一大群陌生的物体划过天空


偶尔进入视野的一两颗卫星不会破坏观测结果,但也要非常努力才能删除它们留在摄像头里的痕迹。一次性发现19颗卫星,这不仅在之前从来没发生过,还导致了15%~20%的监测图像完全丢失。


这到底是怎么回事呢?


大家可能都听说过美国太空探索技术公司SpaceX的“星链计划”(Starlink)。马斯克对星链的设想是,这是一个低轨通信卫星星座计划,以6G网络和太空数据为载体,打造下一代卫星网,带领地球进入天基互联网时代。


马斯克发射4.2万颗卫星,为何天文学家都在说No?

2019年11月11日,SpaceXFalcon 9火箭从卡纳维拉尔角空军基地成功发射升空后,载有60颗Starlink卫星


“星链计划”的最终卫星总数可能达到4.2万颗。这4万多颗卫星分布在330公里至1300公里不同高度、不同倾角的一系列轨道面上。卫星采用低成本模块化设计,单个重量230公斤左右,利用猎鹰九火箭发射,每次发射60颗,目前已经发射420颗。


除SpaceX外,美国的亚马逊公司和OneWeb公司也在推进类似的项目。


天文学家不胜其扰


旨在解决全人类随时随地上网需求的星链计划这么厉害,应该人见人爱对吧?可惜,天文学家并不这么想。


为了获取一片纯净的星空,天文学家不得不将望远镜修建到人迹罕至的智利阿马索内斯山、夏威夷莫纳基亚等地,甚至还要为了修望远镜和原住民打官司。而马斯克的星链计划却有可能毁掉最后一片没有污染的天空。


一方面,越来越多的卫星上天将大幅增加卫星划过望远镜视线的可能性。另一方面,明亮的卫星会导致观测结果一片模糊,对天文观测造成极难以消除的“污染”。


马斯克发射4.2万颗卫星,为何天文学家都在说No?

国际天文联合会公布的天文观测受到影响的实例。图中的亮点为美国洛厄尔天文台试图观测的天体,图中的亮线为星链卫星侵入望远镜视野后留下的痕迹(图片来源:国际天文联合会)


为了确保互联网到达一定速度,这些小体积的新卫星与地球轨道非常接近,但这种亲密接触使得它们在星空中愈发明亮。密歇根大学研究轨道碎片的天文学家帕特里克·塞策(Patrick Seitzer)表示:“天文望远镜通常需要长时间曝光以捕获遥远星系的微弱信号,而以SpaceX为代表的这些公司所发射的卫星,比目前在地轨道上99%的各类物体更加明亮。”


物理学家托尼·泰森(Tony Tyson)是智利维拉·鲁宾天文台大型天气观测望远镜的首席科学家。该望远镜目前在建,最终建成后将能够捕捉到40倍满月大小的天空区域,并发现比肉眼所能看到的微弱1000万倍的物体。


从2023年开始,耗资5亿美元建设的该天文台将对整个夜空进行为期10年的调查(该项目称为“时空遗产调查”或“LSST”),它将观测研究暗物质、暗能量等现象,以及搜索对地球产生潜在相撞威胁的小天体。可以说,这是一个既能为人类揭示物质世界新的基础规律,又能为全人类未来可能面临的灭顶之灾提供防护的天文设备。


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维拉·鲁宾天文台正在建设中的LSST (图片来源:lsst.org)


假如它的观测被星链或者其他卫星干扰,那遭受损失的就不只是这台望远镜背后的机构和进行相关研究的科学家,还有全世界范围内诸多巡天观测项目。比如美国的斯隆数字巡天和我国的LAMOST巡天望远镜。


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卫星过多,望远镜观测结果充满迷雾状的条纹


SpaceX表示,他们一直在与天文学界,尤其是维拉·鲁宾天文台的科学家合作,以缓解这一矛盾。在一项实验中,SpaceX在发射时为其中一颗卫星的底面定制了深色涂层,以观察它在望远镜观测中是否明显,目前结果还未可知。


对此,一些科学家持怀疑态度。他们表示喷漆几乎不能减少卫星的无线电波,观测望远镜仍将受到影响。另外,当卫星太暗时,其它卫星也许会吸收过多的热量,从而影响其功能。


马斯克曾反驳过专家的质疑,“轨道上已经有4900颗卫星了,人们几乎不会关注这些,如果不是仔细看,没人会注意到‘星链计划’的卫星,它们也不会对天文学的进步有任何影响。”最后,他还建议将天文望远镜放入轨道。


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马斯克推特截图


这一波操作,一下子点燃了天文学家的怒火,有人说他很业余,而有人则把他比作法国王后玛丽·安托瓦内特(Marie Antoinette),她因那句“农民发现自己没有面包时就应该吃蛋糕”而恶名远扬。


星空的未来将去往何处


天文学是一门仰望星空的科学,从长远来看,过多明亮的卫星可能会阻碍我们对宇宙的观测,产生更多的太空垃圾,并可能剥夺人类对星空探索的权利。


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一个男孩在哥伦比亚塔塔科阿沙漠上空观看银河系


“这不仅应该是天文学家关注的问题,还应该是人类该如何欣赏星空的问题。”西北大学天文学家约翰逊如是说。


其实,很多卫星都能用肉眼观测到,特别是日落后和日出前。“当天空中有5万颗卫星时,你会看到很多东西在天上爬行。”物理学家泰森说。


虽然,随着时间的推移,这些卫星将爬进更高轨道,它们会稍微变得不那么明显,但事实上,它们不但可以在黄昏时用肉眼看到,甚至可能干扰望远镜的观测。


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很多东西在天上爬行


除此之外,太空垃圾也会是个问题。据悉,去年5月升空的首批60颗星链卫星中,已经有3颗与地面失联,成为了潜在的太空垃圾。虽然高层大气的阻力能够使他们自然坠落,但从失联到坠落需要较长的时间。


根据NASA太空碎片项目办公室的一项研究,数量达到数千规模的卫星星座,至少要保证99%的卫星在寿命即将到达终点时,都能主动受控离轨,快速坠入大气层烧毁,这样才能保证近地轨道卫星相撞几率不至于失控。这项研究假设卫星工作的轨道高度大概在1000公里左右,而目前星链计划采用的轨道高度是550公里。


对于星链计划而言,虽然由于轨道大气阻力更强,太空垃圾问题爆发的可能性有所降低,但SpaceX似乎没有进行相关研究,来给出星链系统卫星的可靠性与太空垃圾风险的关系。


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太空垃圾


安全世界基金会(Secure World Foundation)的空间法律顾问克里斯托弗·约翰逊(Christopher Johnson)说:“轨道上的太空垃圾越多,在那里建造和操作设备的难度就越大。”


没有法规,未来的星空不可想像


天文学家之所以对未来越来越担忧,还有一个原因就是相关法规的缺失:关于卫星的法律法规,不仅在国际层面没有,连国家层面也没有。


“在某种程度上说,这意味着任何一个人或公司都可以完全改变人类对夜空的体验。因为理论上,任何公司和个人都有权拒绝与科学界合作以降低卫星的亮度。”天文学家凯特琳·凯西(Caitlin Casey)说。


如果没有严格的规定,星空未来或许会变得不可想像。


人们可以发射明亮的卫星,故意引起全球的注意。比如2018年新西兰太空公司“火箭实验室”发射了“人类之星”运载火箭,它基本上是一个低地球轨道的迪斯科球,不分昼夜地发着光。创作者希望无论何时何地、无论贫富、无论和平与冲突,人们都可以在天空中找到希望之光。


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“人类之星”运载火箭


“人类之星”很可能只是一个前奏。相关调查显示,如果没有关于太空广告的明确国际禁令,很多公司希望未来可以在天空中安排卫星。对于地球人来说,这可是一块“黄金广告牌”。


此外,自然界有些动物使用星光进行导航,现在还很难知道星座卫星是否也会对它们产生影响。而对于人类来说,星空代表了终极的荒野,那是一片需要探索的原始自然景色。现在这一切开始改变了,这意味着什么?谁也不敢急着下结论。


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观测星空


约克大学人类学家凯瑟琳·丹宁(Kathryn Denning)表示:“贯穿整个时代的每种文化都珍视星空,并已将其融入各自的文化中。当SpaceX和其他企业准备雄心勃勃占领太空时,却没有哪个国际机构或组织能够规范其行为,为人类共有的星空和轨道提供足够的保护。”


星空是人类的共同资源,需要合理分配、有效使用。如何让太空不陷入丛林法则,也许才是亟需解决的问题。


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