SpaceX“星链”卫星将严重破坏巡天望远镜观测

北京时间4月29日消息，据国外媒体报道，在天文学家热切期盼薇拉·C·鲁宾天文台启用的同时，焦急的操作人员已经进行了测试，试图了解当近地轨道上挤满了类似于SpaceX“星链”卫星的情况下，该望远镜的工作效果如何。不出所料，结果并不是很好。

今年1月，正在智利建设的大型综合巡天望远镜（LSST）宣布更名为“国家科学基金会薇拉·鲁宾天文台”，以提供暗物质存在重要证据的美国天文物理学家薇拉·鲁宾（Vera C。 Rubin）命名。鲁宾天文台项目科学团队的最新研究表明，一个由42000颗卫星组成的巨型卫星群将会严重破坏LSST的观测。按计划，LSST项目于2021年年底开始，2032年结束。

根据这项研究，近三分之一的LSST图像预计都将包含至少一条卫星轨迹，而对于在黄昏或黎明拍摄的图像，几乎都将包含至少一条卫星轨迹。研究团队预计，如果不采取措施来解决这个问题，这个项目未来将不得不额外增加4年的工作时长。

为了纪念暗物质研究的先驱薇拉·鲁宾，天文台将于明年晚些时候上线。届时，天文学家将使用8.4米的西蒙尼勘测望远镜和32亿像素的LSST相机每晚拍摄1000张照片，观测邻近的恒星和遥远的星系。除了帮助天文学和宇宙学研究以外，鲁宾天文台还可以探测到接近地球的危险小行星。

“LSST巡天调查将创造出一幅宇宙的彩色动态图景，让不寻常的事情变得司空见惯，奇异的事物也可以被观察到，”项目科学团队的报告写道，“人类将首次以空间和时间的全景来观察光学宇宙。因此，鲁宾天文台最大的进步无疑将出乎我们的意料。”作者还补充道：“这就要求一个原始的、未受污染的夜空，几千年来，这一直是地球居民与生俱来的权利。”

项目科学团队称，理想情况下，鲁宾天文台望远镜的曝光时间为30秒，能够显示出比肉眼可见物体暗2000万倍的遥远天体。在如此高的光学灵敏度下，不难想象星链卫星在天空中的轨迹会给巡天观测带来怎样的巨大问题。

天文学家与卫星打交道已经有几十年了，但是项目科学团队预计，在未来几年将会有大量的新卫星涌入天空。以SpaceX公司为例，自2019年5月以来，该公司已经进行了5次“星链”发射，将300颗卫星送入近地轨道（LEO）。但这只是一小部分，这家由伊隆·马斯克领导的公司希望在本世纪20年代中期向近地轨道发射42000颗星链卫星。包括亚马逊、OneWeb和三星在内的竞争对手势必也会有大动作，专家预测，到本世纪30年代，近地轨道卫星的数量将达到5万颗以上。

另一个影响天文学观测的问题与这些卫星的部署方式有关。星链卫星最初会进入290公里的轨道高度，然后上升到距地球表面550公里的运行轨道（实际上仍然很低，因为可以用肉眼看到）。然而，在这个过程的早期阶段，这些卫星会产生标志性的“空中火车效应”。以每月两列的速度发射，这些星链“卫星列车”如今已经成为夜空中半固定的存在。

根据这一情况，鲁宾天文台项目科学团队模拟了42000颗卫星对LSST的影响。结果表明，大约30%的图像将含有至少一条卫星轨迹，而几乎所有在黄昏期间——近地轨道卫星最明亮的时候——拍摄的图像也将被至少一颗卫星抢镜。

研究人员预计，低轨道卫星的亮度将使天文图像饱和，产生残留的视觉信号，迫使科学家直接放弃这些图像。根据科学团队的新研究，由于这些图像的质量可能会非常差，以至于长达10年的巡天调查还需要再增加4年时间才能弥补损失。

另一方面，星链卫星群也会干扰其他研究，比如探测不明小行星，以及暗物质研究等相关的宇宙学工作。

最近在夏威夷召开的美国天文学会会议上，天文学家们对这类问题进行了讨论。鲁宾天文台的团队很自然地将他们的担忧传达给了SpaceX公司，两家机构正在合作寻找解决方案。

根据项目科学团队的报告，可能的解决策略包括将卫星的亮度降低10倍。这将需要开发新的技术（如低反射率涂料），增加额外成本，以及卫星运营商的支持。SpaceX公司已经让一颗“星链”卫星变暗，以测试所谓的“遮阳伞”概念能否奏效。

项目科学团队的报告还指出，其他可能的解决方案包括采用强大的图像处理算法来修复卫星轨迹问题，以及开发预测卫星轨道运动的软件，从而阻止望远镜扫描特定的天空区域；鲁宾天文台的望远镜视野接近10平方度，大约是月球在夜空中所占面积的40倍。如果有5万多颗卫星在地球周围运行，而望远镜要进行30秒的曝光，那么再先进的软件可能也很难找到一片没有卫星轨迹的天空区域。

因此，科学团队提出的另一个解决策略是对同一片天空进行背靠背的15秒曝光。如果两张图片中有一张带有卫星尾迹，那就会被去掉。这不是一个伟大的解决方案，但仍然可以一试。

最后，希望鲁宾天文台的项目科学团队能与SpaceX公司达成某种协议，以更好地进行天文学观测。马斯克在不久前表示，星链卫星给天文学带来的问题将是“0”，似乎一切都已经解决。据《福布斯》杂志报道，马斯克当时是在一个卫星会议上说这番话的，他表示，公司将“在高于0的情况下采取纠正措施”。最好他是认真的，毕竟科学还是应该先于利润。（任天）