SpaceX發(fā)射了60顆小型衛(wèi)星，天文觀測(cè)還能看到星星嗎

2019年11月18日黎明時(shí)分，美國(guó)西北大學(xué)天文學(xué)家Cliff Johnson發(fā)現(xiàn)一大群不明物體從天空劃過(guò)。那天晚上，Johnson正在通過(guò)網(wǎng)絡(luò)攝像頭觀測(cè)麥哲倫星云。這些不明物體并非來(lái)自天外，而是出自地球。5分鐘內(nèi)，19顆衛(wèi)星列在望遠(yuǎn)鏡視野里飛過(guò)，留下幾行明亮的尾跡。

很快，Johnson和他的同事就查到了這些衛(wèi)星的來(lái)源——一周前，埃隆·馬斯克的SpaceX往地球低軌道發(fā)射了60顆小型衛(wèi)星。

天文學(xué)家在觀測(cè)的時(shí)候偶爾能看到衛(wèi)星——他們對(duì)此已經(jīng)習(xí)以為常。不過(guò)，他們過(guò)去一次只能看到一顆，這種情況并不會(huì)影響觀測(cè)結(jié)果，盡管最后在觀測(cè)圖像上把衛(wèi)星去掉需要花上些功夫。

可如果是19顆呢？這種情況前所未有，導(dǎo)致15%至20%的圖像“完全丟失”。

更讓Johnson擔(dān)心的是，這可能將變成一種常態(tài)——黎明時(shí)分進(jìn)行的所有天文觀測(cè)都將被衛(wèi)星尾跡所干擾。

而地球則將很快被成千上萬(wàn)的衛(wèi)星覆蓋，它們的數(shù)量將遠(yuǎn)不止9000顆——這是人類肉眼可見(jiàn)的恒星數(shù)量。

這并非杞人憂天。加上周一發(fā)射的60顆，SpaceX已經(jīng)發(fā)射了180顆小型衛(wèi)星，此后可能將每?jī)芍馨l(fā)射一次——這就是Musk的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃Starlink。

聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）已經(jīng)批準(zhǔn)SpaceX對(duì)12000顆衛(wèi)星進(jìn)行發(fā)射。眼下，馬斯克正在試圖讓另外30000顆衛(wèi)星獲批。

SpaceX的目標(biāo)是通過(guò)Starlink項(xiàng)目在太空形成衛(wèi)星群，由此為偏遠(yuǎn)地區(qū)提供收費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

在這方面，SpaceX并不是孤家寡人?？偛课挥谟?guó)的OneWeb也想打入“太空互聯(lián)網(wǎng)”市場(chǎng)，并計(jì)劃今年1月開(kāi)始發(fā)射650顆衛(wèi)星；亞馬遜的Kuiper全球衛(wèi)星寬帶項(xiàng)目計(jì)劃發(fā)射衛(wèi)星3200顆。在不久之后，50,000顆甚至更多的小型衛(wèi)星將出現(xiàn)在地球周圍，它們的目的可能遠(yuǎn)不止“互聯(lián)網(wǎng)”——也許有的公司想要在太空用衛(wèi)星把某款著名汽水的名字拼寫(xiě)出來(lái)呢？畢竟太空廣告還沒(méi)有被禁止。

這些成批發(fā)射的衛(wèi)星很小，很多，和地球靠得很近，以保證未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)連接服務(wù)的速度。但“靠得近”并不意味著“看得清”，或者在夜空里“更明亮”?！暗玈paceX發(fā)射的衛(wèi)星比目前地球軌道上99%的物體都亮?！泵苄髮W(xué)一位研究太空垃圾的天文學(xué)家Patrick Seitzer說(shuō)。他說(shuō)，Starlink衛(wèi)星比同高度的衛(wèi)星都亮，“這得益于Starlinks的設(shè)計(jì)和定位”。

長(zhǎng)期以往，這將會(huì)影響我們對(duì)宇宙的觀感，產(chǎn)生更多太空垃圾，我們理應(yīng)擁有的干凈夜空將不復(fù)存在。Johnson說(shuō)，讓人糟心的不是這19顆衛(wèi)星毀掉了當(dāng)晚整個(gè)的太空觀測(cè)，“我們害怕這將成為一種新的常態(tài)，如果是成千上萬(wàn)顆衛(wèi)星，那就糟了”。

一些人擔(dān)心，現(xiàn)在后悔已經(jīng)來(lái)不及了。

未來(lái)的夜空將會(huì)怎樣？

這樣龐大的衛(wèi)星部署計(jì)劃能夠縮小全球各地互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)差距。Starlink等項(xiàng)目若成功落實(shí)，將能夠幫助世界上最偏遠(yuǎn)的最貧窮的地方實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通，進(jìn)而促進(jìn)其經(jīng)濟(jì)與全球?qū)印＿@稱得上是一場(chǎng)革命。全世界將前所未有地緊密相連。

這樣的系統(tǒng)還能在自然災(zāi)害發(fā)生的時(shí)候起作用。例如，當(dāng)颶風(fēng)摧毀了地面的通訊設(shè)施，救援組還可以通過(guò)太空網(wǎng)絡(luò)獲得實(shí)時(shí)消息。

但有得必有失。

天文學(xué)家指出，日落和日出時(shí)分，在這些衛(wèi)星能夠最大程度反射陽(yáng)光的時(shí)候，它們是肉眼可見(jiàn)的。據(jù)他們計(jì)算，如果衛(wèi)星數(shù)量達(dá)到50000個(gè)，“你會(huì)看到整個(gè)天空都在緩慢挪動(dòng)?！奔又荽髮W(xué)戴維斯分校的天文和物理學(xué)家Tony Tyson說(shuō)，“幾乎每一方的天空里都能看見(jiàn)有衛(wèi)星在挪動(dòng)?！?/p>

Starlink衛(wèi)星在剛剛發(fā)射后最顯眼，它們那時(shí)離地球更近，彼此也更接近。但隨著時(shí)間的推移，這些衛(wèi)星將走向更高的軌道，在那里它們將變得不那么顯眼，并將彼此分散開(kāi)來(lái)。

Tyson說(shuō)，當(dāng)它們到達(dá)最終的運(yùn)行軌道時(shí)，黃昏和黎明（日落之后和日出之前）時(shí)分，“在黑暗的地方，肉眼仍然可以看到它們”。但是“‘黃昏和黎明’可能就意味著幾乎整個(gè)晚上。”他說(shuō)，這取決于你的緯度和時(shí)間。

光污染問(wèn)題你也許并不陌生。大多生活在城里或城市周邊的人都看不到什么星星——除去最亮的那幾顆，大部分星光都被城市燈光所掩蓋了。

但光污染在這里并不適用，我們討論的是天空污染。“這個(gè)問(wèn)題不論地區(qū)，它將如影隨形。”Johnson說(shuō)。

除此之外，太多衛(wèi)星升空還可能造成其他的問(wèn)題，太空碎片就是其中之一。一旦衛(wèi)星出現(xiàn)故障，就會(huì)一直漂浮在太空里，直到引力把它拉回地球。實(shí)際上，有幾顆Starlink衛(wèi)星已經(jīng)停止工作，懸浮在地球周圍，變成了太空碎片，隨時(shí)可能和太空其他物體相撞。

“如果發(fā)射1萬(wàn)顆、2萬(wàn)顆或3萬(wàn)顆衛(wèi)星，就會(huì)在頃刻間自動(dòng)制造出數(shù)百塊碎片?！盋hristopher Johnson說(shuō)。他是倡導(dǎo)可持續(xù)和平利用太空的非營(yíng)利組織安全世界基金會(huì)（Secure World Foundation）的空間法顧問(wèn)。軌道上的太空碎片越多，在那里建造和操作設(shè)備就越困難。

重要天文觀測(cè)或受衛(wèi)星影響

Starlink和其他類似項(xiàng)目的衛(wèi)星與軌道上的其他衛(wèi)星不同——前者非常接近地球，這在某種程度上給天文研究帶來(lái)了麻煩。Tyson解釋道，在軌道上低2倍，在地面上就會(huì)亮4倍。

望遠(yuǎn)鏡通過(guò)靈敏度極高的照相機(jī)獲得天空?qǐng)D像。衛(wèi)星太亮，會(huì)讓這些相機(jī)的傳感器過(guò)度曝光。這種效果就像拿著一塊橡皮擦在它們拍攝的夜空?qǐng)D像上，用大片無(wú)用的數(shù)據(jù)覆蓋了圖像。

除了在加州大學(xué)戴維斯分校的工作，Tyson還是大型巡天望遠(yuǎn)鏡（LSST）的首席科學(xué)家。這是一座正在智利建設(shè)的天文臺(tái)，擁有廣闊的視野：它將能夠覆蓋天空中40倍滿月大小的區(qū)域，并能夠捕捉到人眼能見(jiàn)度1000萬(wàn)倍以下的物體。

從2023年開(kāi)始，耗資5億美元的LSST將對(duì)整個(gè)夜空進(jìn)行為期10年的監(jiān)測(cè)，為科學(xué)家提供大量數(shù)據(jù)，幫助他們回答宇宙中一些最緊迫的問(wèn)題。這將顯示出宇宙的運(yùn)動(dòng)，捕捉到數(shù)百萬(wàn)顆恒星的演變。

但如果在軌道上有成千上萬(wàn)顆衛(wèi)星，LSST的宇宙視野將會(huì)被遮蔽?！拔覀兛吹降膶⑹且黄瑮l紋?！盩yson說(shuō)。

SpaceX表示，它一直在與天文界，特別是LSST的科學(xué)家合作，以緩解這個(gè)問(wèn)題。

在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，該公司在最新發(fā)射的一顆衛(wèi)星底部增加了一層黑色涂層，看是否能夠減輕對(duì)望遠(yuǎn)鏡視野的影響。但這并不能保證一定有效。Tyson表示，如果SpaceX能夠?qū)⑿l(wèi)星的亮度調(diào)暗100倍，“我相信對(duì)我們的軟件來(lái)說(shuō)就足夠了?！?/p>

但是僅僅給衛(wèi)星涂上一層黑漆并不簡(jiǎn)單。太暗，衛(wèi)星將開(kāi)始吸收多余的熱量，這可能會(huì)影響它們的功能。目前尚不清楚SpaceX最終會(huì)將衛(wèi)星亮度調(diào)暗多少。正如SpaceX總裁Gwynne Shotwell去年12月告訴記者的那樣，該公司正在反復(fù)“試錯(cuò)”。

Tyson對(duì)此并不樂(lè)觀?！拔也槐魏蜗Ｍ?，”他說(shuō)?！拔乙稽c(diǎn)也不指望他們會(huì)調(diào)暗哪怕接近100倍的水平?！?/p>

法律保護(hù)的缺失

天文學(xué)家們之所以如此悲觀是因?yàn)樗麄兊难芯繘](méi)有國(guó)家或國(guó)際的法律保護(hù)。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，“目前還沒(méi)有任何關(guān)于衛(wèi)星亮度的法規(guī)或指導(dǎo)方針，”Seitzer說(shuō)。“國(guó)際層面沒(méi)有，國(guó)家層面也沒(méi)有?！?/p>

SpaceX可能愿意與科學(xué)界合作，降低其衛(wèi)星的亮度。但換成另一個(gè)國(guó)家，另一家公司，情況可能就不一樣了。

有一些在美國(guó)由聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）執(zhí)行，在國(guó)際上由聯(lián)合國(guó)的國(guó)際電信聯(lián)盟執(zhí)行的天文規(guī)定，但它們主要和電信及電磁波譜的使用和目的相關(guān)，確保衛(wèi)星不會(huì)相互碰撞，但并沒(méi)有規(guī)范衛(wèi)星的外觀。

FCC發(fā)言人Will Wiquist在一封電子郵件中表示：“我們通過(guò)媒體得知，有人為Starlink衛(wèi)星對(duì)天文學(xué)家進(jìn)行光學(xué)觀測(cè)的影響提出了一些擔(dān)憂?！彼姓J(rèn)“FCC尚未在任何程序中涉及到這個(gè)問(wèn)題”。

在射電天文學(xué)領(lǐng)域，科學(xué)家們通過(guò)肉眼看不到的頻率觀測(cè)夜空，他們使用的一些波長(zhǎng)受到了法律保護(hù)，通信公司不可侵犯和干擾。但正如得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的天文學(xué)家Caitlin Casey指出的那樣，射電天文學(xué)家喜歡觀測(cè)在保護(hù)范圍之外的所有波長(zhǎng)。所以，他們的觀測(cè)成功與否，還取決于SpaceX這樣的公司是否愿意關(guān)閉他們大型無(wú)線電觀測(cè)站上的衛(wèi)星發(fā)射器。

如果不關(guān)掉衛(wèi)星，“就會(huì)像試圖看到太陽(yáng)附近的螢火蟲(chóng)一樣。”Casey說(shuō)。在射電天文學(xué)的世界里，一顆向地球提供互聯(lián)網(wǎng)連接的衛(wèi)星就仿佛一盞泛光燈。

不過(guò)，射電天文學(xué)家至少有現(xiàn)成的渠道來(lái)表達(dá)他們對(duì)無(wú)線電使用的擔(dān)憂，而研究宇宙可見(jiàn)光的光學(xué)天文學(xué)沒(méi)有國(guó)際保護(hù)。

《聯(lián)合國(guó)外層空間條約》（UN Outer Space Treaty）用于全球太空使用的管理，該條約對(duì)衛(wèi)星的反射率及其對(duì)天文學(xué)的影響只字未提。Christopher Johnson解釋說(shuō)，即使一個(gè)國(guó)家開(kāi)始嚴(yán)格保護(hù)夜空，避免夜空過(guò)度擁擠，另一個(gè)國(guó)家也可能完全無(wú)視這些規(guī)定。

國(guó)際空間法研究所的天文學(xué)家Mark Skinner說(shuō)，這是一個(gè)“被忽略的問(wèn)題”。

沒(méi)有監(jiān)管的未來(lái)也許會(huì)變得很奇怪

如果沒(méi)有更嚴(yán)格的監(jiān)管，未來(lái)可能會(huì)變得更加奇怪。人們可以發(fā)射衛(wèi)星去有意地引起全球注意。2018年1月，新西蘭一家公司發(fā)射了一顆名為“人性之星”的衛(wèi)星。它基本上是近地軌道上的一顆迪斯科球。它的創(chuàng)造者希望通過(guò)這顆衛(wèi)星的光“為地球上的每一個(gè)人創(chuàng)造一段共享體驗(yàn)”。旦許多天文學(xué)家并不高興，他們把它比作“太空涂鴉”。

這顆“人性之星”也許只是一道前菜，在它之后迎接我們的將是一個(gè)更大、更亮的夜空?！哆B線》雜志報(bào)道稱，國(guó)際上并沒(méi)有明確禁止太空廣告。巨大的夜空人人可見(jiàn)，是一塊完美的天然廣告牌。

西北大學(xué)的Johnson表示：“我們有足夠的動(dòng)力拉響警報(bào)，努力讓更多的人了解衛(wèi)星可能帶來(lái)的各種問(wèn)題，”他說(shuō)?！澳壳八尸F(xiàn)的只是冰山一角。”

一旦問(wèn)題為更多的人所了解，天文學(xué)家們也許就能說(shuō)服世界各國(guó)共同保護(hù)一片干凈晴朗的夜空。但令人擔(dān)憂的是，最終商業(yè)利益將戰(zhàn)勝科學(xué)利益。SpaceX“可能有意解決問(wèn)題，但他們?nèi)匀皇且患夜?，他們?nèi)匀恍枰嶅X”。

許多天文學(xué)家并不否認(rèn)Starlink等項(xiàng)目的價(jià)值——世界上有太多地方尚未接入互聯(lián)網(wǎng)。美國(guó)天文學(xué)會(huì)（American Astronomical Society）最近召集了一個(gè)工作小組，試圖解決這個(gè)問(wèn)題?！癝tarlink的目標(biāo)是提供全球互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，我們不想阻止，”工作組的Kelsie Krafton這樣寫(xiě)道?！暗覀円膊幌敕艞墢牡孛孢M(jìn)行光學(xué)觀測(cè)的機(jī)會(huì)?！?/p>

此外，改變夜空所帶來(lái)的影響將可能超出科學(xué)或互聯(lián)網(wǎng)的范疇。從黑暗的地方看夜空，它代表著終極的荒野——一種人類幾乎沒(méi)有接觸過(guò)的原始的自然景觀。那么這樣的一種改變將意味著什么？

“古往今來(lái)的各種文化……都很重視夜空，其中很多擁有意義非凡甚至非常實(shí)用的觀星傳統(tǒng)，這些傳統(tǒng)已經(jīng)成為了這些文化的一部分?！奔s克大學(xué)研究太空探索倫理的人類學(xué)家Kathryn Denning在電子郵件中寫(xiě)道。她說(shuō)，文化遺產(chǎn)“在聯(lián)合國(guó)很受重視，但據(jù)我所知，它們還沒(méi)有轉(zhuǎn)化為衛(wèi)星規(guī)約”。甚至一些動(dòng)物也通過(guò)星光感知方向，我們很難確定星座衛(wèi)星是否也會(huì)對(duì)它們產(chǎn)生影響。

德克薩斯大學(xué)的天文學(xué)家Casey想讓全世界知道，擾亂夜空會(huì)讓“人類失去在過(guò)去20萬(wàn)年、數(shù)百萬(wàn)年里所擁有的東西”。這不是一件可以掉以輕心的事情。

她說(shuō)：“我對(duì)科學(xué)的全部熱愛(ài)以及把它作為職業(yè)的追求，都可以追溯到我的孩童時(shí)代。那時(shí)我看到了夜空，就被它迷住了。天文學(xué)是一門獨(dú)特的科學(xué)，我們不能在實(shí)驗(yàn)室里閉門造車。我們整個(gè)科學(xué)都在仰望天空，失去它將是一場(chǎng)悲劇?！?/p>