測試顯示，SpaceX“星鏈”衛(wèi)星將嚴(yán)重破壞巡天望遠(yuǎn)鏡觀測

北京時間4月29日消息，據(jù)國外媒體報道，在天文學(xué)家熱切期盼薇拉·C·魯賓天文臺啟用的同時，焦急的操作人員已經(jīng)進(jìn)行了測試，試圖了解當(dāng)近地軌道上擠滿了類似于SpaceX“星鏈”衛(wèi)星的情況下，該望遠(yuǎn)鏡的工作效果如何。不出所料，結(jié)果并不是很好。

▲目前正在智利建設(shè)中的魯賓天文臺

今年1月，正在智利建設(shè)的大型綜合巡天望遠(yuǎn)鏡（LSST）宣布更名為“國家科學(xué)基金會薇拉·魯賓天文臺”，以提供暗物質(zhì)存在重要證據(jù)的美國天文物理學(xué)家薇拉·魯賓（Vera C。Rubin）命名。魯賓天文臺項目科學(xué)團(tuán)隊的最新研究表明，一個由42000顆衛(wèi)星組成的巨型衛(wèi)星群將會嚴(yán)重破壞LSST的觀測。按計劃，LSST項目于2021年年底開始，2032年結(jié)束。

根據(jù)這項研究，近三分之一的LSST圖像預(yù)計都將包含至少一條衛(wèi)星軌跡，而對于在黃昏或黎明拍攝的圖像，幾乎都將包含至少一條衛(wèi)星軌跡。研究團(tuán)隊預(yù)計，如果不采取措施來解決這個問題，這個項目未來將不得不額外增加4年的工作時長。

為了紀(jì)念暗物質(zhì)研究的先驅(qū)薇拉·魯賓，天文臺將于明年晚些時候上線。屆時，天文學(xué)家將使用8.4米的西蒙尼勘測望遠(yuǎn)鏡和32億像素的LSST相機(jī)每晚拍攝1000張照片，觀測鄰近的恒星和遙遠(yuǎn)的星系。除了幫助天文學(xué)和宇宙學(xué)研究以外，魯賓天文臺還可以探測到接近地球的危險小行星。

▲在托洛洛山美洲際天文臺的暗能量相機(jī)（DECam）拍攝于2019年11月的圖像上，可以清楚看到“星鏈”衛(wèi)星留下的軌跡

“LSST巡天調(diào)查將創(chuàng)造出一幅宇宙的彩色動態(tài)圖景，讓不尋常的事情變得司空見慣，奇異的事物也可以被觀察到，”項目科學(xué)團(tuán)隊的報告寫道，“人類將首次以空間和時間的全景來觀察光學(xué)宇宙。因此，魯賓天文臺最大的進(jìn)步無疑將出乎我們的意料?！弊髡哌€補(bǔ)充道：“這就要求一個原始的、未受污染的夜空，幾千年來，這一直是地球居民與生俱來的權(quán)利?！?/p>

項目科學(xué)團(tuán)隊稱，理想情況下，魯賓天文臺望遠(yuǎn)鏡的曝光時間為30秒，能夠顯示出比肉眼可見物體暗2000萬倍的遙遠(yuǎn)天體。在如此高的光學(xué)靈敏度下，不難想象星鏈衛(wèi)星在天空中的軌跡會給巡天觀測帶來怎樣的巨大問題。

天文學(xué)家與衛(wèi)星打交道已經(jīng)有幾十年了，但是項目科學(xué)團(tuán)隊預(yù)計，在未來幾年將會有大量的新衛(wèi)星涌入天空。以SpaceX公司為例，自2019年5月以來，該公司已經(jīng)進(jìn)行了5次“星鏈”發(fā)射，將300顆衛(wèi)星送入近地軌道（LEO）。但這只是一小部分，這家由伊隆·馬斯克領(lǐng)導(dǎo)的公司希望在本世紀(jì)20年代中期向近地軌道發(fā)射42000顆星鏈衛(wèi)星。包括亞馬遜、OneWeb和三星在內(nèi)的競爭對手勢必也會有大動作，專家預(yù)測，到本世紀(jì)30年代，近地軌道衛(wèi)星的數(shù)量將達(dá)到5萬顆以上。

另一個影響天文學(xué)觀測的問題與這些衛(wèi)星的部署方式有關(guān)。星鏈衛(wèi)星最初會進(jìn)入290公里的軌道高度，然后上升到距地球表面550公里的運(yùn)行軌道（實際上仍然很低，因為可以用肉眼看到）。然而，在這個過程的早期階段，這些衛(wèi)星會產(chǎn)生標(biāo)志性的“空中火車效應(yīng)”。以每月兩列的速度發(fā)射，這些星鏈“衛(wèi)星列車”如今已經(jīng)成為夜空中半固定的存在。

根據(jù)這一情況，魯賓天文臺項目科學(xué)團(tuán)隊模擬了42000顆衛(wèi)星對LSST的影響。結(jié)果表明，大約30%的圖像將含有至少一條衛(wèi)星軌跡，而幾乎所有在黃昏期間——近地軌道衛(wèi)星最明亮的時候——拍攝的圖像也將被至少一顆衛(wèi)星搶鏡。

研究人員預(yù)計，低軌道衛(wèi)星的亮度將使天文圖像飽和，產(chǎn)生殘留的視覺信號，迫使科學(xué)家直接放棄這些圖像。根據(jù)科學(xué)團(tuán)隊的新研究，由于這些圖像的質(zhì)量可能會非常差，以至于長達(dá)10年的巡天調(diào)查還需要再增加4年時間才能彌補(bǔ)損失。

另一方面，星鏈衛(wèi)星群也會干擾其他研究，比如探測不明小行星，以及暗物質(zhì)研究等相關(guān)的宇宙學(xué)工作。

最近在夏威夷召開的美國天文學(xué)會會議上，天文學(xué)家們對這類問題進(jìn)行了討論。魯賓天文臺的團(tuán)隊很自然地將他們的擔(dān)憂傳達(dá)給了SpaceX公司，兩家機(jī)構(gòu)正在合作尋找解決方案。

根據(jù)項目科學(xué)團(tuán)隊的報告，可能的解決策略包括將衛(wèi)星的亮度降低10倍。這將需要開發(fā)新的技術(shù)（如低反射率涂料），增加額外成本，以及衛(wèi)星運(yùn)營商的支持。SpaceX公司已經(jīng)讓一顆“星鏈”衛(wèi)星變暗，以測試所謂的“遮陽傘”概念能否奏效。

項目科學(xué)團(tuán)隊的報告還指出，其他可能的解決方案包括采用強(qiáng)大的圖像處理算法來修復(fù)衛(wèi)星軌跡問題，以及開發(fā)預(yù)測衛(wèi)星軌道運(yùn)動的軟件，從而阻止望遠(yuǎn)鏡掃描特定的天空區(qū)域；魯賓天文臺的望遠(yuǎn)鏡視野接近10平方度，大約是月球在夜空中所占面積的40倍。如果有5萬多顆衛(wèi)星在地球周圍運(yùn)行，而望遠(yuǎn)鏡要進(jìn)行30秒的曝光，那么再先進(jìn)的軟件可能也很難找到一片沒有衛(wèi)星軌跡的天空區(qū)域。

因此，科學(xué)團(tuán)隊提出的另一個解決策略是對同一片天空進(jìn)行背靠背的15秒曝光。如果兩張圖片中有一張帶有衛(wèi)星尾跡，那就會被去掉。這不是一個偉大的解決方案，但仍然可以一試。

最后，希望魯賓天文臺的項目科學(xué)團(tuán)隊能與SpaceX公司達(dá)成某種協(xié)議，以更好地進(jìn)行天文學(xué)觀測。馬斯克在不久前表示，星鏈衛(wèi)星給天文學(xué)帶來的問題將是“0”，似乎一切都已經(jīng)解決。據(jù)雜志報道，馬斯克當(dāng)時是在一個衛(wèi)星會議上說這番話的，他表示，公司將“在高于0的情況下采取糾正措施”。最好他是認(rèn)真的，畢竟科學(xué)還是應(yīng)該先于利潤。