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人造衛星“污染”星空? 天文學界的擔心不是沒有道理
2019-06-20 08:48:06 來源: 科技日報
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  自從SpaceX發射首批星鏈衛星(StarLink),夜空中前所未見地顯現一列“星空小火車”,在全球范圍內引發一連串的疑問、擔心、質疑。

  仰望星空的世界明顯分成了兩派:星鏈粉絲團VS星鏈反對派。反對者認為,60顆星鏈衛星既然能夠形成一連串“星空虛線”,一旦星鏈星座全都部署完成,12000顆衛星勢必造成網狀密布,破壞原本純美無瑕的星空,這是觀星者的最大公害,天文觀測的災難。美國天文學會近日發表聲明稱,希望各方共同努力,正確評估其風險並確定適當的緩解措施。

  航天人士:衛星姿態尚不穩,未來光污染將降低

  微納星空科技有限公司經理周鑫分析,目前看,衛星對地面觀測帶來的影響包括遮擋和反射兩種形式。但是,客觀來看,遮擋的效應通常不明顯,翼展10米運行在500公裏高度的衛星,在地面上看視場角最大只有4角秒左右,而一般人的視覺分辨率在3—5角分(180—300角秒)之間,因此肉眼幾乎不可能發現夜空中的某個快速移動的點遮擋了夜空,當然國際空間站之類的龐然大物還是有可能被發現的。

  “除遮擋的效應外,如果衛星運行到達特定的軌道和角度,可能正好將陽光反射向地面,這時地面會很容易觀測到。”他表示,對于多數衛星,由于衛星電能都是來自太陽能電池片,因此衛星面積最大的部分即太陽翼始終都是對著太陽,其他部分的反射光被地面觀測到的概率事實上很低;但是另一方面,近年來國內外已經有一些公司(如俄羅斯Start Rocket公司)試圖通過衛星自發光或是反射太陽光的形式從事一些商業或娛樂活動,例如廣告、宣傳等,這類有意為之的衛星確實可能對地面的天文觀測産生比較明顯的影響。

  周鑫認為,目前正常運行的衛星對夜空産生的影響幾乎很難被覺察到,借助望遠鏡等設備雖説能夠觀測到,但是考慮到近地軌道衛星相對地面的速度是7公裏/秒以上,幹擾的效果在視野中會迅速消失。對于專業人士更是可以通過衛星的軌道數據進行相應的修正和去除,美國北美防空司令部即NORAD網站上記錄了所有已知人造衛星的軌道數據。另一方面,以産生地面視覺效果為目的的衛星則確實有可能産生比較明顯的影響。

  據科學家們分析,目前星鏈衛星被大量觀察到有兩個方面的原因:一是衛星還沒有建立穩定姿態、太陽翼沒有完成對太陽定向,較大面積的太陽翼産生的反射效應比較明顯;二是衛星尚在部署階段,沒有完全在太空“鋪開”而處于“扎堆”狀態,容易被觀測到,後續隨著衛星逐漸建立穩定姿態、衛星星座部署的推進,被觀測到的情況會越來越少。

  天文學家:有輻射有碎片,必然影響天文觀測

  “類似星鏈計劃這樣的項目,要説對于天文觀測完全沒有影響是不可能的。”中國科學院紫金山天文臺近地天體望遠鏡團組首席科學家趙海斌研究員表示,目前天文學家所關注的光污染主要是燈光污染,是人類的活動所需的燈光直接影響光學望遠鏡,或者反射到大氣中間接影響望遠鏡的探測極限。

  趙海斌説,空間站等目標也會對觀測圖像造成污染,在天文觀測圖像中就能看到相關人造天體,影響的是局部的星場。其實,飛機的經過也會影響天文觀測,污染還會更大一些。類似星鏈計劃的項目,會在某個時間對某一塊天區産生“污染”,從而降低了天文學家觀測時這塊天區的可用性。

  人造天體對天文觀測的影響不僅是可見光污染。從事空間碎片研究的中國科學院國家天文臺副研究員張耀在接受科技日報記者採訪時説,以“中國天眼”500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)工程為例,為了避免FAST觀測任務受到衛星過境時發射的或者轉發的信號的影響,工程人員做觀測任務計劃時會提前進行衛星過境分析,將衛星過境的時段列為不可觀測時間段,防止其信號幹擾FAST的正常觀測,甚至損害接收機。所以,大量的衛星星座項目對射電天文領域的探測是有較大影響的。

  “除了對射電天文的影響,大量的衛星組網項目對整個空間環境的影響也很大。”張耀表示,12000顆星鏈衛星主要運行在高度為500公裏到600公裏的軌道,造成該軌道附近衛星之間十分擁擠,相互之間的碰撞幾率大大增加,從而造成更多的空間碎片。如果不採取一些相對應的減緩措施,若出現爆炸鏈式反應,將導致空間的不可持續利用。

  破解之道:出臺規范措施,讓航天與天文共發展

  “天文學界的擔心不是完全沒有道理。”中國科學院空天信息研究院海南研究院執行院長楊天梁認為,天文界和航天界都應客觀辯證地分析問題。隨著航天航空技術的發展,各方面成本大大降低,天文觀測的成本也會降低,航天界應充分考慮並盡量減少污染,天文界在條件具備後也可考慮把觀測平臺架到外太空去。

  “衛星部署所帶來的光污染通過某些技術手段應該可以解決。”開採夫(杭州)科技有限公司首席運營官李政表示,“而且衛星也是一種有效的天文觀測手段。充分利用新技術可以實現更好的天文觀測。衛星業的發展會對天文衛星的發展産生積極作用。”

  張耀認為,為減少幹擾,把觀測站點從陸地轉移到太空,不失為一個好辦法。這樣的好處會很多,避免了地基觀測的地域、天氣、大氣、光污染限制,同樣的儀器性能指標能夠獲得更精確的觀測數據。GAIA衛星、NEOWISE衛星等就是將巡天觀測設備和近地天體觀測設備從地面搬到空間,獲得了更多的有效觀測數據,取得了更加豐富的科學産出。

  如何從源頭上減少幹擾?不久前,SpaceX首席執行官埃隆·馬斯克曾回應“觀星污染説”,表示他已經責成星鏈團隊研究如何降低衛星反射率。下一批星鏈衛星很可能會減少甚至完全消除星閃現象。

  張耀表示,目前國際上有三個組織發布了關于抑制空間碎片産生、保護空間環境可持續發展的法規規范,但是都沒有太強的約束性。同時歐盟、美國、俄羅斯、中國等也相應制定了區域性或者國家的相關政策,保障航天活動的可持續發展。目前各國制定的政策和法規,大部分是從航天角度針對在航天發射、衛星在軌任務運行和任務後棄置三個階段抑制碎片制定的。從天文觀測方面來看,主要是各個地方政府為了保護地面測站的觀測環境會制定相應的地方性規章制度,例如貴州省為保障FAST觀測,專門制定了《貴州省500米口徑球面射電望遠鏡電磁波寧靜區保護辦法》等一係列地方性法規。

  張耀認為,商業航天的興起是一個大趨勢,無法避免。作為政府管理部門來説,應制定相應的規范措施,引導商業航天規范有序發展。做到既發揮其優勢,也能夠讓航天與天文研究等和諧發展。(王祝華 記者 江東洲 劉 昊)

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【糾錯】 責任編輯: 楊婷
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