星鏈衛(wèi)星影響天文觀測 受影響圖像數(shù)量兩年間增加35倍

1月18日消息，天文學(xué)家在巡天望遠鏡所拍攝的圖像分析證實，天文觀測圖像中出現(xiàn)星鏈衛(wèi)星軌跡的情況越來越多。如果SpaceX獲批衛(wèi)星全部升空，相關(guān)望遠鏡觀測圖像中都將會出現(xiàn)星鏈衛(wèi)星軌跡，這對黃昏時分天文觀測產(chǎn)生的影響更大。

SpaceX旗下“星鏈”互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)需要在軌運行密集的衛(wèi)星群來提供低延遲網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)。目前整個星鏈系統(tǒng)已經(jīng)有超過1500顆在軌衛(wèi)星，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）此前已經(jīng)批準了12000顆星鏈衛(wèi)星的發(fā)射。這讓天文學(xué)家憂心忡忡。盡管SpaceX已采取措施減少衛(wèi)星運行所產(chǎn)生的影響，但無法完全消除地面觀測中衛(wèi)星所留下的痕跡。

這一問題有多嚴重？在過去的兩年時間里，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)巡天望遠鏡所拍攝畫面中，受星鏈衛(wèi)星軌跡影響的圖像數(shù)量增加了35倍。研究人員估計，如果星鏈按計劃發(fā)射所有衛(wèi)星，幾乎每一張觀測圖像中都至少有一條星鏈衛(wèi)星的軌跡。

放眼望去太多了

天文學(xué)家用于分析這一影響的地面觀測設(shè)施是帕洛瑪天文臺的茨威基瞬變設(shè)施(ZTF)。ZTF被用于捕捉宇宙中的超新星等罕見事件，其反復(fù)掃描整個天空，用軟件篩查在早期圖像中不存在但在后期圖像中出現(xiàn)的物體。ZTF的高靈敏度使其能夠很好地識別出小行星以及太陽系中其他較暗的天體。

ZTF主要通過寬視場和巨型相機來快速掃描整個天空，但這也增加了看到星鏈衛(wèi)星軌跡的可能性。

為了確定星鏈衛(wèi)星被ZTF相機捕捉到的頻率，研究團隊采集了所有星鏈衛(wèi)星的軌道數(shù)據(jù)，并將其與ZTF每一張存檔圖像中觀測的天空區(qū)域進行比較。一旦一幅圖像被確定為可能捕捉到星鏈衛(wèi)星圖像，研究人員就會使用軟件來檢測圖像中是否存在明亮軌跡。這一分析涵蓋了從2019年11月到2021年9月大約兩年時間的ZTF觀測圖像。

圖示：藍色是每十天內(nèi)望遠鏡觀測圖像中出現(xiàn)星鏈衛(wèi)星軌跡的數(shù)量，紅色是同期在軌運行的星鏈衛(wèi)星數(shù)量。

這段時間SpaceX正在快速打造星鏈網(wǎng)絡(luò)。起初只有大約100顆星鏈在軌運行，通常ZTF望遠鏡在10天的觀測中不會探測到一顆星鏈衛(wèi)星。當(dāng)500顆衛(wèi)星進入軌道后，看不到星鏈衛(wèi)星的周期有所縮短。當(dāng)近地軌道上有超過1500顆星鏈衛(wèi)星時，ZTF通常會在10天左右的時間內(nèi)記錄到超過200顆衛(wèi)星。

黃昏時分進行觀測所受到的影響最為明顯。那些捕捉地平線的觀測角度會讓星鏈衛(wèi)星軌跡占據(jù)觀測圖像的更多空間。此外黃昏時分太陽所處位置也點亮了更多衛(wèi)星。因此，大約64%的星鏈衛(wèi)星軌跡是在黃昏時分拍到的。隨著衛(wèi)星數(shù)量的增加，觀測圖像中出現(xiàn)衛(wèi)星軌跡的數(shù)量也出現(xiàn)了爆炸式增長。在2020年末，只有大約6%的黃昏觀測圖像受到影響。到2021年底，這一數(shù)字增長到18%。

隨著天文學(xué)界的抱怨越來越多，SpaceX在新一代星鏈衛(wèi)星上安裝了遮光罩。研究人員比較了不同星鏈衛(wèi)星的能見度，發(fā)現(xiàn)使用遮光罩的星鏈衛(wèi)星亮度下降了大約4.6倍，但衛(wèi)星可見性仍然高于解決問題研討會上所設(shè)定的目標。

目前圖像中的星鏈衛(wèi)星軌跡細小，加之可以通過軟件進行識別并處理，所以對天文觀測的影響不算大。研究人員估計，目前而言，因為與星鏈衛(wèi)星軌跡重合而導(dǎo)致錯過罕見天文事件的概率只有0.04%。但是，由于這個問題在黃昏觀測中最為嚴重，更有可能影響到天文學(xué)家對彗星和小行星等太陽系內(nèi)天體的搜索。這一問題還可能會變得更糟。SpaceX已經(jīng)獲準發(fā)射1萬多顆星鏈衛(wèi)星。當(dāng)在軌運行的星鏈衛(wèi)星數(shù)量超過1萬顆時，每一張黃昏時分拍攝的圖像都可能包含一條星鏈軌跡。SpaceX表示，其最終希望將在軌運行的衛(wèi)星數(shù)量增加到4萬顆以上，那樣所有在黃昏時分觀測的圖像都可能包含四條星鏈衛(wèi)星軌跡。

此外，SpaceX并不是唯一一家計劃提供衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的公司。如果所有公司都按照計劃發(fā)射衛(wèi)星，望遠鏡可以觀測到的近地軌道衛(wèi)星將多達10萬顆。

ZTF的主要任務(wù)是尋找遙遠高能現(xiàn)象引起的罕見事件，這在很大程度上不受越來越多衛(wèi)星軌跡的影響。由于目前影響罕見事件觀測的概率很小，將衛(wèi)星數(shù)量增加兩倍也不會對這種觀測產(chǎn)生顯著影響。但其他科學(xué)觀測任務(wù)中已經(jīng)出現(xiàn)了大量的光污染事件，而且情況只會變得更糟。（辰辰）

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