人造衛星會怎樣危害到天文學：我們能為此做什麼？
天文學面臨危機，天文學家苦不堪言？人造衛星究竟改變了什麼？
光學射電目視天文學的危機！衛星部署如火如荼，讓我們失去了什麼？
（圖解：這張概念想像圖展示了2022年「星鏈計劃」中由30000顆人造衛星形成的星座。圖中不同的顏色代表了不同的子星座。圖源：ESO）
隨著越來越多像太空探索技術公司（SpaceX）這樣的公司不斷向我們的天空中發射人造衛星，您也許聽到過天文學家們日漸加重的埋怨聲。天文學家們並不是反對這些人造衛星提供的通訊網絡，但是他們對宇宙地基觀測的未來的擔憂，也並非空穴來風。然而，只有為數不多的天文學家可以通過自己的力量來減輕這個問題帶來的影響。
[圖解：太空技術探索公司（SpaceX）2020年部署星鏈計劃的開年第一發。圖源：TESLARATI。]
一份來自2021年「保護暗夜靜空」會議的報告稱：
通訊人造衛星星座對社會的貢獻是毋庸置疑的，但是它們對原本的天空和天文學造成的影響亟待關注，因為這涉及到的不僅是人類的文化遺產，還關乎到科學的進步。
人造衛星會怎樣危害到天文學：人造衛星數量不斷增長帶來的問題
隨著越來越多的人造衛星不斷填滿近地環繞軌道，天文學家們正面臨著各種各樣的問題。光學和紅外望遠鏡受到了來自這巨大的人造衛星星座的影響——包括一些較大的在野外進行探測的望遠鏡，以及出現晨昏蒙影時，人造衛星反射太陽光會對觀測的望遠鏡產生影響。
（圖解：晨昏蒙影。圖源pxhere。）
歐洲空間組織（ESO）就對2021年的研究發現進行了報告：
人造衛星對長時間曝光的望遠鏡的影響是十分顯著的，其中有高達3%的望遠鏡會在晨昏蒙影時受到影響。同時研究也發現，這些新人造衛星星座的大部分影響體現在野外探測上，例如美國國家科學基金會的薇拉·C·魯賓天文台，高達30-50%的晨昏蒙影觀測會被嚴重地影響。
（圖解：薇拉·C·魯賓天文台外觀。圖源：vigilia。）
當然，我們在討論科學。所以作為科學家，他們已經正式開始對這個問題進行研究。2020年和2021年的研究都顯示了光學和紅外望遠鏡受到的影響。研究發現，像甚大望遠鏡（VLT）和加州特大望遠鏡（ELT）這樣的望遠鏡們會受到這個巨大人造衛星星座的「輕度影響」。而還有一些望遠鏡，比如智利的正在建設中的魯賓天文台，將會受到更嚴重的影響——它們在發現超新星和潛在威脅小行星方面顯得至關重要，因為這些望遠鏡可以在很短時間內迅速掃過很寬的區域。
對射電天文學的影響
射電天文學有自己特別的擔心之處——因為射電望遠鏡觀測的並不是電磁波譜中的可見波，所以面對的自然不是「可見性」的問題。對於射電望遠鏡，主要問題來源於人造衛星發送給地球的信號。此外，射電望遠鏡不只是觀測夜空裡微弱的光。它們在一整天內無時無刻不在觀測天空，所以，人造衛星對它們的影響時時刻刻存在，不只是晨昏蒙影的時候。
[圖解：中國天眼FAST，全稱500米口徑球面射電望遠鏡（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，FAST），位於中國貴州省黔南布依族苗族自治州境內。是世界上最大最靈敏的單口徑射電望遠鏡。用於探索宇宙的起源和演化。圖源The Daily Telegraph。]
但是，如果只有這個影響，那您就低估了人造衛星們。一顆人造衛星的信號比射電天文學研究的微弱的宇宙背景源的要強太多太多，它甚至不用在被觀測物體的正前方，就能對研究進行干擾。同時，處於射電望遠鏡的「外圍視野」的人造衛星信號源也能對觀測造成干擾。
歐南台（ESO）關於人造衛星對射電天文學的潛在威脅進行了描述：
在天文觀測台視野中數以百計的無線電發射機，將會影響這些高敏感度的射電望遠鏡的測量。
射電天文學家對這種干擾有一些應對措施，他們把它叫做「頻譜管理」。國際電信聯盟的無線電通信部門（ITU-R）也頒布法規來幫助天文學家們對特定頻段和波長範圍進行觀測。然而，最近的大型電信人造衛星又構成了一些新的威脅。
有一種建議是，設計人造衛星使其可以避免將信號直接發射在射電望遠鏡和射電寧靜區中。同時，人造衛星星座產生的累計的電磁噪音必須被控制在國際電信聯盟已規定的標準以下。
來自平方千米[射電望遠鏡]陣天文台（SKAO）的菲利普·戴蒙德（Philip Diamond）總結了這個問題：
在即將到來的一年裡，對數以千計的近地環繞軌道人造衛星的部署，會在天空中產生一個數量大得多的快速移動的無線電發射源，這將不可避免地改變這片天空的樣貌，也將影響人類探索宇宙的能力。
目視天文學家能做些什麼？
設想一下，如果有一個電腦程式，可以迅速地把人造衛星留下的軌跡和造成的干擾從天文學家們的數據中清除掉，那一定會很棒——但是這不是一般的難。
一份最近發表的報告中概括了拍攝到的圖片上近地環繞地球衛星帶來的問題：
它們在天文學的圖片上留下了它們繞轉的軌跡，明顯減少了收集到的數據的科學可用性。後期加工圖片只能進行部分的補救——較亮的軌跡會使探測器飽和，導致部分圖像不可用；而清除較暗的軌跡時，會對一些重大科學項目造成嚴重影響，例如統計天文學，以及自動化巡天中對黯淡星系的觀測。
（圖解：天文愛好者茲德內克·巴登（Zdenek Bardon）拍攝ATLAS彗星時遇到星鏈過境。橫穿整張圖片的細長密集的線條就是人造衛星留下的軌跡。圖源：zhuanlan.zhihu。）
但也有一些天文學家可以做的事兒，而他們一直以來也在這麼做。他們可以避免去觀測人造衛星將要經過的天域，減少對在地影區域的天空的觀測，以及當人造衛星掠過觀測視野時迅速關閉快門。但這些都需要對成百上千的人造衛星軌跡進行了解，還要做充足的預先計劃。顯然，這對於很多的情況在現實中並不太可能。
人造衛星的研發人員能些做什麼？
其他減輕影響的辦法是，讓人造衛星的研發人員調整他們的設計（比如，讓人造衛星變暗）。同時，他們也可以設計一種能升高到光學望遠鏡視野之外的人造衛星，還可以讓那些不再運轉的人造衛星脫離軌道，還有其他一些助於干擾最小化的可供考慮的辦法。在多數情況下，人造衛星研發者都表示願意對此進行合作。
不幸的是，在這些公司計劃部署這座巨大的人造衛星星座時，並沒有提前告知天文學家。所以天空中早已布滿很多沒有受到任何限制的人造衛星，以至於天文學家們吃力地想辦法縮小他們對觀測的影響。他們的努力沒有白費，一個新的專門收集來自社區，天文學家，普通群眾，以及社會各方的數據的中心局應運而生了，它專為更好地了解人造衛星對夜空的影響。
官方機構對減少來自人造衛星帶來的危害所做的努力
在2022年6月，國際天文學聯合會（IAU），連同美國國家光學紅外天文研究實驗室（NOIRLab）和平方千米[射電望遠鏡]陣天文台（SKAO）一起，建立了「保護暗夜靜空免受人造衛星星座干擾」中心（CPS）。這個中心強調，提供寬帶服務的近地環繞人造衛星造成的干擾正顯著增大——包括已發射的和計劃中的人造衛星。在他們的官網上，您可以看到實時的已發射和計劃中的人造衛星星座的數量，以及其他一些數據。
如下是美國國家光學紅外天文研究實驗室（NOIRLab）的總監康妮·沃克（Connie Walker）的發言：
在2019年，太空探索技術公司（SpaceX）發射了星鏈計劃的前60顆衛星。從那以後，來自更多公司的人造衛星的數量開始呈指數型增長，影響著天文學領域。在2019和2020年，有四個關鍵研討會明確指出了這個問題，並在天文學家，民間衛星工業，太空律師以及來自世界各地的人們的幫助下提出了解決該問題的方案。
在航空航天法同行評議期刊中，歐洲空間組織（ESO）的科學家們於2021年9月發表了一篇研究。這份研究警告，如果不限制人造衛星的數量，會使天文學陷入很大的危險。他們也一再強調人造衛星星座給天文學帶來的影響。他們正不遺餘力地提出可以讓人造衛星和觀測天文學都不受任何危害性的干涉以繼續發展的協調性方案。
當人造衛星危害天文學時，我們在失去什麼？
來自歐洲空間組織（ESO）的一項研究估計，在未來將會有多達100顆人造衛星在晨昏蒙影時能被肉眼直接觀察到。設想一下吧，那會讓您自己頭頂的夜空的景象發生什麼樣的改變？如果您的專業與觀測衛星之後的目標有關，我們將要如何去學習宇宙、或者觀測對於地球潛在威脅呢？
(圖解：城市光污染程度圖。從右到左依次是：0-城市/市中心的天空，1-郊區/城市過度，2-明亮的郊區天空，3-郊區天空，4-郊區/農村過渡，5-農村天空，6-夜空較明顯區，7-看夜空的好地方。圖源：noirlab）
國際天文學聯合會（IAU）創立了「暗夜靜空」工作小組。正如國際天文學聯合會（IAU）的主席德布拉·艾姆葛林（Debra Elmegreen）所總結的那樣：
地表人造燈光對我們天空景象的干擾，人造衛星星座留下的光學和紅外軌跡，無線電波在地面和天空中的傳輸，都是對天文學觀測的切實存在的威脅。
仰望星空，在人類的歷史和文明里，都是必不可少的一部分。此外，不經污染的夜空對野生動物們也是不可或缺的。
（圖源：HuffPost）
本文要旨：人造衛星的巨大星座對會危害到天文學。它們破壞了光學和紅外望遠鏡拍攝的圖像，也干擾了射電天文學。天文學家們正在竭盡全力地限制它們帶來的影響。
BY:Kelly Kizer Whittand
FY:Stella
如有相關內容侵權，請在作品發布後聯繫作者刪除
轉載還請取得授權，並注意保持完整性和註明出處