人造卫星对天文学的影响，是好还是坏？答案不可思议

人造卫星会怎样危害到天文学：我们能为此做什么？

天文学面临危机，天文学家苦不堪言？人造卫星究竟改变了什么？

光学射电目视天文学的危机！卫星部署如火如荼，让我们失去了什么？

（图解：这张概念想象图展示了2022年“星链计划”中由30000颗人造卫星形成的星座。图中不同的颜色代表了不同的子星座。图源：ESO）

随着越来越多像太空探索技术公司（SpaceX）这样的公司不断向我们的天空中发射人造卫星，您也许听到过天文学家们日渐加重的埋怨声。天文学家们并不是反对这些人造卫星提供的通讯网络，但是他们对宇宙地基观测的未来的担忧，也并非空穴来风。然而，只有为数不多的天文学家可以通过自己的力量来减轻这个问题带来的影响。

[图解：太空技术探索公司（SpaceX）2020年部署星链计划的开年第一发。图源：TESLARATI。]

一份来自2021年“保护暗夜静空”会议的报告称：

通讯人造卫星星座对社会的贡献是毋庸置疑的，但是它们对原本的天空和天文学造成的影响亟待关注，因为这涉及到的不仅是人类的文化遗产，还关乎到科学的进步。

人造卫星会怎样危害到天文学：人造卫星数量不断增长带来的问题

随着越来越多的人造卫星不断填满近地环绕轨道，天文学家们正面临着各种各样的问题。光学和红外望远镜受到了来自这巨大的人造卫星星座的影响——包括一些较大的在野外进行探测的望远镜，以及出现晨昏蒙影时，人造卫星反射太阳光会对观测的望远镜产生影响。

（图解：晨昏蒙影。图源pxhere。）

欧洲空间组织（ESO）就对2021年的研究发现进行了报告：

人造卫星对长时间曝光的望远镜的影响是十分显著的，其中有高达3%的望远镜会在晨昏蒙影时受到影响。同时研究也发现，这些新人造卫星星座的大部分影响体现在野外探测上，例如美国国家科学基金会的薇拉·C·鲁宾天文台，高达30-50%的晨昏蒙影观测会被严重地影响。

（图解：薇拉·C·鲁宾天文台外观。图源：vigilia。）

当然，我们在讨论科学。所以作为科学家，他们已经正式开始对这个问题进行研究。2020年和2021年的研究都显示了光学和红外望远镜受到的影响。研究发现，像甚大望远镜（VLT）和加州特大望远镜（ELT）这样的望远镜们会受到这个巨大人造卫星星座的“轻度影响”。而还有一些望远镜，比如智利的正在建设中的鲁宾天文台，将会受到更严重的影响——它们在发现超新星和潜在威胁小行星方面显得至关重要，因为这些望远镜可以在很短时间内迅速扫过很宽的区域。

对射电天文学的影响

射电天文学有自己特别的担心之处——因为射电望远镜观测的并不是电磁波谱中的可见波，所以面对的自然不是“可见性”的问题。对于射电望远镜，主要问题来源于人造卫星发送给地球的信号。此外，射电望远镜不只是观测夜空里微弱的光。它们在一整天内无时无刻不在观测天空，所以，人造卫星对它们的影响时时刻刻存在，不只是晨昏蒙影的时候。

[图解：中国天眼FAST，全称500米口径球面射电望远镜（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，FAST），位于中国贵州省黔南布依族苗族自治州境内。是世界上最大最灵敏的单口径射电望远镜。用于探索宇宙的起源和演化。图源The Daily Telegraph。]

但是，如果只有这个影响，那您就低估了人造卫星们。一颗人造卫星的信号比射电天文学研究的微弱的宇宙背景源的要强太多太多，它甚至不用在被观测物体的正前方，就能对研究进行干扰。同时，处于射电望远镜的“外围视野”的人造卫星信号源也能对观测造成干扰。

欧南台（ESO）关于人造卫星对射电天文学的潜在威胁进行了描述：

在天文观测台视野中数以百计的无线电发射机，将会影响这些高敏感度的射电望远镜的测量。

射电天文学家对这种干扰有一些应对措施，他们把它叫做“频谱管理”。国际电信联盟的无线电通信部门（ITU-R）也颁布法规来帮助天文学家们对特定频段和波长范围进行观测。然而，最近的大型电信人造卫星又构成了一些新的威胁。

有一种建议是，设计人造卫星使其可以避免将信号直接发射在射电望远镜和射电宁静区中。同时，人造卫星星座产生的累计的电磁噪音必须被控制在国际电信联盟已规定的标准以下。

来自平方千米[射电望远镜]阵天文台（SKAO）的菲利普·戴蒙德（Philip Diamond）总结了这个问题：

在即将到来的一年里，对数以千计的近地环绕轨道人造卫星的部署，会在天空中产生一个数量大得多的快速移动的无线电发射源，这将不可避免地改变这片天空的样貌，也将影响人类探索宇宙的能力。

目视天文学家能做些什么？

设想一下，如果有一个电脑程序，可以迅速地把人造卫星留下的轨迹和造成的干扰从天文学家们的数据中清除掉，那一定会很棒——但是这不是一般的难。

一份最近发表的报告中概括了拍摄到的图片上近地环绕地球卫星带来的问题：

它们在天文学的图片上留下了它们绕转的轨迹，明显减少了收集到的数据的科学可用性。后期加工图片只能进行部分的补救——较亮的轨迹会使探测器饱和，导致部分图像不可用；而清除较暗的轨迹时，会对一些重大科学项目造成严重影响，例如统计天文学，以及自动化巡天中对黯淡星系的观测。

（图解：天文爱好者兹德内克·巴登（Zdenek Bardon）拍摄ATLAS彗星时遇到星链过境。横穿整张图片的细长密集的线条就是人造卫星留下的轨迹。图源：zhuanlan.zhihu。）

但也有一些天文学家可以做的事儿，而他们一直以来也在这么做。他们可以避免去观测人造卫星将要经过的天域，减少对在地影区域的天空的观测，以及当人造卫星掠过观测视野时迅速关闭快门。但这些都需要对成百上千的人造卫星轨迹进行了解，还要做充足的预先计划。显然，这对于很多的情况在现实中并不太可能。

人造卫星的研发人员能些做什么？

其他减轻影响的办法是，让人造卫星的研发人员调整他们的设计（比如，让人造卫星变暗）。同时，他们也可以设计一种能升高到光学望远镜视野之外的人造卫星，还可以让那些不再运转的人造卫星脱离轨道，还有其他一些助于干扰最小化的可供考虑的办法。在多数情况下，人造卫星研发者都表示愿意对此进行合作。

不幸的是，在这些公司计划部署这座巨大的人造卫星星座时，并没有提前告知天文学家。所以天空中早已布满很多没有受到任何限制的人造卫星，以至于天文学家们吃力地想办法缩小他们对观测的影响。他们的努力没有白费，一个新的专门收集来自社区，天文学家，普通群众，以及社会各方的数据的中心局应运而生了，它专为更好地了解人造卫星对夜空的影响。

官方机构对减少来自人造卫星带来的危害所做的努力

在2022年6月，国际天文学联合会（IAU），连同美国国家光学红外天文研究实验室（NOIRLab）和平方千米[射电望远镜]阵天文台（SKAO）一起，建立了“保护暗夜静空免受人造卫星星座干扰”中心（CPS）。这个中心强调，提供宽带服务的近地环绕人造卫星造成的干扰正显著增大——包括已发射的和计划中的人造卫星。在他们的官网上，您可以看到实时的已发射和计划中的人造卫星星座的数量，以及其他一些数据。

如下是美国国家光学红外天文研究实验室（NOIRLab）的总监康妮·沃克（Connie Walker）的发言：

在2019年，太空探索技术公司（SpaceX）发射了星链计划的前60颗卫星。从那以后，来自更多公司的人造卫星的数量开始呈指数型增长，影响着天文学领域。在2019和2020年，有四个关键研讨会明确指出了这个问题，并在天文学家，民间卫星工业，太空律师以及来自世界各地的人们的帮助下提出了解决该问题的方案。

在航空航天法同行评议期刊中，欧洲空间组织（ESO）的科学家们于2021年9月发表了一篇研究。这份研究警告，如果不限制人造卫星的数量，会使天文学陷入很大的危险。他们也一再强调人造卫星星座给天文学带来的影响。他们正不遗余力地提出可以让人造卫星和观测天文学都不受任何危害性的干涉以继续发展的协调性方案。

当人造卫星危害天文学时，我们在失去什么？

来自欧洲空间组织（ESO）的一项研究估计，在未来将会有多达100颗人造卫星在晨昏蒙影时能被肉眼直接观察到。设想一下吧，那会让您自己头顶的夜空的景象发生什么样的改变？如果您的专业与观测卫星之后的目标有关，我们将要如何去学习宇宙、或者观测对于地球潜在威胁呢？

(图解：城市光污染程度图。从右到左依次是：0-城市/市中心的天空，1-郊区/城市过度，2-明亮的郊区天空，3-郊区天空，4-郊区/农村过渡，5-农村天空，6-夜空较明显区，7-看夜空的好地方。图源：noirlab）

国际天文学联合会（IAU）创立了“暗夜静空”工作小组。正如国际天文学联合会（IAU）的主席德布拉·艾姆葛林（Debra Elmegreen）所总结的那样：

地表人造灯光对我们天空景象的干扰，人造卫星星座留下的光学和红外轨迹，无线电波在地面和天空中的传输，都是对天文学观测的切实存在的威胁。

仰望星空，在人类的历史和文明里，都是必不可少的一部分。此外，不经污染的夜空对野生动物们也是不可或缺的。

（图源：HuffPost）

本文要旨：人造卫星的巨大星座对会危害到天文学。它们破坏了光学和红外望远镜拍摄的图像，也干扰了射电天文学。天文学家们正在竭尽全力地限制它们带来的影响。

BY:Kelly Kizer Whittand

FY:Stella

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