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人造卫星“污染”星空? 天文学界的担心不是没有道理

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2019-10-1608:58  来源:科技日报
 

  自从SpaceX发射首批星链卫星(StarLink),夜空中前所未见地显现一列“星空小火车”,在全球范围内引发一连串的疑问、担心、质疑。

  仰望星空的世界明显分成了两派:星链粉丝团VS星链反对派。反对者认为,60颗星链卫星既然能够形成一连串“星空虚线”,一旦星链星座全都部署完成,12000颗卫星势必造成网状密布,破坏原本纯美无瑕的星空,这是观星者的最大公害,天文观测的灾难。美国天文学会近日发表声明称,希望各方共同努力,正确评估其风险并确定适当的缓解措施。

   航天人士:卫星姿态尚不稳,未来光污染将降低

  微纳星空科技有限公司经理周鑫分析,目前看,卫星对地面观测带来的影响包括遮挡和反射两种形式。但是,客观来看,遮挡的效应通常不明显,翼展10米运行在500公里高度的卫星,在地面上看视场角最大只有4角秒左右,而一般人的视觉分辨率在3—5角分(180—300角秒)之间,因此肉眼几乎不可能发现夜空中的某个快速移动的点遮挡了夜空,当然国际空间站之类的庞然大物还是有可能被发现的。

  “除遮挡的效应外,如果卫星运行到达特定的轨道和角度,可能正好将阳光反射向地面,这时地面会很容易观测到。”他表示,对于多数卫星,由于卫星电能都是来自太阳能电池片,因此卫星面积最大的部分即太阳翼始终都是对着太阳,其他部分的反射光被地面观测到的概率事实上很低;但是另一方面,近年来国内外已经有一些公司(如俄罗斯Start Rocket公司)试图通过卫星自发光或是反射太阳光的形式从事一些商业或娱乐活动,例如广告、宣传等,这类有意为之的卫星确实可能对地面的天文观测产生比较明显的影响。

  周鑫认为,目前正常运行的卫星对夜空产生的影响几乎很难被觉察到,借助望远镜等设备虽说能够观测到,但是考虑到近地轨道卫星相对地面的速度是7公里/秒以上,干扰的效果在视野中会迅速消失。对于专业人士更是可以通过卫星的轨道数据进行相应的修正和去除,美国北美防空司令部即NORAD网站上记录了所有已知人造卫星的轨道数据。另一方面,以产生地面视觉效果为目的的卫星则确实有可能产生比较明显的影响。

  据科学家们分析,目前星链卫星被大量观察到有两个方面的原因:一是卫星还没有建立稳定姿态、太阳翼没有完成对太阳定向,较大面积的太阳翼产生的反射效应比较明显;二是卫星尚在部署阶段,没有完全在太空“铺开”而处于“扎堆”状态,容易被观测到,后续随着卫星逐渐建立稳定姿态、卫星星座部署的推进,被观测到的情况会越来越少。

  天文学家:有辐射有碎片,必然影响天文观测

  “类似星链计划这样的项目,要说对于天文观测完全没有影响是不可能的。”中国科学院紫金山天文台近地天体望远镜团组首席科学家赵海斌研究员表示,目前天文学家所关注的光污染主要是灯光污染,是人类的活动所需的灯光直接影响光学望远镜,或者反射到大气中间接影响望远镜的探测极限。

  赵海斌说,空间站等目标也会对观测图像造成污染,在天文观测图像中就能看到相关人造天体,影响的是局部的星场。其实,飞机的经过也会影响天文观测,污染还会更大一些。类似星链计划的项目,会在某个时间对某一块天区产生“污染”,从而降低了天文学家观测时这块天区的可用性。

  人造天体对天文观测的影响不仅是可见光污染。从事空间碎片研究的中国科学院国家天文台副研究员张耀在接受科技日报记者采访时说,以“中国天眼”500米口径球面射电望远镜(FAST)工程为例,为了避免FAST观测任务受到卫星过境时发射的或者转发的信号的影响,工程人员做观测任务计划时会提前进行卫星过境分析,将卫星过境的时段列为不可观测时间段,防止其信号干扰FAST的正常观测,甚至损害接收机。所以,大量的卫星星座项目对射电天文领域的探测是有较大影响的。

  “除了对射电天文的影响,大量的卫星组网项目对整个空间环境的影响也很大。”张耀表示,12000颗星链卫星主要运行在高度为500公里到600公里的轨道,造成该轨道附近卫星之间十分拥挤,相互之间的碰撞几率大大增加,从而造成更多的空间碎片。如果不采取一些相对应的减缓措施,若出现爆炸链式反应,将导致空间的不可持续利用。

  破解之道:出台规范措施,让航天与天文共发展

  “天文学界的担心不是完全没有道理。”中国科学院空天信息研究院海南研究院执行院长杨天梁认为,天文界和航天界都应客观辩证地分析问题。随着航天航空技术的发展,各方面成本大大降低,天文观测的成本也会降低,航天界应充分考虑并尽量减少污染,天文界在条件具备后也可考虑把观测平台架到外太空去。

  “卫星部署所带来的光污染通过某些技术手段应该可以解决。”开采夫(杭州)科技有限公司首席运营官李政表示,“而且卫星也是一种有效的天文观测手段。充分利用新技术可以实现更好的天文观测。卫星业的发展会对天文卫星的发展产生积极作用。”

  张耀认为,为减少干扰,把观测站点从陆地转移到太空,不失为一个好办法。这样的好处会很多,避免了地基观测的地域、天气、大气、光污染限制,同样的仪器性能指标能够获得更精确的观测数据。GAIA卫星、NEOWISE卫星等就是将巡天观测设备和近地天体观测设备从地面搬到空间,获得了更多的有效观测数据,取得了更加丰富的科学产出。

  如何从源头上减少干扰?不久前,SpaceX首席执行官埃隆·马斯克曾回应“观星污染说”,表示他已经责成星链团队研究如何降低卫星反射率。下一批星链卫星很可能会减少甚至完全消除星闪现象。

  张耀表示,目前国际上有三个组织发布了关于抑制空间碎片产生、保护空间环境可持续发展的法规规范,但是都没有太强的约束性。同时欧盟、美国、俄罗斯、中国等也相应制定了区域性或者国家的相关政策,保障航天活动的可持续发展。目前各国制定的政策和法规,大部分是从航天角度针对在航天发射、卫星在轨任务运行和任务后弃置三个阶段抑制碎片制定的。从天文观测方面来看,主要是各个地方政府为了保护地面测站的观测环境会制定相应的地方性规章制度,例如贵州省为保障FAST观测,专门制定了《贵州省500米口径球面射电望远镜电磁波宁静区保护办法》等一系列地方性法规。

  张耀认为,商业航天的兴起是一个大趋势,无法避免。作为政府管理部门来说,应制定相应的规范措施,引导商业航天规范有序发展。做到既发挥其优势,也能够让航天与天文研究等和谐发展。(王祝华 记者 江东洲 刘 昊)

(责编:乔雪峰、吕骞)

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