Rachel Street 在最近一次為薇拉·C·魯賓天文臺舉行的規劃會議後感到害怕。這座正在智利建造的新望遠鏡將每三個晚上拍攝一次整個天空，其觀測能力足以看到月球距離的golf球。它的主要專案，空間和時間遺產巡天，將繪製星系地圖，清點太陽系中的物體，並探索整個宇宙中神秘的閃光、爆炸和閃爍。但是，如果天空充滿了虛假的星星，這座望遠鏡可能永遠無法實現其目標。新的衛星星座群，例如SpaceX的星鏈，威脅要使真正的天體黯然失色，而這些天體正是天文學家感興趣的，也是人類在整個歷史中一直欽佩和思考的。“我參加的關於此事的會議越多，我們解釋它將產生的影響就越多，我就越害怕天文學將如何發展，”加州拉斯昆布雷斯天文臺的天文學家 Street 說。當一位天文學家提到將望遠鏡的觀測提前到日程中時，一種不祥的預感籠罩著她。她的同事們正在談論儘早進行基本觀測，因為在某個時候，可能為時已晚，根本無法進行觀測。“這讓我不寒而慄，”Street 回憶道。
隨著近地軌道充斥著電信衛星星座，天文學家們正在努力弄清楚，當許多宇宙物體幾乎被衛星閃爍的太陽能電池板和無線電嗶嗶聲遮蔽時，他們該如何工作。魯賓天文臺團隊和美國政府問責辦公室 (GAO) 最近的報告描述了一種可怕的局面，在這種局面下，天文學——第一門科學——受到直接威脅。天文學家表示，如果不加以控制，衛星星座不僅會危及魯賓天文臺的未來，還會危及幾乎所有在可見光下觀測宇宙的活動。“情況介於非常糟糕到可怕之間，”哈佛-史密森天體物理中心的天文學家 Jonathan McDowell 說，他追蹤衛星。“有多糟糕取決於未來幾年發射多少衛星以及它們的亮度。” “幾千顆衛星是令人討厭的事，但數十萬顆衛星是對地面天文學的生存威脅。”
望遠鏡專案經理正在重寫排程程式以避開新的衛星群，但隨著近地軌道航天器數量的不斷增加，這項已經不切實際的任務將變得不可能。天文學家正在嘗試編寫軟體，以從他們的全天影像中消除明亮的衛星條紋。但是，如果最新的計劃衛星進入軌道，這也將是徒勞的；它們太亮了，以至於威脅到望遠鏡相機的電子裝置。研究黑洞碰撞和近地小行星等各種現象的人們擔心他們的工作將變得不可能。天文學家們用越來越不祥的術語談論衛星群。“正如小雞快跑所說，天空要塌下來了。但我認為它真的要塌下來了，而不是一顆橡子，”加州大學戴維斯分校的天文學家、魯賓天文臺的首席科學家 Anthony Tyson 說。當談到發出警報時，“現在可能已經非常及時了。我甚至可能會說幾乎太晚了。”
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第一顆人造衛星是蘇聯於 1957 年 10 月發射的 Sputnik 1，現在任何時候都有超過 5,400 顆衛星在地球軌道上執行。根據關注科學家聯盟維護的資料庫，其中一半以上由美國公司或機構擁有。大多數衛星都在近地軌道上，距離地面不到 1,200 英里。這些衛星，包括國際空間站，大約每小時半完成一次完整軌道。
從 2019 年 5 月開始，SpaceX 開始用數百顆星鏈衛星填充這些軌道平面，這些衛星旨在在全球範圍內廣播網際網路和手機服務。根據McDowell 的追蹤工作，截至 2022 年 12 月，所有繞地球執行的衛星中有 3,268 顆是星鏈，超過一半。航天器成群發射並在軌道上以稱為星座的模式執行，使其能夠協同工作。衛星的數量和亮度都對天文學構成問題。它們在發射後不久最可見，像微小的耀眼列車一樣在暮光中閃爍。對於望遠鏡上的數碼相機來說，它們看起來像是明亮的光條紋，阻擋了星星和天文物體，同時過度曝光了整個視野。“這就像你開車在路上，你透過擋風玻璃向外看，迎面駛來一輛開著遠光燈的汽車，”Tyson 說。“你失去了很多資訊——不僅僅是在那些車頭燈的位置，而是在所有地方，你的眼睛也過度曝光了。”
如圖所示，衛星星座中的航天器以集體模式軌道執行以協同工作。圖片來源：Jacques Dayan/Alamy Stock Photo
在地面天文專案中，耗資 7 億美元的魯賓天文臺面臨著獨特的威脅。該望遠鏡計劃於 2024 年首次亮相，屆時包括星鏈星座和其他星座在內的數萬顆衛星可能會在地球軌道上執行。天文臺計劃的空間和時間遺產巡天將使用 8.4 米望遠鏡和 3.2 吉畫素數碼相機（有史以來最大的）在十年內每晚捕捉 1,000 張天空影像。每張影像將覆蓋 9.6 平方度的天空，大約是滿月面積的 40 倍。該望遠鏡旨在尋找新的和潛在威脅的近地天體，以及超新星等瞬態事件——以及 Tyson 所說的尚未有人想到的事物。但是，根據 Tyson 和 魯賓天文臺團隊去年 8 月釋出的分析報告，這些觀測可能會因“新衛星部署的驚人速度而嚴重退化”。
美國政府問責辦公室 (GAO) 編寫並於 9 月 29 日提交給國會的另一份報告發現，衛星星座可能會損害天文學並造成環境影響，因為它們會墜落穿過地球大氣層。“隨著更多衛星部署到 [近地軌道] 中，光學天文學的幾乎所有方面都可能受到負面影響，”GAO 寫道。在 11 月 2 日釋出的後續報告中，該監督機構敦促 FCC（美國監管衛星通訊的機構）更徹底地調查大型衛星星座的環境影響，並重新考慮其許可所需的標準。但是，許多天文學家擔心，這些規則不會很快出臺，或者不夠嚴格，無法拯救地面天文學。
這些衛星群的第一個也是最主要的提供商是 SpaceX，到目前為止，該公司也是唯一一家公開與天文學家合作嘗試使其衛星變暗的公司。該公司建立了 DarkSat，這是一種吸光的深色衛星，以及用於太陽能電池板的防反射塗層。（SpaceX 沒有回覆置評請求。）在 SpaceX 和其他公司（例如英國衛星提供商 OneWeb 和一家名為 Galaxy Space 的中國公司）之間，超過 4,000 顆旨在實現類似星座的網路覆蓋的衛星現在在軌道上執行。根據向世界兩大電信機構（美國聯邦通訊委員會和國際電信聯盟 (ITU)）提交的許可，計劃在未來幾年發射 16 個星座中的 431,713 顆衛星。
衛星公司指出，根據 2021 年 ITU 報告，全球超過三分之一的人口（約 29 億人）仍未使用過網際網路。通訊衛星星座可以改變這種情況。但是，僅星鏈星座的光線就會至少在 30% 的魯賓天文臺影像中新增條紋。如果 400,000 顆衛星進入軌道，則在傍晚拍攝的每張影像都會有條紋。OneWeb 星座將在比其他星座更高的海拔軌道上執行，因此在一年中的某些時候，它將在整個晚上都可見。（OneWeb 也沒有回覆置評請求。）即使軟體程式可以擦除衛星以挽救明亮條紋周圍的畫素，光檢測晶片上的資料錯誤仍然會構成問題。“[近地軌道] 衛星運營商將對 LSST [大型綜合巡天望遠鏡] 的主要任務：發現意外事件構成重大威脅，”魯賓天文臺的報告總結道。
天文學家和至少一傢俬營公司正在開發軟體，可以消除一些衛星條紋或更改望遠鏡的觀測方向以避開它們。但這很難做到，因為衛星是移動的，並且在各種濾色片中看起來不同，以及其他問題。華盛頓大學的 Meredith Rawls 在一個團隊中工作，該團隊將為魯賓天文臺在夜空中捕捉到的新現象發出警報，每晚可能達到 1000 萬個警報。軟體應該過濾這些警報，並且僅針對有意義的事件（例如小行星或超新星）自動聯絡全球天文學界，她說。
“有了條紋，你可能會得到這些奇怪的閃爍模式，我們的軟體會認為這是一個潛在的物體或超新星，並會標記它。但這只是一顆衛星，”Rawls 說。“這將[導致]比我們希望擁有的更多的誤報，然後你開始嘗試猜測，有多少？每晚是 5 個還是 500 個？我們不知道。”
Rawls 參與了一個專案，該專案將已知的衛星位置輸入到天文臺的排程演算法中，並發現如果望遠鏡操作員知道衛星在哪裡，該演算法可以將望遠鏡指向其他地方以避開它們。但是 Rawls 和她的同事發現，這花費了太多的精力，以至於有可能扼殺整個觀測管道。他們計劃將他們的發現提交給《天體物理學雜誌快報》。
貝爾法斯特女王大學的天體物理學家 Meg Schwamb 是提出在魯賓天文臺 10 年壽命的早期進行暮光研究的天文學家，那時衛星星座還沒有使這些觀測變得不可能。暮光是可能容易發現近地小行星的時候，也是魯賓天文臺可以探測到許多新小行星的時候。例如，2013 年在俄羅斯上空爆炸的切爾婭賓斯克隕石來自與太陽相似的方向，正是魯賓天文臺旨在捕獲的那種物體。但是，部分陽光照射的觀測將更加困難，因為衛星星座的太陽能電池板將在那時被照亮。
“我從沒想過，作為一名天文學家，我會提倡儘早做事，因為我們不知道衛星場會是什麼樣子，”Schwamb 說。天文學家更常預期延長其天文臺的壽命，並在後期提出新的觀測活動。相反，透過確保在天文臺被光線矇蔽之前完成一些基礎科學工作來扭轉這種順序，這與許多科學家計劃他們的工作甚至整個職業生涯的方式背道而馳。Schwamb 將衛星星座比作軌道廣告，並認為人類需要弄清楚如何控制它們以及我們希望它們做什麼。“如果不是星鏈而是可口可樂，我們會接受嗎？”她問道。“這也是一個更深層次的文化問題。埃隆·馬斯克應該控制人們在夜空中看到什麼嗎？”
天文學家承認 SpaceX 已經嘗試了多種方法來使其衛星變暗，但航天器仍然可見，而其他提供商沒有采用任何此類緩解策略。更重要的是，較新的星鏈衛星和其他公司製造的衛星更大更亮。一家名為 AST SpaceMobile 的公司於去年 9 月發射了一個原型——BlueWalker 3。兩個月後，當 BlueWalker 3 部署其 693 平方英尺（64.4 平方米）的相控陣天線以允許與地球上的手機通訊時，它成為夜空中最亮的物體之一，其亮度超過了肉眼可見的 99% 以上的恆星。
AST SpaceMobile 計劃在未來幾年發射 168 顆更大的衛星，稱為 BlueBirds。一位公司發言人表示，BlueWalker 3 的測試將幫助工程師評估衛星的材料並判斷其亮度，並補充說該公司正在積極與行業專家和 NASA 合作，以減輕亮度問題。AST SpaceMobile 正在考慮防反射材料和運營變更，以使衛星更暗。BlueBird 衛星的數量將比其他星座少得多，但它們可能會帶來不同型別的問題。一些望遠鏡可能能夠避開非常明亮的 BlueBirds，就像一些望遠鏡相機旨在避開行星或月亮等明亮物體一樣。但是數百個它們將更難逃脫。一顆明亮的衛星穿過數碼相機的長時間曝光可能會燒燬相機中的敏感電子裝置。
“很明顯，技術已經存在。如果你想摧毀夜空，你可以做到，”McDowell 說。“這取決於這些公司的商業案例的細節以及監管環境的細節，這是否會發生。因此，我們應該討論這是否可以接受。”
但是，衛星建造和發射的速度遠快於天文研究的速度，更不用說監管了。“每個人都越來越感到震驚。我們真的不確定該如何出力，因為車輪太多了，”舊金山大學的宇宙學家 Aparna Venkatesan 說，她也研究文化天文學。“力量和動力非常片面。天文學家傾向於非常緩慢而謹慎地做事，並召開會議和會談——到那時，又發射了幾千顆衛星。”
幾位天文學家表示，FCC 的新規則是不夠的。天文學家一直在與聯合國和平利用外層空間委員會 (COPUOS) 合作，該委員會於去年春天舉行了一次關於衛星群的會議，但進展緩慢。McDowell 說，如果 COPUOS 認為保護夜空是其使命的一部分，那麼可能會鼓勵成員國使用自己的國家監管框架來制定關於可以發射多少顆明亮衛星以及它們可以位於何處的規則。
許多天文學家希望，如果衛星星座運營商最終因註冊其網際網路服務的人數不足而退縮，他們的領域可能會得到拯救。或者，這些公司最終可能會共同努力減緩發射速度，以防止空間碎片，這將限制每個人進入太空的機會。但殘酷的現實是，在這一點上，沒有人能做太多事情來阻止衛星星座及其反射陽光的太陽能電池板的穩定發射。
天文學家甚至對未來幾年採取了一種黑色幽默。幾個人指出，去年 2 月發生了一次衛星損失事件，當時一些星鏈衛星處於低軌道，準備移動到永久高度。太陽耀斑傳播到地球，並在大氣層最上層引發了一場等離子體風暴，導致大氣阻力過大和無線電干擾；40 顆衛星墜落並燒燬。當被問及天文學家可以做些什麼來為不斷增長的衛星艦隊做準備時，不止一個人開玩笑說，“等待太陽活動極大期”，預計屆時太陽活動將會增加並引發更多此類風暴。
在軟體補丁或擊毀衛星的地磁風暴之外，對航天器進行物理更改是防止取景器完全汙染的一種方法。較暗的物體更容易被軟體編輯掉，較低的軌道高度將需要更快的速度，以防止衛星墜落到地球，這意味著它們會更快地離開視線。魯賓天文臺團隊成員希望私營公司將建造反射率較低的衛星並將它們停放在較低的軌道上，但這些決定將由公司決定；沒有法律要求他們這樣做。Rawls 說，這些公司應該與天文學家聯絡，解釋他們專案的目標以及對天文學的潛在影響。“有點像在一個城市裡，當他們想建造一條新的腳踏車道時，需要三年時間，因為他們必須與利益相關者舉行 700 次會議。我希望太空也能這樣，”她補充道。“但在某些方面，每個仰望天空的人都是其中的利益相關者。這使其成為一個真正的挑戰。”
天文學家對這個問題的看法並非完全一致，該領域的成員對衛星星座表達了不同程度的認識和警惕。恐懼的程度部分取決於一個人對衛星的瞭解以及一個人的具體興趣，包括哪些天文臺受到影響，McDowell 說。“如果你的科學研究像魯賓天文臺一樣，那麼是的，天空可能真的要塌下來了。如果你的科學研究是窄視場光譜學[研究星光]，那麼天空塌下來就不那麼明顯了——但它可能仍然會塌下來，”他說。
警報集中在不久的將來，雖然許多人感到擔憂，但沒有人知道情況會變得有多糟——或者這個問題會持續多久。它可能僅僅代表了宇宙未來即將發生的事情的預演。像 Tyson 這樣的宇宙學家爭論宇宙的最終命運。一種可能的 сценарий 是“大凍結”，其中所有物質都被推得如此之遠，以至於恆星將燃盡並熄滅。隨著宇宙不斷膨脹，在被稱為暗能量的神秘力量的加速下，更廣闊的宇宙最終將從地球上變得不可見。如果到那時還有人類存在，他們將不得不放棄將星空作為理解宇宙和他們自身的一種手段。
“這是其中的一個版本，”Tyson 在談到衛星星座時說。“很快，天空將在視覺上由這些衛星而不是星星本身主導，無論你住在城市還是鄉村，情況都是如此。未來是天空將持續不斷地閃爍，無處不在，來自所有這些衛星。”