人們是否有權不受阻礙地欣賞天空?在人類歷史的大部分時間裡,這樣的問題會被認為是無稽之談——但隨著最近衛星巨型星座的興起,這個問題現在被一遍又一遍地提出。巨型星座是由數千個航天器組成的龐大群體,可能引發價值數萬億美元的軌道產業,並改變全球互聯互通和商業。但巨型星座的興起也威脅著擾亂夜空,擾亂一些天文學家的工作,併產生危害地球和太空人類的空間碎片。
2020年1月,《大眾科學》率先報道一篇論文,該論文認為,由於美國國會在半個多世紀前頒佈的環境立法,這種星座實際上可能是不合法的。隨後,國會委託美國政府問責辦公室(GAO)撰寫一份報告,以權衡此類主張的證據。本月早些時候釋出的這份報告表明,對巨型星座採取監管行動的可能性越來越大——並表明關於衛星對夜空神聖性的影響的高風險國際辯論才剛剛開始。儘管這些決定僅限於美國,但它們將對世界各地產生深遠的影響,不僅為其他國家樹立先例,而且還決定了如果公司的衛星會損害夜空,它們是否可以在美國運營。
“我們的社會需要太空,”劍橋大學天文學家、諾貝爾獎獲得者迪迪埃·奎洛茲說。“我對太空用於商業目的沒有意見。我只是對它失控感到擔憂。當我們開始看到衛星數量增加時,我感到震驚的是竟然沒有監管。所以我很高興聽到人們已經意識到這種情況不能再繼續下去了。”
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巨型星座時代始於2019年5月,當時埃隆·馬斯克的SpaceX公司發射了其星鏈星座中的首批60顆衛星。星鏈是該公司的一項業務,旨在透過建立和維護一個由超過12,000顆通訊衛星組成的近地軌道網路,向全球各個角落傳輸高速寬頻網際網路。到2019年底,SpaceX已經發射了180顆星鏈衛星。如今,該星座的數量已膨脹到3,000多顆,佔太空所有活躍衛星的一半。2019年9月,當時是田納西州範德比爾特大學法學院學生的拉蒙·瑞安注意到,天文學家和公眾如何對這些衛星數量的快速增長感到震驚,所有這些衛星在陽光照射下都可能在天空中非常明亮。雖然成群結隊掠過天空的明亮衛星擁有其自身的美感,但對於休閒觀星者來說,它們可能是一種破壞觀星樂趣的麻煩。而對於專業天文學家來說,它們正處於成為一場基本上無法減輕的災難的邊緣,經常“ фотобомбить”地面設施甚至近地軌道設施(如哈勃太空望遠鏡)的精細觀測。來自這些衛星的無線電通訊也可能妨礙靈敏的射電天文學儀器,這些儀器需要極其“安靜”的天空才能聆聽遙遠宇宙的聲音。
瑞安在《範德比爾特娛樂與技術法學雜誌》上發表的論文提出,美國聯邦通訊委員會(FCC)對這些衛星的監管批准可能違反了1970年頒佈的美國國家環境政策法案(NEPA)中的環境法。具體而言,瑞安認為,夜空的自然美學和天文學職業可能受到NEPA的保護——但由於該機構在1986年被授予“類別排除”(當時它根本沒有許可那麼多衛星),FCC迄今為止迴避了NEPA的監督。在《大眾科學》報道後,一位國會工作人員將瑞安的論文轉交給了伊利諾伊州民主黨參議員塔米·達克沃斯。達克沃斯隨後與她在參議院的民主黨同事、夏威夷州的布萊恩·沙茨合作,正式要求GAO(應國會的要求審計聯邦機構)確定FCC的類別排除是否仍然有效。此外,達克沃斯和沙茨還要求GAO權衡是否應允許FCC在沒有NEPA審查的情況下許可如此多的巨型星座衛星。
該報告的結果於11月2日釋出。在報告中,GAO建議FCC應重新審視其NEPA的類別排除,並考慮是否應根據巨型星座的興起更新其程式。“我們認為他們需要重新審視[類別排除],因為現在的情況與1986年大不相同,”GAO主管兼報告的兩名主要作者之一安德魯·馮·阿赫說。白宮環境質量委員會(CEQ)建議各機構“每七年重新審視一次類別排除等事項,”馮·阿赫說。但FCC“自1986年以來實際上並沒有這樣做。”
根據報告的建議,FCC應審查巨型星座是否影響環境,重新審視其NEPA的類別排除,並編纂“特殊情況”目前會導致NEPA審查的情況。報告作者指出,FCC尚未“開展並記錄對其類別排除的全面審查,以確保其是最新且適當的”。雖然FCC已表示將在“特殊情況”下進行NEPA審查,但報告指出,該機構的法規“沒有列出其他因素來解釋什麼是特殊情況”。目前尚不清楚NEPA是否真的適用於外層空間的“環境”——特別是近地軌道。“這就是問題所在,”馮·阿赫說。“我們沒有對它是否適用發表意見。我們關注的是FCC做出這些決定的過程。”
馮·阿赫說,該報告花了超過一年的時間才完成,並納入了行業、天文學家和FCC本身的代表性觀點。“這對我們來說是一個稍微新的話題,”他說。GAO主管兼另一位主要作者凱倫·霍華德也與馮·阿赫共同撰寫了一份關於巨型星座的技術評估,她說該報告是“我們首次對衛星星座及其潛在環境影響進行技術評估”。調查結果表明,在許多領域都存在擔憂,不僅包括衛星的亮度,還包括它們在太空中造成的碰撞風險和可能產生的太空垃圾、衛星無線電傳輸對射電天文學造成的干擾,甚至包括衛星重返大氣層可能影響地球氣候或危害地面人類的可能性。“我們預計衛星數量將急劇增加,這有可能為光學天文學和夜空的其他使用者帶來許多挑戰,”霍華德說。“這可能會使某些研究變得不可能。”
FCC拒絕了《大眾科學》的置評請求。然而,在書面回覆 GAO的報告中,它表示已審查該報告,並“致力於確保其行動,包括衛星許可活動符合[NEPA]的要求”。它指出,白宮的CEQ目前正在修訂聯邦機構NEPA法規的規則,並已建議各機構在2023年9月前更新其NEPA程式。“我們預計,FCC將在修訂後的CEQ規則釋出後,對其NEPA規則進行審查,包括審查許可大型衛星星座通常是否對人類環境沒有重大影響,”FCC在其對GAO的回應中表示。“我們預計,作為評估的一部分,[FCC]將考慮是否建立一個時間框架和程式,用於定期審查我們現有的類別排除。”
在GAO報告發布後的第二天,FCC還宣佈成立一個新的太空活動局,這將幫助該機構處理目前正在審議的64,000顆新衛星的申請。“太空新時代顛覆了我們所知的一切關於如何提供關鍵的太空服務,”FCC主席傑西卡·羅森沃塞爾在一份隨聲明發布的公告中說。“該機構的組織結構沒有跟上我們面前的申請和程式成倍增加的步伐,在某些情況下甚至是呈指數級增長。你不能只是繼續用老方法做事,還期望在新領域取得領先地位。”
華盛頓特區美國天文學會(AAS)公共政策副主任兼臨時代理主任貝瑟妮·約翰斯說,目前有多項法案正在國會中推進,旨在進一步規範巨型星座對天空的影響。“這是在尋求找到一個對每個人都適用的政策的漫長征程中的一步,”她說。“這非常複雜。”她說,由於最近的中期選舉後,美國眾議院的領導權從民主黨轉向共和黨,情況就更加複雜了。約翰斯說,這種轉變可能出現的黨派紛爭嚴重的立法僵局“可能會使最終確定政策變得困難”。
對於天文學來說,巨型星座的威脅可能對天空的廣域、深空巡天最為嚴重,例如為維拉·C·魯賓天文臺(VRO)計劃的巡天,這是一架耗資4.73億美元的地面望遠鏡,配備有史以來最大的數字相機,計劃在本十年末在智利啟用。VRO的太空和時間遺產巡天(LSST)旨在探測宇宙中的暗物質和暗能量,以及該領域的許多其他優先研究。如果天空中的衛星數量增加到50,000顆,這與所有國家的適度巨型星座預測一致,“[VRO]影像中大約有10%會帶有衛星軌跡,”加州大學戴維斯分校的VRO首席科學家託尼·泰森說。雖然大多數科學研究仍然是可能的(儘管難度大大增加),但來自衛星的光汙染可能會使某些研究變得難以進行。例如,跟蹤快速移動的物體,如潛在危險的近地小行星,很容易受到來自閃閃發光的衛星的虛假警報的影響。“這對一些科學研究來說將是一個真正的障礙,”泰森說。最近的衛星應用也引起了警惕,例如BlueWalker 3,這是一顆最近發射的(並且非常明亮)衛星,來自德克薩斯州公司AST SpaceMobile。BlueWalker 3旨在向地面發射蜂窩寬頻,之所以如此明亮,是因為它有一個可展開的天線,面積近700平方英尺。AST未來的衛星,稱為BlueBirds,可能會大兩倍,亮度也相應地更高。FCC尚未完全許可這些衛星,據一些估計,這些衛星可能會超過天空中所有其他恆星和衛星的亮度。
FCC可能需要數月甚至數年的時間才能確定其衛星許可是否需要NEPA審查,即使那樣,該機構也不太可能重新審查之前的申請,例如星鏈。FCC的行動可能僅限於對即將到來的星座進行NEPA審查。然而,未來幾年計劃發射數千顆衛星,不僅來自SpaceX,還來自亞馬遜的柯伊伯專案和英國的OneWeb星座等競爭對手的服務(OneWeb星座在英國獲得許可,但需要FCC的市場準入才能在美國運營)。因此,時間至關重要。夜空之戰仍在繼續。
