SpaceX發(fā)射“黑色衛(wèi)星”，欲解決衛(wèi)星光污染問題

近日，來自世界多個地區(qū)的人都拍到了一串光點整齊地從夜空中掠過，這正是 SpaceX 在今年 1 月 6 日發(fā)射的新一批 Starlink 通信衛(wèi)星。

同樣的場景已經不是第一次出現(xiàn)，在過去 SpaceX 三次 Starlink 發(fā)射任務后，相同的畫面在世界各地被捕捉到。

這是由于 Starlink 衛(wèi)星在發(fā)射后的前幾日里，整批 60 顆衛(wèi)星都會在 300 公里左右的高度上，在完全相同的軌道上密集飛行，待 SpaceX 完成相關測試后，衛(wèi)星才會通過自身的推進器爬升至更高軌道。

在那之前，較低的軌道高度和成群的衛(wèi)星隊列讓衛(wèi)星過境時顯得明亮無比，以至于肉眼和普通手機也能夠輕易捕捉。

在吃瓜群眾感嘆科技帶來的視覺享受時，天文學家們可不這么看，這些明亮且密集的衛(wèi)星會帶來的光污染問題，影響天文觀測。

對擁有龐大發(fā)射計劃的 SpaceX 來說 ，這是一個必須要面對的問題。在最近的一批 Starlink 衛(wèi)星發(fā)射任務中，SpaceX 在其中安排了一顆被稱為 “DarkSat” 的測試衛(wèi)星。

除了能夠完成正常 Starlink 衛(wèi)星的通信任務，SpaceX 對這顆衛(wèi)星進行了特殊涂層處理，目的是減少衛(wèi)星在軌飛行時的光線反射，降低衛(wèi)星的光污染問題。

圖 | Starlink 衛(wèi)星（來源：SpaceX）

對極度依賴望遠鏡觀測的天文學來說，降低衛(wèi)星對觀測結果的影響至關重要。在衛(wèi)星數量急速上升的當下，天文學界亟需一個能夠減少衛(wèi)星干擾的解決方案。

天文學是一門相當古老的學科，自人類文明誕生以來，天文學在幾乎所有人類文明中都有著重要地位。但過去的人們可能難以想象他們每日抬頭仰望的天空會被人類自己的飛行器填滿。

根據歐洲航天局的統(tǒng)計數據，到目前為止，地球上空各類人造衛(wèi)星的總數約為 5000 個，其中還在正常運作的則超過 2000 個。

再來看看這些太空公司的野心，其中僅 SpaceX 一家，計劃發(fā)射的 Starlink 衛(wèi)星就達到了 1.2 萬個，這個數字已遠超過去 60 年發(fā)射衛(wèi)星的總數。除此之外，還有 Oneweb、亞馬遜、三星、銥星等公司都有自己的衛(wèi)星組網計劃，衛(wèi)星數量都在數百到數千個之間。未來幾年內，地球上空的衛(wèi)星總數將會以前所未有的速度增長。

這會對目前的天文觀測活動帶來災難性的影響。

首先，天文觀測是離不開望遠鏡的。在運用光學望遠鏡進行天文觀測的過程中，高亮度的衛(wèi)星從視野內穿過會對觀測行為造成干擾。尤其是在針對一些遠離地球的天體（距離地球許多光年），為了獲取它們的細節(jié)圖像，天文學家需要用望遠鏡進行幾分鐘甚至幾個小時的長時間曝光，進而收集更多的光線，再從其中得到更多的天體信息。

這是由于衛(wèi)星表面常有一層金色或銀色的反光材料，因此當衛(wèi)星在觀察過程中穿過畫面，就會形成一道長且明亮的條紋。這種情況下，大批衛(wèi)星集體飛過帶來的影響幾乎是災難性的。

圖 | 5 月 25 日，美國洛厄爾天文臺的望遠鏡在工作時，25 個 Starlink 穿過視野范圍，在觀測結果上留下大量線條（來源：洛厄爾天文臺）

除了使用光學望遠鏡，由于多數天體不僅輻射出可見光，也發(fā)射出無線電波，因此通過射電天文望遠鏡收集天體發(fā)出的無線電信號來研究天體的物理、化學特性也是一個重要的方法，由此發(fā)展出了射電天文學。例如此前人類首次”拍到”的黑洞照片便是通過這種方法完成。

在射電天文觀測中，衛(wèi)星發(fā)出的無線電信號也可能對觀測、研究工作產生嚴重干擾。

圖 | 電腦合成空間碎片圖片（來源：pixalytics）

在 2019 年 SpaceX 首次發(fā)射 60 顆 Starlink 衛(wèi)星時，一大串衛(wèi)星從天邊掠過的場景就引起了天文學界強烈的擔憂。這一迅速而強烈的反應讓 SpaceX 不得不認真對待衛(wèi)星的亮度對夜空的干擾問題。

當時馬斯克回應稱，SpaceX 可以讓衛(wèi)星調整方向，以盡量減少對天文觀測活動的干擾。除此之外，SpaceX 已經做好計劃，將會避免發(fā)射特定頻段信號，目的也正是為了不影響正常的天文觀測活動。

近日，在夏威夷檀香山舉行的美國天文學會第 235 次會議上，SpaceX 業(yè)務的政府事務副總裁 Patricia Cooper 在會上帶來了 SpaceX 在這項工作中的最新進展。

他表示，Starlink 衛(wèi)星在較低軌道停留時看起來亮度很高，在升高軌道高度的過程當中，每顆衛(wèi)星上的太陽能電池陣列也會對亮度產生影響。而一旦衛(wèi)星到達了 550 公里的運行軌道時，亮度就會大幅降低，肉眼只能在深夜時才可能察覺到。

Cooper 介紹稱，經過一系列研究，SpaceX 認為散射光和衛(wèi)星上帶來漫反射的表面是造成亮度過高的重要原因，為此，SpaceX 在衛(wèi)星上進行了特殊涂層處理，降低了衛(wèi)星表面的反射率，并將其稱為 DarkSat。

在 1 月 6 日發(fā)射的第三批 60 顆 Starlink 衛(wèi)星當中，就有 DarkSat 實驗星已經被送上了預定軌道。

此后，SpaceX 將會研究經過改進的 DarkSat 在亮度上的表現(xiàn)，以及它在通信工作上的表現(xiàn)。

從衛(wèi)星的研制周期來說，SpaceX 在不到一年的時間里即給出反應，通過改進衛(wèi)星嘗試降低衛(wèi)星亮度，這顯示出反應極快的特點。Cooper 表示，目前尚不清楚降低亮度的做法是否真正有效，但 SpaceX 會不斷進行測試和更新。

但解決夜空污染問題必定不是一蹴而就的，尤其是考慮到在未來數年時間里，來自中、美等國家的政府和私營衛(wèi)星公司將向太空發(fā)射上萬顆衛(wèi)星。

除了對衛(wèi)星下手，盡可能降低衛(wèi)星本身亮度，位于智利的薇拉