人造衛(wèi)星污染星空

自從SpaceX發(fā)射首批星鏈衛(wèi)星(StarLink)，夜空中前所未見(jiàn)地顯現(xiàn)一列“星空小火車”，在全球范圍內(nèi)引發(fā)一連串的疑問(wèn)、擔(dān)心、質(zhì)疑。

人造衛(wèi)星污染星空有什么影響?

仰望星空的世界明顯分成了兩派：星鏈粉絲團(tuán)VS星鏈反對(duì)派。反對(duì)者認(rèn)為，60顆星鏈衛(wèi)星既然能夠形成一連串“星空虛線”，一旦星鏈星座全都部署完成，12000顆衛(wèi)星勢(shì)必造成網(wǎng)狀密布，破壞原本純美無(wú)瑕的星空，這是觀星者的最大公害，天文觀測(cè)的災(zāi)難。美國(guó)天文學(xué)會(huì)近日發(fā)表聲明稱，希望各方共同努力，正確評(píng)估其風(fēng)險(xiǎn)并確定適當(dāng)?shù)木徑獯胧?

航天人士：衛(wèi)星姿態(tài)尚不穩(wěn)，未來(lái)光污染將降低

微納星空科技有限公司經(jīng)理周鑫分析，目前看，衛(wèi)星對(duì)地面觀測(cè)帶來(lái)的影響包括遮擋和反射兩種形式。但是，客觀來(lái)看，遮擋的效應(yīng)通常不明顯，翼展10米運(yùn)行在500公里高度的衛(wèi)星，在地面上看視場(chǎng)角最大只有4角秒左右，而一般人的視覺(jué)分辨率在3—5角分(180—300角秒)之間，因此肉眼幾乎不可能發(fā)現(xiàn)夜空中的某個(gè)快速移動(dòng)的點(diǎn)遮擋了夜空，當(dāng)然國(guó)際空間站之類的龐然大物還是有可能被發(fā)現(xiàn)的。

“除遮擋的效應(yīng)外，如果衛(wèi)星運(yùn)行到達(dá)特定的軌道和角度，可能正好將陽(yáng)光反射向地面，這時(shí)地面會(huì)很容易觀測(cè)到。”他表示，對(duì)于多數(shù)衛(wèi)星，由于衛(wèi)星電能都是來(lái)自太陽(yáng)能電池片，因此衛(wèi)星面積最大的部分即太陽(yáng)翼始終都是對(duì)著太陽(yáng)，其他部分的反射光被地面觀測(cè)到的概率事實(shí)上很低;但是另一方面，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有一些公司(如俄羅斯Start Rocket公司)試圖通過(guò)衛(wèi)星自發(fā)光或是反射太陽(yáng)光的形式從事一些商業(yè)或娛樂(lè)活動(dòng)，例如廣告、宣傳等，這類有意為之的衛(wèi)星確實(shí)可能對(duì)地面的天文觀測(cè)產(chǎn)生比較明顯的影響。

周鑫認(rèn)為，目前正常運(yùn)行的衛(wèi)星對(duì)夜空產(chǎn)生的影響幾乎很難被覺(jué)察到，借助望遠(yuǎn)鏡等設(shè)備雖說(shuō)能夠觀測(cè)到，但是考慮到近地軌道衛(wèi)星相對(duì)地面的速度是7公里/秒以上，干擾的效果在視野中會(huì)迅速消失。對(duì)于專業(yè)人士更是可以通過(guò)衛(wèi)星的軌道數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的修正和去除，美國(guó)北美防空司令部即NORAD網(wǎng)站上記錄了所有已知人造衛(wèi)星的軌道數(shù)據(jù)。另一方面，以產(chǎn)生地面視覺(jué)效果為目的的衛(wèi)星則確實(shí)有可能產(chǎn)生比較明顯的影響。

據(jù)科學(xué)家們分析，目前星鏈衛(wèi)星被大量觀察到有兩個(gè)方面的原因：一是衛(wèi)星還沒(méi)有建立穩(wěn)定姿態(tài)、太陽(yáng)翼沒(méi)有完成對(duì)太陽(yáng)定向，較大面積的太陽(yáng)翼產(chǎn)生的反射效應(yīng)比較明顯;二是衛(wèi)星尚在部署階段，沒(méi)有完全在太空“鋪開(kāi)”而處于“扎堆”狀態(tài)，容易被觀測(cè)到，后續(xù)隨著衛(wèi)星逐漸建立穩(wěn)定姿態(tài)、衛(wèi)星星座部署的推進(jìn)，被觀測(cè)到的情況會(huì)越來(lái)越少。

天文學(xué)家：有輻射有碎片，必然影響天文觀測(cè)

“類似星鏈計(jì)劃這樣的項(xiàng)目，要說(shuō)對(duì)于天文觀測(cè)完全沒(méi)有影響是不可能的。”中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)近地天體望遠(yuǎn)鏡團(tuán)組首席科學(xué)家趙海斌研究員表示，目前天文學(xué)家所關(guān)注的光污染主要是燈光污染，是人類的活動(dòng)所需的燈光直接影響光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，或者反射到大氣中間接影響望遠(yuǎn)鏡的探測(cè)極限。

趙海斌說(shuō)，空間站等目標(biāo)也會(huì)對(duì)觀測(cè)圖像造成污染，在天文觀測(cè)圖像中就能看到相關(guān)人造天體，影響的是局部的星場(chǎng)。其實(shí)，飛機(jī)的經(jīng)過(guò)也會(huì)影響天文觀測(cè)，污染還會(huì)更大一些。類似星鏈計(jì)劃的項(xiàng)目，會(huì)在某個(gè)時(shí)間對(duì)某一塊天區(qū)產(chǎn)生“污染”，從而降低了天文學(xué)家觀測(cè)時(shí)這塊天區(qū)的可用性。

人造天體對(duì)天文觀測(cè)的影響不僅是可見(jiàn)光污染。從事空間碎片研究的中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)副研究員張耀在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說(shuō)，以“中國(guó)天眼”500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)工程為例，為了避免FAST觀測(cè)任務(wù)受到衛(wèi)星過(guò)境時(shí)發(fā)射的或者轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)的影響，工程人員做觀測(cè)任務(wù)計(jì)劃時(shí)會(huì)提前進(jìn)行衛(wèi)星過(guò)境分析，將衛(wèi)星過(guò)境的時(shí)段列為不可觀測(cè)時(shí)間段，防止其信號(hào)干擾FAST的正常觀測(cè)，甚至損害接收機(jī)。所以，大量的衛(wèi)星星座項(xiàng)目對(duì)射電天文領(lǐng)域的探測(cè)是有較大影響的。

“除了對(duì)射電天文的影響，大量的衛(wèi)星組網(wǎng)項(xiàng)目對(duì)整個(gè)空間環(huán)境的影響也很大。”張耀表示，12000顆星鏈衛(wèi)星主要運(yùn)行在高度為500公里到600公里的軌道，造成該軌道附近衛(wèi)星之間十分擁擠，相互之間的碰撞幾率大大增加，從而造成更多的空間碎片。如果不采取一些相對(duì)應(yīng)的減緩措施，若出現(xiàn)爆炸鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，將導(dǎo)致空間的不可持續(xù)利用。

破解之道：出臺(tái)規(guī)范措施，讓航天與天文共發(fā)展

“天文學(xué)界的擔(dān)心不是完全沒(méi)有道理。”中國(guó)科學(xué)院空天信息研究院海南研究院執(zhí)行院長(zhǎng)楊天梁認(rèn)為，天文界和航天界都應(yīng)客觀辯證地分析問(wèn)題。隨著航天航空技術(shù)的發(fā)展，各方面成本大大降低，天文觀測(cè)的成本也會(huì)降低，航天界應(yīng)充分考慮并盡量減少污染，天文界在條件具備后也可考慮把觀測(cè)平臺(tái)架到外太空去。

“衛(wèi)星部署所帶來(lái)的光污染通過(guò)某些技術(shù)手段應(yīng)該可以解決。”開(kāi)采夫(杭州)科技有限公司首席運(yùn)營(yíng)官李政表示，“而且衛(wèi)星也是一種有效的天文觀測(cè)手段。充分利用新技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更好的天文觀測(cè)。衛(wèi)星業(yè)的發(fā)展會(huì)對(duì)天文衛(wèi)星的發(fā)展產(chǎn)生積極作用。”

張耀認(rèn)為，為減少干擾，把觀測(cè)站點(diǎn)從陸地轉(zhuǎn)移到太空，不失為一個(gè)好辦法。這樣的好處會(huì)很多，避免了地基觀測(cè)的地域、天氣、大氣、光污染限制，同樣的儀器性能指標(biāo)能夠獲得更精確的觀測(cè)數(shù)據(jù)。GAIA衛(wèi)星、NEOWISE衛(wèi)星等就是將巡天觀測(cè)設(shè)備和近地天體觀測(cè)設(shè)備從地面搬到空間，獲得了更多的有效觀測(cè)數(shù)據(jù)，取得了更加豐富的科學(xué)產(chǎn)出。

如何從源頭上減少干擾?不久前，SpaceX首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克曾回應(yīng)“觀星污染說(shuō)”，表示他已經(jīng)責(zé)成星鏈團(tuán)隊(duì)研究如何降低衛(wèi)星反射率。下一批星鏈衛(wèi)星很可能會(huì)減少甚至完全消除星閃現(xiàn)象。

張耀表示，目前國(guó)際上有三個(gè)組織發(fā)布了關(guān)于抑制空間碎片產(chǎn)生、保護(hù)空間環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的法規(guī)規(guī)范，但是都沒(méi)有太強(qiáng)的約束性。同時(shí)歐盟、美國(guó)、俄羅斯、中國(guó)等也相應(yīng)制定了區(qū)域性或者國(guó)家的相關(guān)政策，保障航天活動(dòng)的可持續(xù)發(fā)展。目前各國(guó)制定的政策和法規(guī)，大部分是從航天角度針對(duì)在航天發(fā)射、衛(wèi)星在軌任務(wù)運(yùn)行和任務(wù)后棄置三個(gè)階段抑制碎片制定的。從天文觀測(cè)方面來(lái)看，主要是各個(gè)地方政府為了保護(hù)地面測(cè)站的觀測(cè)環(huán)境會(huì)制定相應(yīng)的地方性規(guī)章制度，例如貴州省為保障FAST觀測(cè)，專門(mén)制定了《貴州省500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡電磁波寧?kù)o區(qū)保護(hù)辦法》等一系列地方性法規(guī)。

張耀認(rèn)為，商業(yè)航天的興起是一個(gè)大趨勢(shì)，無(wú)法避免。作為政府管理部門(mén)來(lái)說(shuō)，應(yīng)制定相應(yīng)的規(guī)范措施，引導(dǎo)商業(yè)航天規(guī)范有序發(fā)展。做到既發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，也能夠讓航天與天文研究等和諧發(fā)展。

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