激增的衛(wèi)星

在過(guò)去五年里，環(huán)繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星數(shù)量出現(xiàn)了前所未有的激增。這引發(fā)了天文學(xué)家的擔(dān)憂(yōu)，因?yàn)樾l(wèi)星的反光會(huì)在天文圖像中表現(xiàn)為一道道長(zhǎng)長(zhǎng)的、明亮的條紋。這些所謂的“衛(wèi)星痕跡”會(huì)影響整個(gè)電磁波段的天文圖像。

與大眾認(rèn)知相反，衛(wèi)星痕跡不僅影響地面望遠(yuǎn)鏡，空間望遠(yuǎn)鏡也會(huì)遭到影響。例如，運(yùn)行在大約540千米高度軌道上的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡，就已經(jīng)不得不與數(shù)千顆通信衛(wèi)星“共用”一片區(qū)域。結(jié)果是，在2018至2021年間拍攝的哈勃圖像中，有4.3%出現(xiàn)了衛(wèi)星痕跡。

在一項(xiàng)于近期發(fā)表在《自然》雜志上的研究中，美國(guó)航天局（NASA）的研究人員分析了到2040年之前預(yù)計(jì)將發(fā)射的50多萬(wàn)顆衛(wèi)星，會(huì)如何影響四臺(tái)在軌或即將發(fā)射的空間望遠(yuǎn)鏡。他們的結(jié)論表明：衛(wèi)星的反光污染，對(duì)空間望遠(yuǎn)鏡的威脅越來(lái)越嚴(yán)重。

在太空中也躲不開(kāi)

自古以來(lái)，人類(lèi)便仰望星空，追問(wèn)自己在宇宙中的位置，并借此理解生命軌跡中的種種規(guī)律。但直到大約過(guò)去70年里，人類(lèi)制造的各類(lèi)設(shè)備才真正開(kāi)始在地球之外運(yùn)行，而且主要集中在近地軌道——也就是距地表不到2000公里的那一圈空間中。

目前，全球各家公司共發(fā)射了約1.5萬(wàn)顆衛(wèi)星在地球軌道上運(yùn)行，還有好幾家公司計(jì)劃再發(fā)射成千上萬(wàn)顆衛(wèi)星，組建用于電信服務(wù)的“巨型衛(wèi)星星座”。例如，SpaceX計(jì)劃將其現(xiàn)有的Starlink（“星鏈”）擴(kuò)展至約3.4萬(wàn)顆衛(wèi)星。

為了評(píng)估這些衛(wèi)星將帶來(lái)怎樣的影響，NASA的天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)利用計(jì)算機(jī)模擬了四臺(tái)近地軌道空間空望遠(yuǎn)鏡的觀(guān)測(cè)視野——它們有的已經(jīng)在軌運(yùn)行，有的即將發(fā)射。這四臺(tái)望遠(yuǎn)鏡為：哈勃空間望遠(yuǎn)鏡（HST）；今年3月發(fā)射的宇宙歷史與再電離期分光光度計(jì)及冰探測(cè)器（SPHEREx）；計(jì)劃于2026年發(fā)射的中國(guó)巡天空間望遠(yuǎn)鏡；以及歐洲空間局計(jì)劃于2030年發(fā)射的ARRAKIHS任務(wù)。

被衛(wèi)星痕跡污染的圖像

為了了解衛(wèi)星對(duì)空間望遠(yuǎn)鏡的影響，研究人員使用了一個(gè)公開(kāi)的人造衛(wèi)星及其軌道數(shù)據(jù)庫(kù)，來(lái)模擬若干種可能的未來(lái)衛(wèi)星“總體規(guī)?！?。他們模擬了大約18個(gè)月的觀(guān)測(cè)過(guò)程，在他們的模擬情景中，衛(wèi)星數(shù)量從1萬(wàn)顆（比目前的實(shí)際數(shù)量少）到驚人的100萬(wàn)顆（大致相當(dāng)于全球各公司聲明有意發(fā)射的衛(wèi)星總數(shù)）。

他們發(fā)現(xiàn)，如果在軌衛(wèi)星數(shù)量為56萬(wàn)顆（即目前已規(guī)劃發(fā)射的規(guī)模），那么在每一次曝光中，這四臺(tái)望遠(yuǎn)鏡中的平均衛(wèi)星痕跡數(shù)分別為：

• 哈勃空間望遠(yuǎn)鏡：約2.14條

• SPHEREx：約5.64條

• ARRAKIHS：約69條

• 巡天：約92條

其中，哈勃約有39.6%的圖像會(huì)出現(xiàn)至少一條痕跡；而SPHEREx、ARRAKIHS與巡天的這一比例則超過(guò)96%。

在計(jì)劃于2030年發(fā)射的ARRAKIHS的模擬圖像中，電信衛(wèi)星反射的光留下了明顯的痕跡。（圖/NASA Ames/A. S. Borlaff, P. M. Marcum, S. B. Howell）

而在模擬的衛(wèi)星數(shù)量達(dá)到100萬(wàn)顆的情景下，探測(cè)到的衛(wèi)星痕跡數(shù)量大致翻倍。具體來(lái)說(shuō)，在每一次曝光中，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡平均會(huì)觀(guān)測(cè)到3.93條衛(wèi)星痕跡；相比之下，SPHEREx、ARRAKIHS 和巡天每張圖像中的平均衛(wèi)星痕跡數(shù)量依次高達(dá)8.71條、127條和165條。

研究人員表示，這樣的結(jié)果令人擔(dān)憂(yōu)。因?yàn)檫@些衛(wèi)星痕跡極易被誤認(rèn)為是威脅地球的小行星。這意味，如果天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)觀(guān)測(cè)到的圖像中似乎充滿(mǎn)了類(lèi)似小行星的痕跡，反而很容易錯(cuò)過(guò)一顆真正危險(xiǎn)的天體。此外，衛(wèi)星留下的痕跡還會(huì)增加觀(guān)測(cè)難度，使得一些罕見(jiàn)且稍縱即逝的宇宙事件更難被探測(cè)到。

如何共存

研究人員指出，衛(wèi)星的增長(zhǎng)速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了科學(xué)界評(píng)估其影響的進(jìn)展。衛(wèi)星企業(yè)正以遠(yuǎn)快于學(xué)術(shù)研究的節(jié)奏推進(jìn)，而監(jiān)管機(jī)構(gòu)卻行動(dòng)遲緩。展望未來(lái)，研究人員表示希望，天文學(xué)界能與衛(wèi)星企業(yè)攜手合作，共同守護(hù)這片天空。

他們提出了一些可由衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商采取的減緩措施，比如限制衛(wèi)星的最大軌道高度，使空間望遠(yuǎn)鏡能夠位于衛(wèi)星之上，從而避免被遮擋。但他們也指出，這可能會(huì)導(dǎo)致更多退役或失效的衛(wèi)星在高層大氣中焚毀，產(chǎn)生令人擔(dān)憂(yōu)的污染問(wèn)題。此外，研究人員呼吁還運(yùn)營(yíng)商提供更為精確的衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)，以便天文臺(tái)能夠提前規(guī)避衛(wèi)星痕跡，并在觀(guān)測(cè)圖像中更高效地去除這些污染。

#參考來(lái)源：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09759-5

https://www.nature.com/articles/d41586-025-03725-x

https://www.nature.com/articles/d41586-025-03953-1

https://www.science.org/content/article/satellite-fleets-pose-problems-space-telescopes-too

#圖片來(lái)源：

封面圖&首圖：Victoria Girgis/Lowell Observatory