spacex|研究表明，SpaceX的星链星座将给一座强大的新望远镜带来麻烦
中文简介：由42,000颗卫星组成的巨型星座将对“时空遗留调查（LSST）”造成严重破坏 ， 预计将近三分之一的LSST图像至少包含一条卫星迹线 ， 而实际上在黄昏或黎明拍摄的所有图像都会受到至少一条卫星迹线的损害 。
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图 1 目前智利的鲁宾天文台正在建设中 ， 图源：Rubin Observatory
正当天文学家们翘首期盼维拉·鲁宾天文台的开启时 ， 焦急的操作人员已经运行测试 ， 来看看系统在布满巨型卫星星座的近地轨道上运转如何 ， 不令人意外 ， 与SpaceX正在建造的天文台相同 ， 结果并不理想 。
鲁宾天文台项目研究团队（PST）的新研究表示 ， 包含4200颗卫星的巨星星座会严重破坏计划在明年开始并在2032年结束的时空遗产调查（LSST） 。
根据研究 ， 预计近1/3的LSST图像都至少包含一条卫星轨迹 ， 而几乎所有在黄昏或黎明时拍到的图至少会被一条卫星轨迹破坏 。 如果不采取任何措施缓解这个悬而未解的问题 ， 团队预计它将会增加项目4年的额外工作 。
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图 2 星链卫星出现在夜空中 ， 表现为明亮的条纹
为了纪念维拉·鲁宾这位暗物质研究先驱而命名的这座天文台应该在明年下半年上线 ， 天文学家将运用鲁宾天文台8.4米（27.5英寸）的西蒙尼望远镜和3200万像素的LSST相机每晚捕捉1000张图 ， 来研究附近的恒星和远处的星系 。 除了对天文学和宇宙学有帮助外 ， 鲁宾天文台还可以探测到接近地球的危险小行星 。
“LSST研究会创造一个宇宙的彩色运用图景 ， 让不寻常的平凡和奇异可观测 ， ”PST报道的作者这么写道 ， “人类第一次从时间和空间全景观测光学宇宙 ， 鲁宾天文台带来的巨大好处是绝对是未预料到的 ， ”作者又补充到：“这需要未被污染的夜空——千年来地球居民与生俱来的权利 。 ”
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根据PST ， 理想情况下 ， 望远镜会进行长达30秒的曝光 ， 展示暗淡又遥远的、是肉眼可见范围2000万倍的物体 。 凭借高度的光学敏感性 ， 不难想象头顶疾驶的卫星会对研究造成多大的问题 。
很显然 ， 天文学家们已经处理卫星数十年了 ， 但是PST设计员预计在未来几年会有大批新卫星涌入 。 SpaceX作为一个先例 ， 从2019年来已经进行了5次星链发射 ， 在地球近地轨道（LEO）上放置了300颗卫星 。 但这是微不足道的 ， 因为埃隆·马斯克领导的公司计划截止到21世纪20年代中期 ， 在地球近地轨道上放42000颗星链卫星 。 亚马逊、OneWeb和三星这些竞争公司正着手堆叠卫星 ， 专家预测到本世纪30年代 ， 近地轨道上至少会有50000颗卫星 。
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图 3 猎鹰9号于2019年11月发射 ， 载有60颗星链卫星 。
另一个要处理的问题就是这些卫星的部署方式 ， 星链卫星最初被放在290km（180英里）的轨道上 ， 随后上升到离地大约550m（340英里）的运行轨道上 ， 这个高度其实挺低的 ， 因为卫星仍是肉眼可见的 。 然而 ， 在这个过程的早期阶段 ， 卫星产生了标志性的空中列车效应 ， 以每月两次发射的步调 ， 这些星链卫星“列车”如今是夜空中的半常规存在 。
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图 4 出现在CTIO-DECam（暗能量相机）上的星链条纹 ， 摄于2019年9月 ， 图源Clara Martínez-Vázquez, Cliff Johnson, CTIO/AURA/NSF
在文章的写作过程中 ， PST模拟了4200颗卫星组成的星座对LSST研究的影响 ， 结果表明大约全部图像的1/3会捕捉到至少一条卫星轨迹 ， 并且几乎所有拍摄于黄昏时的图像都至少有一颗卫星乱入 ， 因为那时LEO卫星会更亮 。
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图 5 星链卫星
LEO卫星预计会占满天文图像 ， 产生残留的视觉问题 ， 并迫使科学家们直接“扔掉”那些图片 。 根据PST的新研究 ， 这些人工制品将带来糟糕的影响 ， 导致原本长达10年的研究将再额外延长4年 ， 来弥补这一损失 。
令人悲伤的是 ， 这个巨星星座也会干扰其他相关研究 ， 比如探测问题小行星 ， 以及宇宙学工作 ， 例如暗物质的研究 。
这样和那样的问题在位于夏威夷的美国天文学会议中被展开讨论 ， 天文学家们争先阻止未来的星座抑制他们进行科学研究的能力 。 维拉·鲁宾的团队向SpaceX表达了他们的担忧 ， 这两个组现在正一起工作寻找解决方法 。
【spacex|研究表明，SpaceX的星链星座将给一座强大的新望远镜带来麻烦】根据PST报告 ， 可能的缓解措施包括把卫星的亮度降低10倍 ， 这需要新科技（例如低反射率油漆） ， 增加成本 ， 并从卫星供应商那里购入 。 SpaceX已经调暗了它的其中一颗星链卫星来测试“遮阳”这一概念 。
正如PST报告中所描述的 ， 其他可能的解决方案包括有效的图片——修正条纹问题的处理算法 ， 以及卫星轨道运动预测软件 ， 这可以防止望远镜扫描天空中的特殊小块区域 。 在这个措施下 ， 如果幸运的话 ， 维拉·鲁宾望远镜将有10°的视野 ， 这大约是夜空中月亮所占面积的40倍 。 有超过5万多颗卫星围绕并计划进行30秒的长曝光的情况下 ， 对于软件来说很难找到一个没有人工入侵者（卫星）的广阔天空 。
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PST提出的另一个方法就是对同一片天空连续曝光15秒 ， 如果两张图片中其中一张发现有卫星尾巴 ， 这片区域就不用了 ， 这虽然不是个好办法 ， 但也是个办法 。
希望PST和SpaceX在如何解决这个问题上达成一致 ， 早些时候 。 Forbs报道到 ， 马斯克说星链卫星对天文学家造成“零问题” ， 基于已经发生的事 ， 这似乎是个奇怪的言论 。 根据Forbes ， 马斯克当时在一次卫星会议上发表演讲 ， 称如果问题大于零的话 ， 他的公司将会进行“纠正措施” 。
作者: George Dvorsky
FY: 赵丁丁
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