激增的卫星

在过去五年里，环绕地球运行的卫星数量出现了前所未有的激增。这引发了天文学家的担忧，因为卫星的反光会在天文图像中表现为一道道长长的、明亮的条纹。这些所谓的“卫星痕迹”会影响整个电磁波段的天文图像。

与大众认知相反，卫星痕迹不仅影响地面望远镜，空间望远镜也会遭到影响。例如，运行在大约540千米高度轨道上的哈勃空间望远镜，就已经不得不与数千颗通信卫星“共用”一片区域。结果是，在2018至2021年间拍摄的哈勃图像中，有4.3%出现了卫星痕迹。

在一项于近期发表在《自然》杂志上的研究中，美国航天局（NASA）的研究人员分析了到2040年之前预计将发射的50多万颗卫星，会如何影响四台在轨或即将发射的空间望远镜。他们的结论表明：卫星的反光污染，对空间望远镜的威胁越来越严重。

在太空中也躲不开

自古以来，人类便仰望星空，追问自己在宇宙中的位置，并借此理解生命轨迹中的种种规律。但直到大约过去70年里，人类制造的各类设备才真正开始在地球之外运行，而且主要集中在近地轨道——也就是距地表不到2000公里的那一圈空间中。

目前，全球各家公司共发射了约1.5万颗卫星在地球轨道上运行，还有好几家公司计划再发射成千上万颗卫星，组建用于电信服务的“巨型卫星星座”。例如，SpaceX计划将其现有的Starlink（“星链”）扩展至约3.4万颗卫星。

为了评估这些卫星将带来怎样的影响，NASA的天文学家团队利用计算机模拟了四台近地轨道空间空望远镜的观测视野——它们有的已经在轨运行，有的即将发射。这四台望远镜为：哈勃空间望远镜（HST）；今年3月发射的宇宙历史与再电离期分光光度计及冰探测器（SPHEREx）；计划于2026年发射的中国巡天空间望远镜；以及欧洲空间局计划于2030年发射的ARRAKIHS任务。

被卫星痕迹污染的图像

为了了解卫星对空间望远镜的影响，研究人员使用了一个公开的人造卫星及其轨道数据库，来模拟若干种可能的未来卫星“总体规模”。他们模拟了大约18个月的观测过程，在他们的模拟情景中，卫星数量从1万颗（比目前的实际数量少）到惊人的100万颗（大致相当于全球各公司声明有意发射的卫星总数）。

他们发现，如果在轨卫星数量为56万颗（即目前已规划发射的规模），那么在每一次曝光中，这四台望远镜中的平均卫星痕迹数分别为：

哈勃空间望远镜：约2.14条

SPHEREx：约5.64条

ARRAKIHS：约69条

巡天：约92条

其中，哈勃约有39.6%的图像会出现至少一条痕迹；而SPHEREx、ARRAKIHS与巡天的这一比例则超过96%。

在计划于2030年发射的ARRAKIHS的模拟图像中，电信卫星反射的光留下了明显的痕迹。（图/NASA Ames/A. S. Borlaff, P. M. Marcum, S. B. Howell）

而在模拟的卫星数量达到100万颗的情景下，探测到的卫星痕迹数量大致翻倍。具体来说，在每一次曝光中，哈勃空间望远镜平均会观测到3.93条卫星痕迹；相比之下，SPHEREx、ARRAKIHS 和巡天每张图像中的平均卫星痕迹数量依次高达8.71条、127条和165条。

研究人员表示，这样的结果令人担忧。因为这些卫星痕迹极易被误认为是威胁地球的小行星。这意味，如果天文学家发现观测到的图像中似乎充满了类似小行星的痕迹，反而很容易错过一颗真正危险的天体。此外，卫星留下的痕迹还会增加观测难度，使得一些罕见且稍纵即逝的宇宙事件更难被探测到。

如何共存

研究人员指出，卫星的增长速度已经远远超过了科学界评估其影响的进展。卫星企业正以远快于学术研究的节奏推进，而监管机构却行动迟缓。展望未来，研究人员表示希望，天文学界能与卫星企业携手合作，共同守护这片天空。

他们提出了一些可由卫星运营商采取的减缓措施，比如限制卫星的最大轨道高度，使空间望远镜能够位于卫星之上，从而避免被遮挡。但他们也指出，这可能会导致更多退役或失效的卫星在高层大气中焚毁，产生令人担忧的污染问题。此外，研究人员呼吁还运营商提供更为精确的卫星位置数据，以便天文台能够提前规避卫星痕迹，并在观测图像中更高效地去除这些污染。

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封面图&首图：Victoria Girgis/Lowell Observatory