SpaceX发射“黑色卫星”，欲解决卫星光污染问题

来源：DeepTech深科技

近日，来自世界多个地区的人都拍到了一串光点整齐地从夜空中掠过，这正是 SpaceX 在今年 1 月 6 日发射的新一批 Starlink 通信卫星。

同样的场景已经不是第一次出现，在过去 SpaceX 三次 Starlink 发射任务后，相同的画面在世界各地被捕捉到。

这是由于 Starlink 卫星在发射后的前几日里，整批 60 颗卫星都会在 300 公里左右的高度上，在完全相同的轨道上密集飞行，待 SpaceX 完成相关测试后，卫星才会通过自身的推进器爬升至更高轨道。

在那之前，较低的轨道高度和成群的卫星队列让卫星过境时显得明亮无比，以至于肉眼和普通手机也能够轻易捕捉。

在吃瓜群众感叹科技带来的视觉享受时，天文学家们可不这么看，这些明亮且密集的卫星会带来的光污染问题，影响天文观测。

对拥有庞大发射计划的 SpaceX 来说 ，这是一个必须要面对的问题。在最近的一批 Starlink 卫星发射任务中，SpaceX 在其中安排了一颗被称为 “DarkSat” 的测试卫星。 

除了能够完成正常 Starlink 卫星的通信任务，SpaceX 对这颗卫星进行了特殊涂层处理，目的是减少卫星在轨飞行时的光线反射，降低卫星的光污染问题。

图 | Starlink 卫星（来源：SpaceX） 

对极度依赖望远镜观测的天文学来说，降低卫星对观测结果的影响至关重要。在卫星数量急速上升的当下，天文学界亟需一个能够减少卫星干扰的解决方案。 

天文学是一门相当古老的学科，自人类文明诞生以来，天文学在几乎所有人类文明中都有着重要地位。但过去的人们可能难以想象他们每日抬头仰望的天空会被人类自己的飞行器填满。 

根据欧洲航天局的统计数据，到目前为止，地球上空各类人造卫星的总数约为 5000 个，其中还在正常运作的则超过 2000 个。

再来看看这些太空公司的野心，其中仅 SpaceX 一家，计划发射的 Starlink 卫星就达到了 1.2 万个，这个数字已远超过去 60 年发射卫星的总数。除此之外，还有 Oneweb、亚马逊、三星、铱星等公司都有自己的卫星组网计划，卫星数量都在数百到数千个之间。未来几年内，地球上空的卫星总数将会以前所未有的速度增长。

这会对目前的天文观测活动带来灾难性的影响。

首先，天文观测是离不开望远镜的。在运用光学望远镜进行天文观测的过程中，高亮度的卫星从视野内穿过会对观测行为造成干扰。尤其是在针对一些远离地球的天体（距离地球许多光年），为了获取它们的细节图像，天文学家需要用望远镜进行几分钟甚至几个小时的长时间曝光，进而收集更多的光线，再从其中得到更多的天体信息。

这是由于卫星表面常有一层金色或银色的反光材料，因此当卫星在观察过程中穿过画面，就会形成一道长且明亮的条纹。这种情况下，大批卫星集体飞过带来的影响几乎是灾难性的。

图 | 5 月 25 日，美国洛厄尔天文台的望远镜在工作时，25 个 Starlink 穿过视野范围，在观测结果上留下大量线条（来源：洛厄尔天文台）

除了使用光学望远镜，由于多数天体不仅辐射出可见光，也发射出无线电波，因此通过射电天文望远镜收集天体发出的无线电信号来研究天体的物理、化学特性也是一个重要的方法，由此发展出了射电天文学。例如此前人类首次”拍到”的黑洞照片便是通过这种方法完成。

在射电天文观测中，卫星发出的无线电信号也可能对观测、研究工作产生严重干扰。

图 | 电脑合成空间碎片图片（来源：pixalytics）

在 2019 年 SpaceX 首次发射 60 颗 Starlink 卫星时，一大串卫星从天边掠过的场景就引起了天文学界强烈的担忧。这一迅速而强烈的反应让 SpaceX 不得不认真对待卫星的亮度对夜空的干扰问题。

当时马斯克回应称，SpaceX 可以让卫星调整方向，以尽量减少对天文观测活动的干扰。除此之外，SpaceX 已经做好计划，将会避免发射特定频段信号，目的也正是为了不影响正常的天文观测活动。

近日，在夏威夷檀香山举行的美国天文学会第 235 次会议上，SpaceX 业务的政府事务副总裁 Patricia Cooper 在会上带来了 SpaceX 在这项工作中的最新进展。

他表示，Starlink 卫星在较低轨道停留时看起来亮度很高，在升高轨道高度的过程当中，每颗卫星上的太阳能电池阵列也会对亮度产生影响。而一旦卫星到达了 550 公里的运行轨道时，亮度就会大幅降低，肉眼只能在深夜时才可能察觉到。

Cooper 介绍称，经过一系列研究，SpaceX 认为散射光和卫星上带来漫反射的表面是造成亮度过高的重要原因，为此，SpaceX 在卫星上进行了特殊涂层处理，降低了卫星表面的反射率，并将其称为 DarkSat。

在 1 月 6 日发射的第三批 60 颗 Starlink 卫星当中，就有 DarkSat 实验星已经被送上了预定轨道。

此后，SpaceX 将会研究经过改进的 DarkSat 在亮度上的表现，以及它在通信工作上的表现。

从卫星的研制周期来说，SpaceX 在不到一年的时间里即给出反应，通过改进卫星尝试降低卫星亮度，这显示出反应极快的特点。Cooper 表示，目前尚不清楚降低亮度的做法是否真正有效，但 SpaceX 会不断进行测试和更新。

但解决夜空污染问题必定不是一蹴而就的，尤其是考虑到在未来数年时间里，来自中、美等国家的政府和私营卫星公司将向太空发射上万颗卫星。

除了对卫星下手，尽可能降低卫星本身亮度，位于智利的薇拉 · 鲁宾天文台首席科学家 Tony Tyson 表示，他们的团队正尝试从软件出发，在天文观测结果中用算法抹除卫星运动对观测结果的影响。

不过这一做法的基础之一，就是天文观测团队需要能够获得全球所有卫星的运行轨迹信息。 

目前这一尝试还在进行当中，Tyson 也表示这一过程非常复杂。不过从这项工作可知，如今的天文观测活动已经变得更加复杂，而为了获得更加精准的观测数据，减少地球上和太空中其他光源的影响，多种软硬件层面的方案也将被引入其中。