锁死地面天文观测，马斯克的星链为何被天文学者深恶痛绝？

　　文丨硅谷101（ID：svstyle），采访丨泓君，作者丨胡少阳
　　「如果有一天地球被小行星撞了，天文学家没有提供足够的预警时间，千万不要怪他们，你该去找那些发卫星的公司。」美国亚利桑那大学天文学与天体物理学博士吕建伟在做客播客《硅谷101》的采访中提到。
　　这里的「发卫星的公司」，指的是埃隆·马斯克创建的 SpaceX 推出的星链计划。通过向近地轨道发射众多小卫星，来搭建太空高速互联网。已经持续有天文学家反馈，马斯克的星链计划正在对地面天文观测，产生毁灭性的影响，一些科研项目完全无法进行。
　　图 星链卫星 来自：wikimedia
　　巧合的是，2021 年 12 月底， Netflix 上映了一部名为《Don＂t Look Up》的科幻讽刺电影，讲述一颗珠穆朗玛峰大小的彗星，即将撞向地球，人类却还沉浸在政治斗争，和娱乐至死的生活中。
　　小行星撞击地球并不是科幻电影的想象，就在两个月前，美国宇航局还开展了世界上首次行星防御测试任务，如果未来预测到地外天体即将撞击地球，尝试能否改变小行星轨道。
　　图   DART 任务示意图 来自：NASA/Johns Hopkins Applied Physics Lab
　　星链虽然能给偏远地区提供高速的太空互联网，但对人类探索宇宙也有着诸多负面影响。截止 2022 年 1 月 15 日，在星链发射的 1993 颗卫星中，有 1469 颗正常运行，有 200 多颗卫星已经失联，失联比例高达 10%。这些失联的卫星成为了太空垃圾，当人类向太空发射航天器或者太空望远镜时，首先需要冲破这层太空垃圾的干扰。
　　除了影响航空安全，星链对天文学的影响更甚。星链正在对天文观测产生哪些具体的影响，是否有解决的办法？以下是播客《硅谷101》主持人泓君，与美国亚利桑那大学天文学与天体物理学博士吕建伟，和哈佛-史密森天体物理中心博士后龙凤的访谈精选。
　　01 星链对地面观测的四大影响
　　《硅谷101》：去年圣诞节，人类历史上最贵的太空望远镜，詹姆斯韦伯太空望远镜发射升空，此时近地轨道已经有 1469 多颗星链卫星，并且 SpaceX 还将不断发射。你觉得星链对刚升空的詹姆斯韦伯望远镜影响大吗？
　　吕建伟 ：地球周围的人造天体或者人造残骸，会对韦伯望远镜的发射产生负面影响，但目前来说，这些影响比较有限，韦伯太空望远镜发射后的几分钟内，它就会飞向拉格朗日 L2 点。根据 NASA 的计划，韦伯太空望远镜预计将在 1 月 23 日抵达拉格朗日 L2 点。这个地点距地球近 150 万公里，所以不用担心地球的人造天体对它的影响。
　　图   韦伯望远镜的飞行进度 来自：NASA
　　但星链包括它们的残骸，对一些运行在近地轨道的望远镜和常见卫星，有很大的影响。
　　为避免与 SpaceX 的星链相撞，中国的太空站在去年就有两次，不得不调整运行轨道，所以星链对宇航员的生存安全是一个挑战。2019 年，欧洲的 Aeolus 卫星差点与一颗星链卫星相撞。
　　星链中小卫星的数目非常多，而且他们的轨道不好预测。你问 SpaceX 的人，他们都未必知道星链中某颗卫星，在几时几刻出现在什么位置。
　　中国、美国、和欧洲有很多的企业，计划通过自己的「星链计划」，来打造全球互联网。所以从长远角度来看，如果这方面的产业没有任何限制，在不久的将来，天上可能同时会出现几十到数百万颗小卫星。随着时间的推移，他们会产生各种各样的碎片，给近地宇航安全带来很大问题。
　　我们做天文的人，并不讨厌马斯克本人，但对这种星链计划非常讨厌，他们对天文的影响真是深恶痛绝。
　　首先星链卫星的反射光可能会烧坏天文望远镜。尽管人眼看起来星链卫星比较暗，但对于灵敏的天文望远镜来说，他们非常非常亮。很多天文望镜的探测器很灵敏，以至于一些肉眼看不到的恒星，都需要规避，否则天文望远镜的探测器，会被那些恒星发的光照烧坏。
　　SpaceX 的星链对天文学家来说到底有多亮？打个比方，你在一个安静的图书馆里读书，或者屏息凝神地，寻找一个小动物。SpaceX 的星链就像突然冲过来一个敲锣打鼓，带着大喇叭的人，对你吼个不停。他刚走，又来了一个敲锣打鼓的人，并不断循环下去，无奈的是，你不知道这些人什么时候来，什么时候走。星链的轨道可以去猜，但是不能完全规避。
　　图   20 分钟内出现的 39 颗星链卫星，由 202 张照片合成 来自：SatTrackCam Leiden
　　第二，星链中的一颗近地小卫星通过后，可能会导致之前观测数个小时的数据完全不能用。天文学家如果想观测一个遥远的天体，通常的做法是把望远镜，指向天体所在位置，进行长时间曝光，盯着那个天区不停地看和拍照。短一点半个小时，长一点几个小时，甚至好几天就一直盯在那个方向。小卫星产生的强信号，会把观测星体的星光信号污染，于是你不确定看到的数据，是来自观测星体，还是小卫星。
　　过去某个天区突然出现了光变信号，大家通常认为，那里可能出现了超新星，或者有个什么新的天体突然诞生了。但 SpaceX 的星链出现后，这个光变信号，很可能来自一个小卫星残骸的太阳反射光。
　　第三，有一些千年甚至万年一遇的天文现象可能被错过。做系外行星研究的科学家们，比较关心恒星周围的行星。经典的探测办法是盯着一个恒星反复观测，记录恒星发的光，随时间变化的曲线，这需要长时间稳定地对该天区进行监测。如果突然出现星链卫星，会导致光变曲线突然产生异常信号，你无法确定这是否是正常数据。
　　我自己编了个笑话，10  20 年之后，整晚都有几百万颗星链卫星和其他小卫星在天上飞来飞去。天文学家们花一晚上进行天文观测，第二天两个天文学家交流结果。一个说我今天晚上数到了几百颗星链卫星。另外一个天文学家兴奋地说，我也数到了这么多。但发现其中一颗好像发生了碰撞，这成了他们最大的发现，但并没有发现任何新宇宙现象。
　　龙凤：这些近地人造卫星，虽然对韦伯太空望远镜不会有太大影响，但对几乎所有的地面望远镜影响很大。
　　再补充一点，影响的不仅是光学望远镜，还影响到了常在夜间观测使用的射电望远镜。据说星链的通讯频率是跟我们射电观测的某个频率完全重合，就意味着我们几乎接收不到，天空中那个频率发出的信号，信号完全被覆盖。
　　虽然我们可以用太空望远镜作为替代方案，但它东西太昂贵了，而且成功率太低。所以对天文观测来说，地面的这些望远镜还是主要依赖的设备，所以星链对我们的影响其实还是蛮大的。
　　02 立法、涂黑卫星，并不解决燃眉之急
　　《硅谷101》：SpaceX 的星链在设计时，有没有考虑天文观测的问题，还是说他们没有办法解决这个问题？
　　吕建伟 ：其实我稍微知道一点信息，我们这边的天文学家，也有人专门负责研究星链，这类卫星对天文学的影响。现在美国的天文学会，还包括有一些国际性的政府间合作组织，也逐渐开始在这方面进行一些前期探索，未来可能还会颁布一些法规。
　　我觉得 SpaceX 在计划这个项目时，没有考虑那么多，他们主要目的还是为了实现商业价值。极个别做天文的人，可能意识到这是一个问题，但他没有预判到星链系统发展速度这么快。
　　美国天文学每十年会做一个规划。今年刚出来一个叫 Decadal Survey on Astronomy and Astrophysics 2020 的规划，十年前星链卫星完全不存在，所以没有人关心这件事情。直到最近的一两年，大家才终于意识到，这是一个非常严重的问题。所以今年的这个规划，有很大篇幅讨论这方面的解决方案，遗憾的是篇幅比较有限。
　　现在天文学家与 SpaceX 进行过了沟通，SpaceX 采取了临时措施，对新一批的星链进行表面涂色，比如说把他们漆成黑色，降低卫星被照射后的亮度，但上色之后还是很亮。
　　图   四颗星链卫星：Starlink-1114（2020-001P）、Starlink-1030（2020-001N）、Starlink-1084（2020-001B）和Starlink-1098（2020-001D）。其中 Starlink 1030 经过表面涂色，相比之下亮度有所降低 来自：SatTrackCam Leiden
　　另外一个跟红外有关系，因为能量不会消失，把光学波段的能量降低，它的红外波段能量就会变强。所以你让光学天文学家稍微满意了一点，但红外天文学家又开始生气了。最终的解决办法，我其实也不是很清楚，从红外学家的角度看，需要把整个卫星都做得非常冷，才能解决问题。但事实上，这种方式会导致成本过高，以致完全不可实现。
　　《硅谷101》：SpaceX 在非常频繁地发星链卫星。他们知道了对天文观测的影响后，会降低卫星发射频率吗？
　　吕建伟：不光是 SpaceX 的星链，很多国家的政府，或者一些比较有远见的企业家，都觉得这个可能是未来重要的发展方向，所以有政府和企业会推动类似的项目。大概率在两三年之内就可以看到多个星座系统上天，那会对天文学带来什么影响，我个人非常悲观。
　　龙凤：可以说是颠覆性的影响。现在接收光学波段的我国巡天望远镜，已经受了很大的影响，甚至有的科学目标完全没有法做。我个人觉得其实是挺讽刺的，通过卫星接入网络，是一个挺酷的实践，它通过技术手段让人类的生活变得更好。但反过来，这给天文学的发展打造了一个黑域，反而锁死了人类从地面探索宇宙的脚步。
　　图   星链信号接收器 来自：SpaceX
　　03 小行星撞击地球正变得不可预测
　　《硅谷101》：在《文明之光还是文明之锁？马斯克的星链公测了》这期节目中，探讨了星链产生大量的太空垃圾对天文观测的影响，这确实是一件挺矛盾的事情。
　　吕建伟：在几年之后，地面天文学家看 SpaceX 的星链在天上飞来飞去，他们的心情估计跟农民伯伯看到遮天蔽日的蝗虫，满天飘来飘去一样，烦得不得了，也没什么办法。
　　龙凤：我觉得这些星链卫星是会一定程度，影响我们人类，因为天文学家需要观测一些快速移动的小天体，判断他们撞击地球的概率。但如果在天空中一直有快速移动的卫星，我们几乎不可能实现对这种天体的测量。因此也不知道哪天哪颗陨石就撞上了我们了。
　　《硅谷101》：最近有部科幻题材的讽刺电影《Don＂t Look Up》，讲天文学家观测到彗星即将撞击地球，人类还沉浸在各种政治斗争中，这会成为现实吗？
　　吕建伟 ：我个人觉得这部电影还是乐观了一点，现在星链这样的卫星计划特别多，天文学家在第一步，就不发现不了对地球有威胁的天体。
　　龙凤：你要在那么多快速移动的卫星里，找到那一颗移动的天体，这就很困难。
　　吕建伟 ：搜索这种近地天体，需要在日落和日出时进行，对全天进行很详细的观测。那时也是像星链这种低轨卫星最亮的时候。所以原先没有这种星链卫星时，搜索近地天体都已经是比较艰辛的工作了，就像大海捞针一样。
　　现在星链上天之后，就相当于在大海捞针的状况下，又扔了很多很多的假目标。所以如果说有一天地球被小行星撞了，天文学家没有提供足够的预警时间，千万不要怪他们，你该去找那些发卫星的公司。