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SpaceX等空基互联网光污染有多严重？占肉眼看到1/10可见光

晰数塔互联网快讯
2021-10-08 10:47

划重点：

1、SpaceX及其竞争对手正不断向太空中发射微型卫星，希望建立空基互联网以便为地球提供宽带互联网接入。

2、这些组成太空互联网的卫星引发多方担忧，包括可能成为新的太空碎片来源，并带来更严重的光污染。

3、SpaceX已经采取措施应对这个问题，包括发射表明涂层的Darksat改装卫星，以及安装了遮阳板的Visorsat卫星。

4、到目前为止，仍缺少如何管理太空卫星互联网的规则，这更加剧了人们的担忧。

腾讯科技讯 10月7日消息，美国太空探索技术公司SpaceX创始人兼首席执行官埃隆·马斯克(Elon Musk)最近发文称，该公司“星链”（Starlink）卫星宽带互联网服务本月结束测试阶段。目前，SpaceX已有约1800颗卫星在近地轨道上运行，并为约10万个家庭提供互联网接入。

就在十年前，地球轨道上只有几千颗卫星。现在，星链项目工程师的目标是建造多达12000颗卫星，SpaceX几乎每个月都会用猎鹰9号火箭发射更多卫星。FCC最近公布的报告称，该公司申请发射3万颗以上的卫星。这个庞大的卫星网络被称为“巨型星座”，目前在卫星互联网行业占据主导地位，但亚马逊和OneWeb等其他公司也计划发射数千颗类似卫星。

随着星链网络的壮大，SpaceX及其竞争对手将不得不解决由此带来的潜在问题。其中之一是，更多卫星入轨意味着，最终会有更多的太空垃圾，从而导致更多的碰撞事件。同时，天文学家、环保主义者和土著团体等担心，由于这些卫星反射阳光，它们将不可挽回地照亮夜空。

对于国家科学基金会(National Science Foundation)资助的维拉·鲁宾天文台(Vera C.Rubin Observatory)这样的望远镜，天文学家们正在努力开发软件，以减轻天空中充斥着更多私人卫星带来的影响，但它们不可避免地会在他们拍摄的宇宙图像上留下条纹。

在过去的几年里，天文学家已经在夜空中发现了许多星链卫星。不列颠哥伦比亚大学行星天文学家、外层空间研究所联席主任亚伦·博利(Aaron Boley)说：“如果我走在门廊上，晚上抬头看，我会看到一颗明亮的卫星划过天空，有时甚至会看到几颗。这是一种非常奇怪的感觉：所有的恒星似乎都在移动，就像是一种光学错觉。这将产生比人们想象的大得多的影响。”

由于预计在短短几年内总共将有6.5万颗SpaceX、亚马逊、OneWeb和STARnet/GW卫星在轨道上运行，博利和天文学家萨曼莎·劳勒（Samantha Lawler）在最新研究论文中预测了它们的光污染效应。根据对星链卫星亮度的观测和模拟，他们发现在北纬和南纬50度附近，例如加拿大和欧洲，卫星将占望远镜所能看到的光的7%到14%，约占肉眼所能看到的可见光的十分之一。

博利和劳勒在研究中发现，在地球上空1200公里左右的轨道上运行的卫星会在空中停留一段时间，而星链卫星在近地轨道上移动得更快，其高度不到600公里，大约与SpaceX首次纯商业载人太空飞行任务Inspiration4的高度一样。低轨道卫星覆盖的面积比高轨道卫星小，因此SpaceX需要更多的卫星才能覆盖相同数量的人群。但对我们地球上的人来说，它们也在天空中发出更明亮的光芒。

其他行业参与者通常坚持向单个轨道发射卫星，包括英国的OneWeb和计划中的卫星星座，如亚马逊的“柯伊珀计划”(Project Kuiper)和加拿大的Telesat。但至少在一段时间内，星链的星座可能仍将是最大的一个。根据马斯克的推文，SpaceX已经向14个国家的测试用户发货，其中包括Wi-Fi路由器和卫星天线，主要是西欧和北美的测试版用户，包括农村和远程用户。该公司计划将用户基础扩大到至少50万。

哈佛商学院研究太空领域商业化的经济学家马修·温齐尔(Matthew Weinzierl)在电子邮件中称：“考虑到SpaceX在发射方面的明显优势，其他人将很难在这个领域与其竞争。然而，竞争对手已经存在，而且正在形成，这表明市场仍然看到了机会。”

但亚马逊发言人表示，该公司意识到了潜在的光污染问题。他说：“反射率是我们设计和开发过程中的一个重要考虑因素。我们已经做出了许多设计和操作决定，这将有助于减少我们对天文观测的影响，我们正在与社区成员接触，以更好地了解他们的担忧，并确定我们可以采取的措施。“

OneWeb北美政府和企业事务主管凯蒂·多德(Katie Dowd)称，该公司正在与包括英国皇家天文学会(Royal Astronomical Society)和美国天文学会(American Astronomical Society)在内的组织进行谈判，以了解卫星对观测的影响，“并创建支持这两个社区的设计和操作实践。我们还在进行亮度测量，并将关注这些结果，以探索解决方案”。

SpaceX及其竞争对手无法避免光污染，他们只能减少光污染。大气层中的每个物体在其轨道上运行时，至少会反射部分光，这取决于它们的材料、颜色和大小。而当卫星向地球发射信息时，一小部分太阳光通常也会被卫星的主体和太阳能电池板反射下来。

去年年初，SpaceX测试了名为Darksat的星链卫星，其单侧(包括天线)都涂上了试验性的变暗涂层，以降低反射亮度，该公司声称反射亮度降低了55%。有些天文学家发现，这项措施确实使卫星变暗，甚至让肉眼看不见卫星，但仍没有达到不反射太阳光的程度。其他人则完全没有察觉到卫星明显变暗。然而，他们发现，卫星测量到的亮度可能会有所不同，这取决于观测到的角度和光线在大气中的散射方式。

根据SpaceX网站上的发帖，该公司发现卫星黑暗的表面变得很热，使卫星的部件处于危险之中，而且它仍然在红外中反射光线。因此，该公司后来测试了名为Visorsat的不同方法，部署了少数安装了矩形遮阳板的卫星，就像汽车挡风玻璃上使用的那种。这些遮阳板的目的是确保从卫星天线反射的太阳光被反射到远离地球的地方。

到目前为止，SpaceX还没有公开发布任何关于这种方法的效果信息，也没有与Darksat对比的数据。但是，另一位天文学家和博利的团队都发现，Visorsat卫星中至少有70%的亮度仍然高于他们的首选阈值。不过，这一水平可以确保维拉·鲁宾天文台拍摄的图像基本不受影响。

为了引起人们对光污染问题的关注，并致力于寻找解决方案，美国天文学会于今年夏天召开了一次关于卫星星座的虚拟研讨会，名为SatCon2，并计划很快发布报告和建议。SatCon2的组织者是优先接触到广泛关注夜空的人，包括业余天文学家、天文摄影师、天文馆社区、环保人士以及来自美国、加拿大、新西兰和其他国家的土著和部落社区。

旧金山大学天体物理学家、SatCon2公共参与联合主席亚帕纳·温克特森（Aparna Venkatesan）说：“每个人都希望事情能够放慢脚步，他们希望业界更多地参与进来。作为全球公地，这是属于每个人的。”

在SatCon2研讨会上，一个由天文学家组成的工作组与SpaceX和其他五家主要卫星运营商的代表进行了交谈，讨论了研究人员提出的反射光限制，以及这些公司如何评估和降低他们航天器的反射率。他们还就美国国内的政策选择进行了辩论，这些选择可能涉及为互联网卫星能产生多少光污染制定规则。

其中包括由联邦航空管理局(FAA)或联邦通信委员会(FCC)实施监管的可能性，FAA为发射和重返大气层设定条件，FCC为在轨无线电频率发放许可证。许多天文学家还希望看到美国《国家环境政策法案》结束对太空的豁免。也就是说，他们认为太空是需要保护的环境。

除了光污染，所有这些公司都面临着另一个挑战：太空垃圾。如果其他卫星或数十万块轨道碎片中的任何一块撞上它们，这些公司的卫星可能成为潜在受害者，同时也将成为太空垃圾的源头。

总部设在科罗拉多州布鲁姆菲尔德的无党派智库安全世界基金会(Secure World Foundation)的项目规划主任布莱恩·维登(Brian Weeden)说，SpaceX有能力移动卫星以避免碰撞，就像其他在较低轨道上运行卫星的公司一样。在卫星寿命结束时，它的工程师可以把卫星带到大气层中烧毁。但仍存在很大不确定性，主动脱轨只有在卫星仍在运行的情况下才能奏效。比方说，如果星链2%的卫星在被移动或拉回地球之前就坏掉，那相当于在轨道上增加了数百个被遗弃的航天器。

而缺乏关于谁通知谁可能发生碰撞的规则，多近的距离算是太近，以及谁必须移动卫星，都加剧了人们的担忧。今年4月，星链和OneWeb卫星曾近乎相撞。2019年，欧洲航天局的卫星启动了推进器，以避免撞上星链的卫星。

美国太空司令部目前监测所有10厘米或更大的太空碎片，并计算太空坠毁的几率。位于加州门洛帕克的LeoLabs公司创始人兼首席执行官丹·塞珀利（Dan Ceperley）说：“巨型星座和所有这些发射机会让这个系统不堪重负，因此有必要扩大容量。”他的公司使用全球各地的雷达系统追踪太空碎片，包括许多卫星碎片，并向与他们签约的公司提供数据，其中包括SpaceX。

随着星链和其他星座的发展，博利和他的同事们希望这些公司能更好地解决光污染和太空碎片带来的挑战。博利说：“我希望，当他们对卫星进行改造时，工程方面的努力不仅仅涉及到改装，而是整个卫星的实际设计都要考虑到亮度降低的问题。”

正如他指出的那样，一旦这些卫星升空，地球上的人们将无法避免它们的影响。博利称：“你可以走出城市，逃离城市光污染，体验夜空，但不能从卫星光污染中逃离，因为你将无处可逃。”

本文来自“腾讯科技”，审校：金鹿，36氪经授权发布。