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在2019年11月20日发布的333秒曝光中,Starlink卫星从智利的Cerro Tololo美洲天文台成像。 (NSF的国家光学红外天文研究实验室/ CTIO / AURA / DELVE)
Fraught frontier

Satellite 星座 are crowding the skies, causing conflict between astronomers, governments 和 businesses.

我们可以原谅全世界的观望者认为天堂比往年4月23日更加拥挤, 数十个明亮的新光点缓缓地在夜空中划过弧。

“外星人入侵欧洲?不会啦’s just 太空X,” declared Britain’s 表现 报纸。“SpaceX 星联卫星横穿金斯敦天空,” wrote Ontario’s 金斯顿主义者.

由亿万富翁埃隆·马斯克(Elon Musk)拥有, 太空X 刚刚发射了另外60颗Starlink小型通信卫星— the company’在短短26个月内第七次进行此类发射

星联 是众多小型卫星之一“constellations”预计会涌向观察者’未来几年的视野。 太空X,Amazon和波音等公司希望使用数千颗卫星来增强地球上的通信。

双子座北云摄像机间隔拍摄的星际卫星星群在莫纳克亚山上通行的录像。该序列于2019年11月12日至13日晚上获得。(Gemini Observatory / NSF’国家光学红外线天文研究实验室/ AURA, 在这里可用)

当然,半个多世纪以来,卫星一直是我们天球视图的一部分。人们特别批评铱星造成了明亮“flares,”这是罕见的,可预测的和可避免的。

但是,新一代受到天文学家的更多关注。小型卫星现在比十年前更强大,更实惠。随着卫星普及率的提高,商业和天文学的利益开始在低地球轨道上发生冲突。从加拿大天文学会到国际黑暗天空协会的实体都说过,卫星星座可能会干扰业余和专业观察,更不用说使用天空作为其文化知识存储一部分的土著文化了。企业主认为,他们正在努力减少卫星的眩光和影响,但目前尚不清楚最终的影响是什么,以及由谁来监视它们。

剩下一个大问题—谁统治着地球上方的空间?

按数字

在所有星座提供商中,SpaceX受到最严格的审查。该公司已经向近地轨道发射了400多颗Starlink卫星,这些卫星被描述为异常亮,因此观察者难以避免。 太空X已获得美国联邦通信委员会的许可,可发射12,000枚,并已申请许可再发送30,000枚。 (相比之下,自1957年太空时代开始以来,人类已经发射了大约9,400颗卫星。)

据一个 4月23日SpaceX新闻稿,Starlink的目标’260公斤的卫星是全球互联网服务。

1月29日,SpaceX从佛罗里达州的卡纳维拉尔角空军基地发射了第四套Starlink卫星。 (唐·赫拉迪克)

“Starlink的目标是2020年在美国北部和加拿大提供服务,到2021年将其迅速扩展到人口稠密的全球范围,” it states.

罗伯·特克(Rob Thacker),计算天体物理学家兼圣玛丽教授’哈利法克斯的大学说,这些卫星发射后立即最亮,当时它们的辐射强度为-1甚至-2。他指出,当它们升至550公里的最终轨道高度时,它们应逐渐减弱。

即使在这样的高度,也可以很容易地通过望远镜观察到Starlink卫星,尤其是在日落之后的前几个小时,以及在黎明前的几个小时,当卫星将太阳光反射回地面时。

“一旦它们到达适当的高度,它们的亮度应在[幅度] 4.2至5.5之间,大大降低。” Thacker said.

星联网站还指出,当不再使用卫星时,其卫星推进系统会在数月内将其推离轨道。如果该系统停止工作,它们将掉入地球’一到五年内的气氛。

“They’重新设计以燃烧” Thacker said.

Debra Ceravolo于3月16日在不列颠哥伦比亚省拍摄了这张照片’Starlink卫星经过时位于南部的内部。她说,卫星经常污染她的图像。“它威胁着所有形式的天文摄影和天文学以及(以我的愚见)人类,而且似乎对此无能为力,”她说。 (黛布拉·塞拉沃洛)

卡纳克的天空

虽然这些卫星旨在增强偏远地区的电信访问能力,但天文学家表示,它们已经在阻碍夜空的观察和研究。

国际天文联合会发布 一份声明 去年,警告“satellite 星座 can pose a significant or debilitating threat to important existing 和 future astronomical infrastructures.”

Canadian astronomers are adding their voices to international concerns. In February, the Canadian Astronomical Society expressed concern over satellite 星座 via 立场声明 由Thacker撰写,他也是该组织’s president.

“真正改变的是卫星数量,”沙克说。天文学家期望处理的卫星数量“在相当短的时间内从几千增加到了数万,” he said.

Thacker在立场声明中指出,计划中的卫星数量“可能构成严重威胁”某些天文学,尤其是广角测量望远镜。他陈述了瞬态的研究—随时间变化的物体—可能会受到威胁,射电天文学可能会受到阻碍。

“由于没有对作为地球轨道的公地进行国际监督的结果,可能的结果是,多个参与者之间的竞争将推高碰撞风险,” he wrote.

“除了对地球使用的基本关注之外’s orbital resources, current analysis suggests tens of thousands of satellites deployed in orbit 可能构成严重威胁 to wide-field, transient 和 radio astronomy.”

薇拉·鲁宾(Vera C.Rubin)’s woes

智利是欧洲南方天文台(ESO)的所在地’的超大望远镜以及美国国家科学基金会’s 维拉·鲁宾天文台。这些专业天文台可能容易受到星座干扰 最近的ESO报告.

2019年11月,塞罗·托洛洛(Cerro Tololo)美洲天文台全天候摄像机记录了用肉眼甚至可以看见的卫星。 (NSF’国家光学红外天文研究实验室/ CTIO / AURA, 在这里可用)

薇拉·C·鲁宾’西蒙尼勘测望远镜是皇冠上的瑰宝,这是一种宽视场8.4米的反射望远镜,有望将其引入“first light”今年晚些时候。它准备进行为时十年的南部天空调查,即时空传统调查(LSST)。预计每晚可捕获30秒的夜空2000次,每隔几天覆盖一次南部天空。每个框架将覆盖十个平方度,大约占40个满月的面积。

LSST首席科学家托尼·泰森(Tony Tyson)也是加州大学戴维斯分校的一名教师,他估计在冬季,有10%到20%的LSST图像中将有卫星踪迹。夏季,暮光持续时间较长时,百分比会更高。

“卫星轨迹可能太亮,以至于会使相机饱和,” he said. “整个焦平面上可能有一条饱和像素的白线。赢了’不会损坏CCD,但会影响图像质量。”

一个问题是信号可能“leak”泰森说,从探测器的一个像素到相邻像素之间的距离,会在图像上产生重影效果,并且无法通过对图像进行数字处理来快速修复。

一种可能的缓解策略是确保望远镜在任何时刻仅对准天空的无卫星区域。

“That’已被证明可以为1000颗卫星工作,并且可以为大约5,000颗卫星工作,” Tyson said. “但是,对于成千上万的卫星来说,它最终成为了追赶野鹅的运动。”

就其本身而言,SpaceX知道此问题。 4月28日的新闻稿指向DarkSat,它的实验卫星具有变暗的相控阵和抛物线形天线。该发布声明称,与其他Starlink卫星相比,亮度降低了约55%,但由于黑色表面变热并反射光,该公司将改为测试遮阳板。

“随着发射成本的持续下降,将会出现更多的星座,它们也需要确保其卫星的光学特性不受影响。’给当地的观察者带来麻烦,”版本说明。“这就是为什么我们正在努力使这个问题在将来让每个人都更容易解决。”

泰森表示,他已经与一些SpaceX的代表举行了富有成果的会议’s分包商,andis“谨慎乐观”使卫星变暗的努力将是有效的。“如果您可以将其变暗足够的10或20倍,则可以将这些足迹降低到它们赢得胜利的地步’使检测器饱和” he said.

他补充说,“我们可以开始处理它。”

这张未经处理的Messier 101风车星系照片是从安大略省巴拉市拍摄的,于2020年6月16日被卫星径迹污染。摄影师马丁·凯特斯说图片 说明了Starlink卫星群带来的挑战。 (马丁·凯特)

国际水域

天文学界的许多人—专业和业余—哀叹缺乏对夜空的管制。尽管SpaceX发射的通信卫星需要获得美国联邦通信委员会的批准,但是对于亮度没有任何规定。

“It hasn’直到现在还是一个问题,”密歇根大学天文学名誉教授Patrick Seitzer说。“But the launch of these large 星座 in low-Earth orbit has brought it to the forefront.”

Seitzer还说,由于它们的53度轨道倾角,加拿大和其他纬度类似地区的天空观察者可能会在天空中看到更多的Starlink卫星。虽然卫星只是“pass over”像美国这样的国家,当它们从北向变为南向时,它们会在高纬度地区徘徊,反之亦然。

沙克说如果一家公司’卫星发射的无线电波将由加拿大的地面站接收,然后需要获得加拿大创新,科学和经济发展局以及加拿大广播电视和电信委员会(CRTC)的批准。但是,没有卫星需要获得批准才能进入该国550公里以上的轨道。

“It’作为国际条约的一部分,外层空间可供其他国家免费探索和使用,”麦吉尔大学副教授Ram Jakhu说’的航空航天法学院。“进入太空后,您可以自由走动。它没有’不管你飞过谁的领土。”

迈克·范德·霍克(Mike Van der Hoek)于晚上7点左右拍摄了这张来自艾伯塔省麋鹿角的Starlink卫星的照片。 2019年12月29日,他说这是他第一次看到卫星,从那以后他已经看过几次了。 (War Shear WX的Mike Van der Hoek)

艾伦·戴尔(Alan Dyer)数十年来一直是一名天文摄影师,并定期为 宇宙漫步者。他说,他担心随着卫星数量的增长,未来的天空会是什么样。他说,这将影响普通人享受夜空的能力,并将对他的生计照片产生非常明显的影响。

“令人担心的是,随着数字的增加,您的图片中总会有一些卫星,” he said. “We’习惯了只有几个,但没有数百个。”

而且,像塞策一样,他对谁能将什么放入我们的天空的监管缺乏感叹。

“You’每个人都有一个人,一个公司,单方面改变夜空的外观,” he said.

“目前,依法没有任何东西可以阻止某人这样做。如果有人在整个国家公园内摆放照明广告牌,破坏自然风光。但是没有’t,代表夜空…太空就像狂野的西部。您可以随心所欲。”

—来自Allendria Brunjes的文件

丹·福克(@danfalk)是驻多伦多的科学记者。他的书包括 莎士比亚科学 寻找时间。 本文发表在 7月/ 8月版 宇宙漫步者。

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