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測試顯示,SpaceX“星鏈”衛星將嚴重破壞巡天望遠鏡觀測

2020/4/29 9:02:18來源:新浪科技作者:任天責編:遠洋評論:

北京時間4月29日消息,據國外媒體報道,在天文學家熱切期盼薇拉·C·魯賓天文臺啟用的同時,焦急的操作人員已經進行了測試,試圖了解當近地軌道上擠滿了類似于SpaceX“星鏈”衛星的情況下,該望遠鏡的工作效果如何。不出所料,結果并不是很好。

▲目前正在智利建設中的魯賓天文臺

今年1月,正在智利建設的大型綜合巡天望遠鏡(LSST)宣布更名為“國家科學基金會薇拉·魯賓天文臺”,以提供暗物質存在重要證據的美國天文物理學家薇拉·魯賓(Vera C。Rubin)命名。魯賓天文臺項目科學團隊的最新研究表明,一個由42000顆衛星組成的巨型衛星群將會嚴重破壞LSST的觀測。按計劃,LSST項目于2021年年底開始,2032年結束。

根據這項研究,近三分之一的LSST圖像預計都將包含至少一條衛星軌跡,而對于在黃昏或黎明拍攝的圖像,幾乎都將包含至少一條衛星軌跡。研究團隊預計,如果不采取措施來解決這個問題,這個項目未來將不得不額外增加4年的工作時長。

為了紀念暗物質研究的先驅薇拉·魯賓,天文臺將于明年晚些時候上線。屆時,天文學家將使用8.4米的西蒙尼勘測望遠鏡和32億像素的LSST相機每晚拍攝1000張照片,觀測鄰近的恒星和遙遠的星系。除了幫助天文學和宇宙學研究以外,魯賓天文臺還可以探測到接近地球的危險小行星。

▲在托洛洛山美洲際天文臺的暗能量相機(DECam)拍攝于2019年11月的圖像上,可以清楚看到“星鏈”衛星留下的軌跡

“LSST巡天調查將創造出一幅宇宙的彩色動態圖景,讓不尋常的事情變得司空見慣,奇異的事物也可以被觀察到,”項目科學團隊的報告寫道,“人類將首次以空間和時間的全景來觀察光學宇宙。因此,魯賓天文臺最大的進步無疑將出乎我們的意料?!弊髡哌€補充道:“這就要求一個原始的、未受污染的夜空,幾千年來,這一直是地球居民與生俱來的權利?!?/p>

項目科學團隊稱,理想情況下,魯賓天文臺望遠鏡的曝光時間為30秒,能夠顯示出比肉眼可見物體暗2000萬倍的遙遠天體。在如此高的光學靈敏度下,不難想象星鏈衛星在天空中的軌跡會給巡天觀測帶來怎樣的巨大問題。

天文學家與衛星打交道已經有幾十年了,但是項目科學團隊預計,在未來幾年將會有大量的新衛星涌入天空。以SpaceX公司為例,自2019年5月以來,該公司已經進行了5次“星鏈”發射,將300顆衛星送入近地軌道(LEO)。但這只是一小部分,這家由伊隆·馬斯克領導的公司希望在本世紀20年代中期向近地軌道發射42000顆星鏈衛星。包括亞馬遜、OneWeb和三星在內的競爭對手勢必也會有大動作,專家預測,到本世紀30年代,近地軌道衛星的數量將達到5萬顆以上。

另一個影響天文學觀測的問題與這些衛星的部署方式有關。星鏈衛星最初會進入290公里的軌道高度,然后上升到距地球表面550公里的運行軌道(實際上仍然很低,因為可以用肉眼看到)。然而,在這個過程的早期階段,這些衛星會產生標志性的“空中火車效應”。以每月兩列的速度發射,這些星鏈“衛星列車”如今已經成為夜空中半固定的存在。

根據這一情況,魯賓天文臺項目科學團隊模擬了42000顆衛星對LSST的影響。結果表明,大約30%的圖像將含有至少一條衛星軌跡,而幾乎所有在黃昏期間——近地軌道衛星最明亮的時候——拍攝的圖像也將被至少一顆衛星搶鏡。

研究人員預計,低軌道衛星的亮度將使天文圖像飽和,產生殘留的視覺信號,迫使科學家直接放棄這些圖像。根據科學團隊的新研究,由于這些圖像的質量可能會非常差,以至于長達10年的巡天調查還需要再增加4年時間才能彌補損失。

另一方面,星鏈衛星群也會干擾其他研究,比如探測不明小行星,以及暗物質研究等相關的宇宙學工作。

最近在夏威夷召開的美國天文學會會議上,天文學家們對這類問題進行了討論。魯賓天文臺的團隊很自然地將他們的擔憂傳達給了SpaceX公司,兩家機構正在合作尋找解決方案。

根據項目科學團隊的報告,可能的解決策略包括將衛星的亮度降低10倍。這將需要開發新的技術(如低反射率涂料),增加額外成本,以及衛星運營商的支持。SpaceX公司已經讓一顆“星鏈”衛星變暗,以測試所謂的“遮陽傘”概念能否奏效。

項目科學團隊的報告還指出,其他可能的解決方案包括采用強大的圖像處理算法來修復衛星軌跡問題,以及開發預測衛星軌道運動的軟件,從而阻止望遠鏡掃描特定的天空區域;魯賓天文臺的望遠鏡視野接近10平方度,大約是月球在夜空中所占面積的40倍。如果有5萬多顆衛星在地球周圍運行,而望遠鏡要進行30秒的曝光,那么再先進的軟件可能也很難找到一片沒有衛星軌跡的天空區域。

因此,科學團隊提出的另一個解決策略是對同一片天空進行背靠背的15秒曝光。如果兩張圖片中有一張帶有衛星尾跡,那就會被去掉。這不是一個偉大的解決方案,但仍然可以一試。

最后,希望魯賓天文臺的項目科學團隊能與SpaceX公司達成某種協議,以更好地進行天文學觀測。馬斯克在不久前表示,星鏈衛星給天文學帶來的問題將是“0”,似乎一切都已經解決。據《福布斯》雜志報道,馬斯克當時是在一個衛星會議上說這番話的,他表示,公司將“在高于0的情況下采取糾正措施”。最好他是認真的,畢竟科學還是應該先于利潤。

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關鍵詞:SpaceX

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