天文學(xué)家在巡天望遠(yuǎn)鏡所拍攝的圖像分析證實(shí)，天文觀測圖像中出現(xiàn)星鏈衛(wèi)星軌跡的情況越來越多。如果 SpaceX 獲批衛(wèi)星全部升空，相關(guān)望遠(yuǎn)鏡觀測圖像中都將會出現(xiàn)星鏈衛(wèi)星軌跡，這對黃昏時分天文觀測產(chǎn)生的影響更大。
SpaceX 旗下“星鏈”互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)需要在軌運(yùn)行密集的衛(wèi)星群來提供低延遲網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)。目前整個星鏈系統(tǒng)已經(jīng)有超過 1500 顆在軌衛(wèi)星，美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)此前已經(jīng)批準(zhǔn)了 12000 顆星鏈衛(wèi)星的發(fā)射。這讓天文學(xué)家憂心忡忡。盡管 SpaceX 已采取措施減少衛(wèi)星運(yùn)行所產(chǎn)生的影響，但無法完全消除地面觀測中衛(wèi)星所留下的痕跡。
這一問題有多嚴(yán)重?在過去的兩年時間里，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)巡天望遠(yuǎn)鏡所拍攝畫面中，受星鏈衛(wèi)星軌跡影響的圖像數(shù)量增加了 35 倍。研究人員估計(jì)，如果星鏈按計(jì)劃發(fā)射所有衛(wèi)星，幾乎每一張觀測圖像中都至少有一條星鏈衛(wèi)星的軌跡。
放眼望去太多了
天文學(xué)家用于分析這一影響的地面觀測設(shè)施是帕洛瑪天文臺的茨威基瞬變設(shè)施 (ZTF)。ZTF 被用于捕捉宇宙中的超新星等罕見事件，其反復(fù)掃描整個天空，用軟件篩查在早期圖像中不存在但在后期圖像中出現(xiàn)的物體。ZTF 的高靈敏度使其能夠很好地識別出小行星以及太陽系中其他較暗的天體。
ZTF 主要通過寬視場和巨型相機(jī)來快速掃描整個天空，但這也增加了看到星鏈衛(wèi)星軌跡的可能性。
為了確定星鏈衛(wèi)星被 ZTF 相機(jī)捕捉到的頻率，研究團(tuán)隊(duì)采集了所有星鏈衛(wèi)星的軌道數(shù)據(jù)，并將其與 ZTF 每一張存檔圖像中觀測的天空區(qū)域進(jìn)行比較。一旦一幅圖像被確定為可能捕捉到星鏈衛(wèi)星圖像，研究人員就會使用軟件來檢測圖像中是否存在明亮軌跡。這一分析涵蓋了從 2019 年 11 月到 2021 年 9 月大約兩年時間的 ZTF 觀測圖像。
這段時間 SpaceX 正在快速打造星鏈網(wǎng)絡(luò)。起初只有大約 100 顆星鏈在軌運(yùn)行，通常 ZTF 望遠(yuǎn)鏡在 10 天的觀測中不會探測到一顆星鏈衛(wèi)星。當(dāng) 500 顆衛(wèi)星進(jìn)入軌道后，看不到星鏈衛(wèi)星的周期有所縮短。當(dāng)近地軌道上有超過 1500 顆星鏈衛(wèi)星時，ZTF 通常會在 10 天左右的時間內(nèi)記錄到超過 200 顆衛(wèi)星。
黃昏時分進(jìn)行觀測所受到的影響最為明顯。那些捕捉地平線的觀測角度會讓星鏈衛(wèi)星軌跡占據(jù)觀測圖像的更多空間。此外黃昏時分太陽所處位置也點(diǎn)亮了更多衛(wèi)星。因此，大約 64% 的星鏈衛(wèi)星軌跡是在黃昏時分拍到的。隨著衛(wèi)星數(shù)量的增加，觀測圖像中出現(xiàn)衛(wèi)星軌跡的數(shù)量也出現(xiàn)了爆炸式增長。在 2020 年末，只有大約 6% 的黃昏觀測圖像受到影響。到 2021 年底，這一數(shù)字增長到 18%。
隨著天文學(xué)界的抱怨越來越多，SpaceX 在新一代星鏈衛(wèi)星上安裝了遮光罩。研究人員比較了不同星鏈衛(wèi)星的能見度，發(fā)現(xiàn)使用遮光罩的星鏈衛(wèi)星亮度下降了大約 4.6 倍，但衛(wèi)星可見性仍然高于解決問題研討會上所設(shè)定的目標(biāo)。
目前圖像中的星鏈衛(wèi)星軌跡細(xì)小，加之可以通過軟件進(jìn)行識別并處理，所以對天文觀測的影響不算大。研究人員估計(jì)，目前而言，因?yàn)榕c星鏈衛(wèi)星軌跡重合而導(dǎo)致錯過罕見天文事件的概率只有 0.04%。但是，由于這個問題在黃昏觀測中最為嚴(yán)重，更有可能影響到天文學(xué)家對彗星和小行星等太陽系內(nèi)天體的搜索。這一問題還可能會變得更糟。SpaceX 已經(jīng)獲準(zhǔn)發(fā)射 1 萬多顆星鏈衛(wèi)星。當(dāng)在軌運(yùn)行的星鏈衛(wèi)星數(shù)量超過 1 萬顆時，每一張黃昏時分拍攝的圖像都可能包含一條星鏈軌跡。SpaceX 表示，其最終希望將在軌運(yùn)行的衛(wèi)星數(shù)量增加到 4 萬顆以上，那樣所有在黃昏時分觀測的圖像都可能包含四條星鏈衛(wèi)星軌跡。
此外，SpaceX 并不是唯一一家計(jì)劃提供衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的公司。如果所有公司都按照計(jì)劃發(fā)射衛(wèi)星，望遠(yuǎn)鏡可以觀測到的近地軌道衛(wèi)星將多達(dá) 10 萬顆。
ZTF 的主要任務(wù)是尋找遙遠(yuǎn)高能現(xiàn)象引起的罕見事件，這在很大程度上不受越來越多衛(wèi)星軌跡的影響。由于目前影響罕見事件觀測的概率很小，將衛(wèi)星數(shù)量增加兩倍也不會對這種觀測產(chǎn)生顯著影響。但其他科學(xué)觀測任務(wù)中已經(jīng)出現(xiàn)了大量的光污染事件，而且情況只會變得更糟。
