中文簡介： 由42,000顆衛(wèi)星組成的巨型星座將對“時(shí)空遺留調(diào)查（LSST）”造成嚴(yán)重破壞，預(yù)計(jì)將近三分之一的LSST圖像至少包含一條衛(wèi)星跡線，而實(shí)際上在黃昏或黎明拍攝的所有圖像都會受到至少一條衛(wèi)星跡線的損害。

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圖 1 目前智利的魯賓天文臺正在建設(shè)中，圖源：Rubin Observatory

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正當(dāng)天文學(xué)家們翹首期盼維拉·魯賓天文臺的開啟時(shí)，焦急的操作人員已經(jīng)運(yùn)行測試，來看看系統(tǒng)在布滿巨型衛(wèi)星星座的近地軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)如何，不令人意外，與SpaceX正在建造的天文臺相同，結(jié)果并不理想。

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魯賓天文臺項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)（PST）的新研究表示，包含4200顆衛(wèi)星的巨星星座會嚴(yán)重破壞計(jì)劃在明年開始并在2032年結(jié)束的時(shí)空遺產(chǎn)調(diào)查（LSST）。

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根據(jù)研究，預(yù)計(jì)近1/3的LSST圖像都至少包含一條衛(wèi)星軌跡，而幾乎所有在黃昏或黎明時(shí)拍到的圖至少會被一條衛(wèi)星軌跡破壞。如果不采取任何措施緩解這個(gè)懸而未解的問題，團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)它將會增加項(xiàng)目4年的額外工作。

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圖 2 星鏈衛(wèi)星出現(xiàn)在夜空中，表現(xiàn)為明亮的條紋

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為了紀(jì)念維拉·魯賓這位暗物質(zhì)研究先驅(qū)而命名的這座天文臺應(yīng)該在明年下半年上線，天文學(xué)家將運(yùn)用魯賓天文臺8.4米（27.5英寸）的西蒙尼望遠(yuǎn)鏡和3200萬像素的LSST相機(jī)每晚捕捉1000張圖，來研究附近的恒星和遠(yuǎn)處的星系。除了對天文學(xué)和宇宙學(xué)有幫助外，魯賓天文臺還可以探測到接近地球的危險(xiǎn)小行星。

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“LSST研究會創(chuàng)造一個(gè)宇宙的彩色運(yùn)用圖景，讓不尋常的平凡和奇異可觀測，”PST報(bào)道的作者這么寫道，“人類第一次從時(shí)間和空間全景觀測光學(xué)宇宙，魯賓天文臺帶來的巨大好處是絕對是未預(yù)料到的，”作者又補(bǔ)充到：“這需要未被污染的夜空——千年來地球居民與生俱來的權(quán)利?！?/span>

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根據(jù)PST，理想情況下，望遠(yuǎn)鏡會進(jìn)行長達(dá)30秒的曝光，展示暗淡又遙遠(yuǎn)的、是肉眼可見范圍2000萬倍的物體。憑借高度的光學(xué)敏感性，不難想象頭頂疾駛的衛(wèi)星會對研究造成多大的問題。

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很顯然，天文學(xué)家們已經(jīng)處理衛(wèi)星數(shù)十年了，但是PST設(shè)計(jì)員預(yù)計(jì)在未來幾年會有大批新衛(wèi)星涌入。SpaceX作為一個(gè)先例，從2019年來已經(jīng)進(jìn)行了5次星鏈發(fā)射，在地球近地軌道（LEO）上放置了300顆衛(wèi)星。但這是微不足道的，因?yàn)榘Ｂ　ゑR斯克領(lǐng)導(dǎo)的公司計(jì)劃截止到21世紀(jì)20年代中期，在地球近地軌道上放42000顆星鏈衛(wèi)星。亞馬遜、OneWeb和三星這些競爭公司正著手堆疊衛(wèi)星，專家預(yù)測到本世紀(jì)30年代，近地軌道上至少會有50000顆衛(wèi)星。

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圖 3 獵鷹9號于2019年11月發(fā)射，載有60顆星鏈衛(wèi)星。

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另一個(gè)要處理的問題就是這些衛(wèi)星的部署方式，星鏈衛(wèi)星最初被放在290km（180英里）的軌道上，隨后上升到離地大約550m（340英里）的運(yùn)行軌道上，這個(gè)高度其實(shí)挺低的，因?yàn)樾l(wèi)星仍是肉眼可見的。然而，在這個(gè)過程的早期階段，衛(wèi)星產(chǎn)生了標(biāo)志性的空中列車效應(yīng)，以每月兩次發(fā)射的步調(diào)，這些星鏈衛(wèi)星“列車”如今是夜空中的半常規(guī)存在。

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圖 4 出現(xiàn)在CTIO-DECam（暗能量相機(jī)）上的星鏈條紋，攝于2019年9月，圖源Clara Martínez-Vázquez, Cliff Johnson, CTIO/AURA/NSF

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在文章的寫作過程中，PST模擬了4200顆衛(wèi)星組成的星座對LSST研究的影響，結(jié)果表明大約全部圖像的1/3會捕捉到至少一條衛(wèi)星軌跡，并且?guī)缀跛信臄z于黃昏時(shí)的圖像都至少有一顆衛(wèi)星亂入，因?yàn)槟菚r(shí)LEO衛(wèi)星會更亮。

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圖 5 星鏈衛(wèi)星

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LEO衛(wèi)星預(yù)計(jì)會占滿天文圖像，產(chǎn)生殘留的視覺問題，并迫使科學(xué)家們直接“扔掉”那些圖片。根據(jù)PST的新研究，這些人工制品將帶來糟糕的影響，導(dǎo)致原本長達(dá)10年的研究將再額外延長4年，來彌補(bǔ)這一損失。

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令人悲傷的是，這個(gè)巨星星座也會干擾其他相關(guān)研究，比如探測問題小行星，以及宇宙學(xué)工作，例如暗物質(zhì)的研究。

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這樣和那樣的問題在位于夏威夷的美國天文學(xué)會議中被展開討論，天文學(xué)家們爭先阻止未來的星座抑制他們進(jìn)行科學(xué)研究的能力。維拉·魯賓的團(tuán)隊(duì)向SpaceX表達(dá)了他們的擔(dān)憂，這兩個(gè)組現(xiàn)在正一起工作尋找解決方法。

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根據(jù)PST報(bào)告，可能的緩解措施包括把衛(wèi)星的亮度降低10倍，這需要新科技（例如低反射率油漆），增加成本，并從衛(wèi)星供應(yīng)商那里購入。SpaceX已經(jīng)調(diào)暗了它的其中一顆星鏈衛(wèi)星來測試“遮陽”這一概念。

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正如PST報(bào)告中所描述的，其他可能的解決方案包括有效的圖片——修正條紋問題的處理算法，以及衛(wèi)星軌道運(yùn)動預(yù)測軟件，這可以防止望遠(yuǎn)鏡掃描天空中的特殊小塊區(qū)域。在這個(gè)措施下，如果幸運(yùn)的話，維拉·魯賓望遠(yuǎn)鏡將有10°的視野，這大約是夜空中月亮所占面積的40倍。有超過5萬多顆衛(wèi)星圍繞并計(jì)劃進(jìn)行30秒的長曝光的情況下，對于軟件來說很難找到一個(gè)沒有人工入侵者（衛(wèi)星）的廣闊天空。

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PST提出的另一個(gè)方法就是對同一片天空連續(xù)曝光15秒，如果兩張圖片中其中一張發(fā)現(xiàn)有衛(wèi)星尾巴，這片區(qū)域就不用了，這雖然不是個(gè)好辦法，但也是個(gè)辦法。

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希望PST和SpaceX在如何解決這個(gè)問題上達(dá)成一致，早些時(shí)候。Forbs報(bào)道到，馬斯克說星鏈衛(wèi)星對天文學(xué)家造成“零問題”，基于已經(jīng)發(fā)生的事，這似乎是個(gè)奇怪的言論。根據(jù)Forbes，馬斯克當(dāng)時(shí)在一次衛(wèi)星會議上發(fā)表演講，稱如果問題大于零的話，他的公司將會進(jìn)行“糾正措施”。

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作者: George Dvorsky

FY: 趙丁丁

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