人造衛星正在成為我們探索宇宙的障礙

伊娃·昂蒂維羅斯(Eva Ontiveros) - BBC國際部
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智利的薇拉·魯賓天文台
位於智利艾爾基谷的薇拉·魯賓天文台( Vera Rubin Observatory)

想像一下你是一個天文學家:花大量的時間觀察銀河系遠端的新星球和星體;收集目前所知的宇宙最遠處的數據;還要監察彗星。

你的視野如同宇宙一樣廣闊;你有世界上最先進也最昂貴的天文望遠鏡可用……可是,你的視線卻受阻。

這正是梅甘·多納休教授(Megan Donahue)面臨的事情。她研究銀河系的群聚,也在密歇根州立大學教授天體物理學。

「有10萬顆光明、閃亮,還會移動的『星星』在天上會造成災難,」她說。她指的是一群正要發射上天環繞地球的人造衛星,它們形成了一片人造的巨型星座。

多納休教授同時是美國天文學會(American Astronomical Society)會長,該學會最新的報告得出結論,「由於(人造衛星)嚴重的干擾,一些天文現象將肯定會被錯過。」

所以,什麼類型的重大觀察將有被錯過的風險?

「我們監察天空中飛過來的小行星,」她說,「這將左右人類的生存。」

「它在破壞我的研究」

最近數周,幾乎每一天都有私營公司發射衛星上天的消息。

美國航天製造商SpaceX(由伊隆·馬斯克所有)已經將650枚「星鏈」(Starlink)衛星發射上近地軌道,這個計劃總共有1.2萬枚衛星要發射;全球通訊公司一網(OneWeb)則已將其計劃的4.8萬枚航天裝備中的74個發射上天;亞馬遜(Amazon,美國線上零售及跨國科技公司)表示,他們亦想發射自己的3236枚衛星。

一旦它們全都按計劃完成,僅此三家公司就已有超過6.3萬枚新衛星。

這還不包括·在俄羅斯、中國等各個地方的其他機構,它們也在排著隊凖備發射它們自己的設備。

理論上來說,這應該是一件好事——天上飛行這些機器,主要用於改進地方上的電子通訊。

但是,這些人造衛星群有一個負面作用:它們會遮擋天文學家的視線。

多納休教授說,衛星幾秒鐘的閃爍,可能就會令多年的研究付諸東流。

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我們應該擔心嗎?

當然應該! 因為從研究遠方星系當中所能了解到的信息(它是由什麼組成的,它的密度以及質量等)可能會為帶動更先進的技術開發,從而令所有人的生活更美好。

但是為了做到這一點,多納休教授不得不首先要捕捉到一些你所能想象的最微弱的光——這樣做需要最特別的天文望遠鏡。

而這些設備,在人造的光源面前是極度脆弱的。

「在我試圖要從離我們幾十億光年遠的星系那裏捕捉到那些微光時,人造衛星會造成一些過度曝光的巨大光線,穿透非常敏感影像,」多納休教授說。

換句話說,她那些精密的圖片被衛星的強光給燒燬了。

有時候「通常要很多分鐘完成的整個曝光會被破壞,然後它甚至影響之後用同一個設備進行的曝光,」她說。

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「光彈亂入」是「天文學的災難」

那麼,我們真的可以說,是人造衛星在「亂入」破壞天文學研究嗎?

「是的,那是其中一個理解,」多納休教授說,「它實實在在地用光架設了一道屏障,阻止公眾資助的宇宙科學研究:星球、小行星、星體、星系,一切東西!」

這位天文學家表示,「不用很多家公司一起,就能使夜空充滿各種光線」,從而破壞「數十億美元的公共經費」。

一個重大犧牲品可能就是薇拉·魯賓天文台(Vera Rubin Observatory)——過去曾被稱為大型綜合巡天望遠鏡(LSST)——仍在建造中的它位於智利的艾爾基谷,這個地點的選擇是因為它原本清淨的天空。

「這對於美國來說是最首要的新望遠鏡,而它將會悲劇性地受到這些衛星的影響,」多納休教授說,「(人類)需要有所行動來令它們對天文台帶來的災難少一些。」

關乎人類存亡

但是,受影響的可能不僅僅是她的工作。

「它關乎人類的存亡的事,」多納休待援說,「我們監察天空中飛過來的小行星和彗星。」

現在,這些東西撞擊地球的機會非常低,但仍然是有切實可能性的。

就在9月,兩顆體積相當於半個埃菲爾鐵塔的小行星——被浪漫地命名為2010 FR和幾天后的2020PT4——以每秒八英里的速度掠過我們的星球(這個速度相當於在7分多鐘裏從紐約到達倫敦)。

美國太空總署(NASA)將這類太空石塊列為近地物體(NEO),稱它們是「潛在危險」,因為在未來它們的軌道有可能更靠近,從而與地球相撞。

這就是為什麼太空總署一直在監察很多其他被認為有風險的小行星——儘管它們撞擊地球的機會非常小——並且有機制會在需要時將它們擊出地球範圍。

這也是為什麼提前預警能夠大大地增加你生存的機會,多納休教授說:你越早發現一個模糊的物體向你移動,你就越有機會避免災難性的撞擊。

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夜空中的污染

「誰擁有天空,誰又有資格說誰有權在天上放光?」多納休問。

她說,各企業用人造衛星擠滿太空,「破壞了地球上每一個人的夜空」。

她還表示,除了生存威脅,我們可能還會因此錯過無數令人興奮——而且有用——的新發現,「不可逆轉地永遠失去一些機會」。

但是,衛星有可能被送到一個沒那麼多問題的軌道嗎?

「即使這些公司的所有人都同意只使用近地軌道(海拔500至600公里以內),」多納休教授說,「這些物體仍然會被看到,並且在日出前和日落後的很多個小時裏能夠在太空中反射太陽光。

如果這些公司選擇使用高海拔的軌道呢?

「那問題就會更嚴重。像薇拉·魯賓天文台(VRO)這樣的天文台,在夜間拍下的照片裏,將幾乎每一張都會有雜物,」多納休教授說。

而這不僅僅是在智利有發生,它真的有國際性的影響。

記得那張突破性的黑洞照片嗎?距離5億萬億公里,地球上沒有任何足夠大的天文望遠鏡能夠捕捉到那些太大、太遠或者太大又太遠的東西。

但是如果你將幾張用地球上最大的天文望遠鏡連接起來——就像他們在黑洞項目上所做的那樣——你實際上就是在製造一個超大天文台,將彼此獲得的數據和其他訊息拼起來,拼出一個過去不可能拼出來的天空。

「VRO是一個天文台系統裏的一部分,」多納休教授說,其他建在地面上的大型天文台,比如極大望遠鏡(Extremely Large Telescopes)和巨型麥哲倫望遠鏡(Giant Magellan Telescopes)等,將會依賴VRO的各種發現。

從智利到印度,如果一個項目失敗了,就會有很多受到影響。

「不僅是一個天文台,一個地方,」多納休教授說,「像歐幾里德衛星(Euclid)和最近重新命名的南希·羅曼太空望遠鏡(Nancy Roman Telescope)一直是計劃使用將會從VRO得出的重要數據群。」

天文學家說,在1960年代末,對核戰的恐懼促使很多國家簽署了一些法案,監管對太空空間的使用,以避免核災難,對於無線電波頻的使用也一些有限的國際監管,「但是沒有任何國際法律直接監管太陽光反射。」

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天文學以及地球的未來

如果有那麼多的太空設備圍繞地球,我們還要多久就會被太空垃圾所圍繞?

「我們已經被一個有點像垃圾場的東西圍繞了」多納休教授說。

「太空總署和其他相關利益機構在追蹤軌道上有很多小東西,為的是避免和廢棄的火箭相撞,」這位航天物理學家說。

「然而,這些據稱有10多個的衛星比上面的那些垃圾要大得多也光亮得多。撞擊永遠是一個擔憂。」

不過,多納休教授希望對未來保持樂觀。

「科學上來說,我們在基礎物理學上的一些最大的進步,都是從研究天空得來的,而其中特別是夜空,」她說。

「了解物質本質、重力、黑洞、時間的起始、元素的產生以及代表宇宙總能量約70%的暗能量的存在等,」多納休教授說,「暗能量到底是個什麼東西?如果我們只關在地球上的實驗室裏,我們永遠都不會找到答案!」

「我希望我們能夠有一些監管,從而讓未來的世代有跟我們曾有過的同樣(或者更好)的天空視野,」她說。

「我的希望寄托在這些公司的工程師甚至領導者和天文學家和天文台工程師有別,不會這麼瘋狂:我們都是太空極客,我們很多人進入這一領域,就是因為我們愛太空,」多納休教授說。

解決辦法可能就在那些一開始製造這個亂局的人們手上:「設計和建造太空船、天文台的同一類人,要站起來面對時間、成本和太空局限的挑戰。」

天文學(以及地球上的生命)能夠度過這一關嗎?

「或許一些人會決定,他們不想作為當代天文學的終結者而被記住,」多納休教授說,「而我只能希望,這是做正確行動的最大動力。」

說到底,「天空是屬於我們所有人的。」