馬斯克惹惱天文學(xué)家，星鏈計劃恐令射電天文觀測受阻
越來越多的 人造衛(wèi)星會影響地球上的射電望遠(yuǎn)鏡，圖片來自，ESA-SCIENCE OFFICE
編譯 | 張 蒙
責(zé)編 | 葉水送
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近日，來自《科學(xué)》雜志網(wǎng)站的一篇報道稱，平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡（Square Kilometre Array，以下簡稱SKA）項目發(fā)布了一份關(guān)于SpaceX的Starlink（星鏈計劃）對該陣列的影響分析報告。報告顯示，Starlink與SKA預(yù)計使用的無線電頻段有所沖突，將會使其喪失對太空中有機(jī)分子、水分子等關(guān)鍵信息的敏感性。目前，射電天文學(xué)家正在尋找解決之道。
信號撞車，馬斯克項目飽受天文學(xué)家批評
SKA計劃是國際天文界計劃建造的世界最大綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡，意在通過建設(shè)3000－4000個大型射電天文天線陣列，形成1平方公里的信息采集區(qū)，監(jiān)測天空中從未有過的細(xì)節(jié)，從而幫助人類填補(bǔ)對于宇宙基本認(rèn)知的空白。
由于南非沙漠地區(qū)具有完美的射電靜默背景，項目所需的高中頻反射面天線將在此處建成，預(yù)計在21世紀(jì)20年代末期完工。為了保障SKA對天空的觀測，這里甚至禁止使用手機(jī)，然而，由于Starlink的存在，這些努力可能付諸東流。
馬斯克Starlink計劃發(fā)射的人造衛(wèi)星，圖片來自spacex
“Starlink”是SpaceX最為野心勃勃的計劃之一。2015年1月，埃隆·馬斯克（Elon Musk）宣布SpaceX將在2019年至2024年間發(fā)射1.2萬顆衛(wèi)星進(jìn)入地球軌道，創(chuàng)造出一個由人造衛(wèi)星組成的巨型星鏈，從而在全球范圍內(nèi)提供高帶寬、低延遲、低成本的衛(wèi)星寬帶互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。
在馬斯克的構(gòu)想中，Starlink可達(dá)到1G/s的全球網(wǎng)速，并解決偏遠(yuǎn)、深海地區(qū)等信號死角問題，消除信息鴻溝，實現(xiàn)無盲點覆蓋，從而帶來一場互聯(lián)互通的信息革命。到目前為止，SpaceX已經(jīng)發(fā)射了超過700顆Starlink衛(wèi)星，創(chuàng)下了人類歷史上最密集的衛(wèi)星發(fā)射記錄。然而，盡管Starlink的太空網(wǎng)絡(luò)布局開啟了通信互聯(lián)的新紀(jì)元，天文學(xué)家們在意的卻是這些衛(wèi)星對星空帶來的“噪音”。
SKA的這份分析報告顯示，Starlink中用來傳輸互聯(lián)網(wǎng)信號的頻段占據(jù)了10.7至12.7千兆赫茲中相當(dāng)大的頻段，處在 5b 頻段范圍內(nèi)，它也是南非SKA陣列射電望遠(yuǎn)鏡需要觀測的七個頻段之一。如果把直接信號與信號泄漏的影響計算在內(nèi)，當(dāng)Starlink發(fā)射的衛(wèi)星達(dá)到6400顆時，望遠(yuǎn)鏡下行頻帶的靈敏度將損失70%。如果衛(wèi)星數(shù)量達(dá)到10萬顆，5b頻段將完全無法使用。
到那時，SKA會對最簡單的氨基酸——甘氨酸（蛋白質(zhì)的一種成分）等分子失去敏感性，而尋找生命的發(fā)源地、調(diào)查宇宙的起源與演化正是SKA開拓的重要領(lǐng)域。SKA總干事菲爾·戴蒙德（Phil Diamond）介紹，“如果在一個正在形成的行星系統(tǒng)中探測到它，那將是一條非常有趣的信息?！迸c此同時，5b頻段還可能用以追蹤遙遠(yuǎn)星系中水分子的蹤跡，幫助宇宙學(xué)家研究暗能量如何加速宇宙膨脹。
事實上，這已經(jīng)不是Starlink所遭受的第一次質(zhì)疑。在Starlink將首批60顆衛(wèi)星送入軌道之際，其衛(wèi)星的明亮程度就讓天文學(xué)家瞠目結(jié)舌。泰勒·諾德格倫（Tyler Nordgren）說道，“這有可能會改變自然的天空”。研究表明，運行中的衛(wèi)星軌道產(chǎn)生的光線會破壞大多數(shù)圖像，寬視場光學(xué)測量受損最為嚴(yán)重。大量進(jìn)入地球軌道的人造衛(wèi)星星座可能會對地面和天基天文學(xué)研究產(chǎn)生重大不利影響。
三方協(xié)作，尋找共存之路
最近，聯(lián)合國外層空間事務(wù)廳（UNOOSA）的一個研討會討論了SKA的這份分析報告，SpaceX公司負(fù)責(zé)衛(wèi)星政府事務(wù)的副總裁帕特里夏·庫珀（Patricia Cooper）在研討會上表態(tài)，稱自8月以來，所有發(fā)射的Starlink衛(wèi)星都安裝了“面罩”以減少反射。她還表述，“我們正在努力尋找一條可以共存的道路?！?/span>
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近幾十年來，天文望遠(yuǎn)鏡不可避免地需要與衛(wèi)星發(fā)射器共存。射電天文學(xué)家希望衛(wèi)星在飛越射電觀測站時，能夠關(guān)掉發(fā)射機(jī)，轉(zhuǎn)移到其他波段，或是把它們指向別處。美國國家射電天文觀測臺的主任托尼·比斯利（Tony Beasley）說，他們一直在和SpaceX討論這些選擇，“在接下來的一兩年里，我們將嘗試在技術(shù)上與他們實時協(xié)調(diào)，進(jìn)行測試?！?/span>
但有一部分天文學(xué)家不想僅僅指望企業(yè)的善意。除了尋求聯(lián)合國外層空間事務(wù)廳的幫助外，他們還希望聯(lián)合國國際電信聯(lián)盟（ITU）能夠介入。英國喬德雷爾班克天體物理中心主任、射電天文學(xué)家邁克爾·加勒特（Michael Garrett）說：“無線電頻譜是一種資源，正被那些通常不重視科學(xué)的私營公司所消耗。在我看來，只有政府干預(yù)才能阻止這種狀況?！?/span>
由此，天文學(xué)家提出了兩項建議：其一，未來所有近地軌道衛(wèi)星的設(shè)計應(yīng)避免向射電望遠(yuǎn)鏡和無線電靜默區(qū)發(fā)射波束；其二，近地軌道衛(wèi)星應(yīng)做好旁路信號泄漏的控制措施。這些建議將在明年聯(lián)合國的一系列小組委員會上進(jìn)行討論，并進(jìn)一步提交給聯(lián)合國空間觀測處與聯(lián)合國大會。哈佛-史密森天體物理中心天文學(xué)家喬納森·麥道威（Jonathan McDowell）表示，如果一切按計劃進(jìn)行，這些指導(dǎo)方針將被各國政府作為許可規(guī)定加以采納。
在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)方面，SpaceX并不孤獨，Amazon、OneWeb等公司都在推進(jìn)類似的雄心壯志。如果政府、衛(wèi)星運營商與天文學(xué)家不能通過對話及早提出創(chuàng)新性的解決辦法，屆時，天空將異常擁擠，衛(wèi)星發(fā)射與天文觀測間的矛盾將更加突出。
正如一名天文學(xué)家所說，“這些頻譜分配代表了社會的目標(biāo)和意圖。人類制造它們是為了促進(jìn)商業(yè)、國防和其他各種活動。我們必須找到一個在某種程度上滿足所有這些要求的解決辦法?！?/span>
制版編輯 | 栗子
