星链卫星影响天文观测 受影响图像数量两年间增加35倍

SpaceX旗下“星链”互联网服务需要在轨运行密集的卫星群来提供低延迟网络连接服务。目前整个星链系统已经有超过1500颗在轨卫星，美国联邦通信委员会（FCC）此前已经批准了12000颗星链卫星的发射。这让天文学家忧心忡忡。尽管SpaceX已采取措施减少卫星运行所产生的影响，但无法完全消除地面观测中卫星所留下的痕迹。

这一问题有多严重？在过去的两年时间里，天文学家发现巡天望远镜所拍摄画面中，受星链卫星轨迹影响的图像数量增加了35倍。研究人员估计，如果星链按计划发射所有卫星，几乎每一张观测图像中都至少有一条星链卫星的轨迹。

放眼望去太多了

天文学家用于分析这一影响的地面观测设施是帕洛玛天文台的茨威基瞬变设施(ZTF)。ZTF被用于捕捉宇宙中的超新星等罕见事件，其反复扫描整个天空，用软件筛查在早期图像中不存在但在后期图像中出现的物体。ZTF的高灵敏度使其能够很好地识别出小行星以及太阳系中其他较暗的天体。

ZTF主要通过宽视场和巨型相机来快速扫描整个天空，但这也增加了看到星链卫星轨迹的可能性。

为了确定星链卫星被ZTF相机捕捉到的频率，研究团队采集了所有星链卫星的轨道数据，并将其与ZTF每一张存档图像中观测的天空区域进行比较。一旦一幅图像被确定为可能捕捉到星链卫星图像，研究人员就会使用软件来检测图像中是否存在明亮轨迹。这一分析涵盖了从2019年11月到2021年9月大约两年时间的ZTF观测图像。

图示：蓝色是每十天内望远镜观测图像中出现星链卫星轨迹的数量，红色是同期在轨运行的星链卫星数量。

这段时间SpaceX正在快速打造星链网络。起初只有大约100颗星链在轨运行，通常ZTF望远镜在10天的观测中不会探测到一颗星链卫星。当500颗卫星进入轨道后，看不到星链卫星的周期有所缩短。当近地轨道上有超过1500颗星链卫星时，ZTF通常会在10天左右的时间内记录到超过200颗卫星。

黄昏时分进行观测所受到的影响最为明显。那些捕捉地平线的观测角度会让星链卫星轨迹占据观测图像的更多空间。此外黄昏时分太阳所处位置也点亮了更多卫星。因此，大约64%的星链卫星轨迹是在黄昏时分拍到的。随着卫星数量的增加，观测图像中出现卫星轨迹的数量也出现了爆炸式增长。在2020年末，只有大约6%的黄昏观测图像受到影响。到2021年底，这一数字增长到18%。

随着天文学界的抱怨越来越多，SpaceX在新一代星链卫星上安装了遮光罩。研究人员比较了不同星链卫星的能见度，发现使用遮光罩的星链卫星亮度下降了大约4.6倍，但卫星可见性仍然高于解决问题研讨会上所设定的目标。

目前图像中的星链卫星轨迹细小，加之可以通过软件进行识别并处理，所以对天文观测的影响不算大。研究人员估计，目前而言，因为与星链卫星轨迹重合而导致错过罕见天文事件的概率只有0.04%。但是，由于这个问题在黄昏观测中最为严重，更有可能影响到天文学家对彗星和小行星等太阳系内天体的搜索。这一问题还可能会变得更糟。SpaceX已经获准发射1万多颗星链卫星。当在轨运行的星链卫星数量超过1万颗时，每一张黄昏时分拍摄的图像都可能包含一条星链轨迹。SpaceX表示，其最终希望将在轨运行的卫星数量增加到4万颗以上，那样所有在黄昏时分观测的图像都可能包含四条星链卫星轨迹。

此外，SpaceX并不是唯一一家计划提供卫星互联网服务的公司。如果所有公司都按照计划发射卫星，望远镜可以观测到的近地轨道卫星将多达10万颗。

ZTF的主要任务是寻找遥远高能现象引起的罕见事件，这在很大程度上不受越来越多卫星轨迹的影响。由于目前影响罕见事件观测的概率很小，将卫星数量增加两倍也不会对这种观测产生显著影响。但其他科学观测任务中已经出现了大量的光污染事件，而且情况只会变得更糟。