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为了更好的网络信号 我们将失去澄澈的星空吗?

2020-02-15 08:24   来源: 成都商报   编辑: 谭希   责任编辑: 马兰

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不久的将来,我们会因为辉煌的城市灯火和布满夜空的人造卫星而无法再尽情欣赏澄澈的星空吗?

这个问题的答案,似乎越来越倾向于“会”了。去年5月,特斯拉的老板埃隆·马斯克的SpaceX公司成功发射了60颗星链(Starlink)卫星,一时间引起了全球关注。

这批星链卫星是下一代卫星网络的一部分,目的是为地面提供更好更快的互联网服务。但问题是:计划发射的卫星实在太多了:马斯克宣称计划在近地轨道部署约1.2万颗卫星。而这样一批数量庞大的“卫星网络”,可能将永久改变人类头顶那片星空的面貌。

雄心勃勃的星链计划

星链是一项雄心勃勃的计划,利用近地轨道(距离地面高度约500公里)的卫星来为全球提供互联网服务。

这和之前大多数通讯卫星不尽相同,大部分通信卫星都是体型较大的独立卫星,位于较高的地球同步轨道上,也就是它们一直待在地球赤道上方(距离地面高度3.6万公里以上)一处明确固定的位置。

与地球同步轨道上的卫星进行通信时,通常需要使用卫星天线,相比之下,与近地轨道的卫星通信时,由于卫星距离我们要近得多,因而不需要如此庞大笨重设备的辅助。

但是,近地轨道卫星以极快的速度绕着满世界跑,它们能捕获到的只有下方的一小片区域,如果要让卫星信号覆盖全球,就需要千千万万个这样的卫星。

20世纪90年代的时候,铱星卫星网络就采取了这种方式,用数十颗卫星为全球提供电话和数据服务。

星链计划的野心要比铱星卫星网络大得多:第一阶段计划发射的卫星数量为1600颗,到2020年代中期,这一数字将增加到12000颗。

这是什么概念呢?目前有纪录的地球轨道卫星大约有18000颗,其中正常运转的大约有2000颗,也就是到2020年代中期,地球轨道卫星的总数将会增加三分之二,有效运转的卫星数量则会增加6倍!

夜空中的星光

如果在未来,全部卫星都按计划成功发射到近地轨道,就会有数百条这样的“星链”出现在天空上,在任意特定的时间段都能被地面上的人们观测到。

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如果这真如最初报告中所说的,星链是肉眼可见的,那么随着这些卫星的数量超过原本天空里肉眼可见的自然恒星数量,到那时,随处可见的“人造繁星”或许会让人忧心忡忡。

现在你可能无法想象,但天空中肉眼可见的卫星如果有数以百计之多,绝对不会是一件让人心驰神往的事,这些闪光的卫星将会彻底毁掉我们的观星体验,抬头仰望的星空将会变成一种拥挤不堪甚至密集恐惧的图景,从而“污染”原本自然的天文学图像。

去年9月,欧洲空间局的一颗地球观测卫星为了避让一颗星链卫星,更是进行了紧急变轨。尽管于情于理,都应该是星链卫星主动避让才对。

为此,有天文学家提出一系列建议,希望SpaceX能够自愿采纳,对星链计划作出自我改进,比如暂停新的发射,重新设计或包裹卫星、大幅降低反光率,向世界各地的天文台提供卫星实时轨迹信息等。

埃隆·马斯克一开始则声称,这些卫星对天文观测影响很小,后来又说会优先考虑减少这些卫星的反光率,并承诺会应天文观测的需要调整卫星朝向,以降低亮度。

那么他实际做了什么呢?上个月升空的60颗星链卫星中,有一颗卫星在它的其中一面上,覆盖了某种试验性的涂层……

至于减少反光的效果,SpaceX表示,要试过才会知道。这跟天文学家的预期,简直相差太远。

把望远镜送去太空?

也有不少马斯克的粉丝说,那就把望远镜都送去太空观测吧!确实,对于天文观测而言,太空相比于地面,好处是巨大的。

首先,太空里没有白天,也不存在任何光污染。只要不把望远镜指向太阳,太空里永远都是黑夜。

在太空,你也不必须担心阴天下雨,也不用忍受大气湍流。而在地球上,基本上你相当于是在一个巨型游泳池底部仰望宇宙,而游泳池里还灌满了动荡不安的空气。

还有,地球的大气层对于电磁波的许多频段来说,并不是透明的。而在太空里,你大可以想看哪段就看哪段。只要离开地球的束缚,你望向宇宙的视线将不受任何阻碍。

耗资巨大,规模受限

既然如此,那为什么不干脆把天文台全都搬到太空里去呢?

最主要的原因,当然是没那么多钱。

一拖再拖的韦布空间望远镜,立项至今已有24年,耗费了近百亿美元,却仍躺在地面未能发射升空。这还只是一台望远镜而已,真把所有天文台搬去太空,谈何容易。

更何况,在太空进行天文观测虽然有着巨大的优势,地面天文观测也仍然不可或缺。相比太空望远镜,地面天文台在好几个方面,始终保持着遥遥领先的优势。

首先是尺寸:在地面上你可以建造更大的望远镜,远比你能在太空中组装的望远镜大得多。

因为想把望远镜送上太空,你得先把它塞进火箭才行,所以尺寸很受限制。比如目前正准备送入太空的韦布望远镜,只有6.5米的口径,与地面上二三十米口径的巨型望远镜相比,差远了。

而在天文学上,尺寸决定了分辨能力和聚光能力。因此在某些指标上,太空望远镜和地面相比,完全没有竞争能力。

日常维护也很难

更重要的是,在地面上建造新望远镜,你不会遇到发射失败的风险,可进入太空却是一锤子买卖:如果火箭在发射时爆炸,无论你的天文台有多昂贵或者多复杂,都将片甲不存。而且一旦进入太空,你的位置可就身不由己,基本上交给引力和物理定律来决定了。

如果把所有望远镜都搬到太空,有巨大科学价值的掩星观测也将无法进行。因为在太空里,我们不可能像在地面上一样,精确掌控自身的位置和运动。

地面上有大量的基础设施,这是太空里永远都比不了的。如果某个部件发生故障或有磨损,在太空里就只能利用现有的东西凑合一下。要不然,就得耗费大量资源,组织太空任务去加以维护。

哈勃空间望远镜就是这样一个特例。升空后才人们才发现它的主镜存在缺陷。好在它运行在近地轨道,而当时也还有航天飞机,人类可以通过后续任务修复哈勃。而在航天飞机退役之后,人类也失去了继续维护哈勃的能力。

如果天文台建在地面上,情况就完全不同了。只需要淘汰掉老旧的设备,替换上更新的设备,老望远镜也可以焕然一新,重新成为世界顶尖的望远镜。只要这座地面天文台还在运转,升级改造之路就可以一直持续下去。

21世纪的第二个十年,天文学家们的观测之路,目前看来困难重重。惟愿新的技术和解决方案,能伴随着阻碍一同出现吧。(综合/褐松鼠)

原标题:为了更好的网络信号 我们将失去澄澈的星空吗?

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