马斯克惹恼天文学家,星链计划恐令射电天文观测受阻

来源:赛先生

近日,《科学》杂志的一篇报道称,平方公里阵列射电望远镜(Square Kilometre Array,以下简称SKA)项目发布了一份关于SpaceX的Starlink(星链计划)对该阵列的影响分析报告。

报告显示,Starlink与SKA预计使用的无线电频段有所冲突,将会使其丧失对太空中有机分子、水分子等关键信息的敏感性。目前,射电天文学家正在寻找解决之道。

信号撞车,马斯克项目饱受天文学家批评

SKA计划是国际天文界计划建造的世界最大综合孔径射电望远镜,意在通过建设3000-4000个大型射电天文天线阵列,形成1平方公里的信息采集区,监测天空中从未有过的细节,从而帮助人类填补对于宇宙基本认知的空白。

由于南非沙漠地区具有完美的射电静默背景,项目所需的高中频反射面天线将在此处建成,预计在21世纪20年代末期完工。为了保障SKA对天空的观测,这里甚至禁止使用手机,然而,由于Starlink的存在,这些努力可能付诸东流。

“Starlink”是SpaceX最为野心勃勃的计划之一。2015年1月,埃隆·马斯克(Elon Musk)宣布SpaceX将在2019年至2024年间发射1.2万颗卫星进入地球轨道,创造出一个由人造卫星组成的巨型星链,从而在全球范围内提供高带宽、低延迟、低成本的卫星宽带互联网服务。

在马斯克的构想中,Starlink可达到1G/s的全球网速,并解决偏远、深海地区等信号死角问题,消除信息鸿沟,实现无盲点覆盖,从而带来一场互联互通的信息革命。到目前为止,SpaceX已经发射了超过700颗Starlink卫星,创下了人类历史上最密集的卫星发射记录。然而,尽管Starlink的太空网络布局开启了通信互联的新纪元,天文学家们在意的却是这些卫星对星空带来的“噪音”。

SKA的这份分析报告显示,Starlink中用来传输互联网信号的频段占据了10.7至12.7千兆赫兹中相当大的频段,处在 5b 频段范围内,它也是南非SKA阵列射电望远镜需要观测的七个频段之一。如果把直接影响与信号泄漏的影响计算在内,当Starlink发射的卫星达到6400颗时,望远镜下行频带的灵敏度将损失70%。如果卫星数量达到10万颗,5b频段将完全无法使用。

到那时,SKA会对最简单的氨基酸——甘氨酸(蛋白质的一种成分)等分子失去敏感性,而寻找生命的发源地、调查宇宙的起源与演化正是SKA开拓的重要领域。SKA总干事菲尔·戴蒙德(Phil Diamond)介绍,“如果在一个正在形成的行星系统中探测到它,那将是一条非常有趣的信息。”

与此同时,5b频段还可能用以追踪遥远星系中水分子的踪迹,帮助宇宙学家研究暗能量如何加速宇宙膨胀。

事实上,这已经不是Starlink所遭受的第一次质疑。在Starlink将首批60颗卫星送入轨道之际,其卫星的明亮程度就让天文学家瞠目结舌。泰勒·诺德格伦(Tyler Nordgren)说道,“这有可能会改变自然的天空”。研究表明,运行中的卫星轨道产生的光线会破坏大多数图像,宽视场光学测量受损最为严重。大量进入地球轨道的人造卫星星座可能会对地面和天基天文学研究产生重大不利影响。

三方协作,寻找一条共存之路

最近,联合国外层空间事务厅(UNOOSA)的一个研讨会讨论了SKA的这份分析报告,SpaceX公司负责卫星政府事务的副总裁帕特里夏·库珀(Patricia Cooper)在研讨会上表态,称自8月以来,所有发射的Starlink卫星都安装了“面罩”以减少反射。她还表述,“我们正在努力寻找一条可以共存的道路。”

随着科学技术的发展,近几十年来,天文望远镜不可避免地需要与卫星发射器共存。射电天文学家希望卫星在飞越射电观测站时,能够关掉发射机,转移到其他波段,或是把它们指向别处。美国国家射电天文观测台的主任托尼·比斯利(Tony Beasley)说,他们一直在和SpaceX讨论这些选择,“在接下来的一两年里,我们将尝试在技术上与他们实时协调,进行测试。”

但有一部分天文学家不想仅仅指望企业的善意。除了寻求联合国外层空间事务厅的帮助外,他们还希望联合国国际电信联盟(ITU)能够介入。英国乔德雷尔班克天体物理中心主任、射电天文学家迈克尔·加勒特(Michael Garrett)说:“无线电频谱是一种资源,正被那些通常不重视科学的私营公司所消耗。在我看来,只有政府干预才能阻止这种状况。”

由此,天文学家提出了两项建议:其一,未来所有近地轨道卫星的设计应避免向射电望远镜和无线电静默区发射波束;其二,近地轨道卫星应做好旁路信号泄漏的控制措施。这些建议将在明年联合国的一系列小组委员会上进行讨论,并进一步提交给联合国空间观测处与联合国大会。哈佛-史密森天体物理中心天文学家乔纳森·麦道威(Jonathan McDowell)表示,如果一切按计划进行,这些指导方针将被各国政府作为许可规定加以采纳。

在卫星互联网方面,SpaceX并不孤独,Amazon、OneWeb等公司都在推进类似的雄心壮志。如果政府、卫星运营商与天文学家不能通过对话及早提出创新性的解决办法,届时天空将异常拥挤,卫星发射与天文观测间的矛盾将更加突出。

正如一名天文学家所说,“这些频谱分配代表了社会的目标和意图。人类制造它们是为了促进商业、国防和其他各种活动。我们必须找到一个在某种程度上满足所有这些要求的解决办法。”

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