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SpaceX构建太空互联网,已发射SpaceX已发射60颗卫星

Elsa 2020-01-08    我要分享:

(编译:何源)

2019年11月18日黎明时分,美国西北大学天文学家Cliff Johnson发现一大群不明物体从天空划过。那天晚上,Johnson正在通过网络摄像头观测麦哲伦星云。

这些不明物体并非来自天外,而是出自地球。

5分钟内,19颗卫星列在望远镜视野里飞过,留下几行明亮的尾迹。很快,Johnson和他的同事就查到了这些卫星的来源——一周前,埃隆·马斯克的SpaceX往地球低轨道发射了60颗小型卫星。

天文学家在观测的时候偶尔能看到卫星——他们对此已经习以为常。不过,他们过去一次只能看到一颗,这种情况并不会影响观测结果,尽管最后在观测图像上把卫星去掉需要花上些功夫。

可如果是19颗呢?这种情况前所未有,导致15%至20%的图像“完全丢失”。

更让Johnson担心的是,这可能将变成一种常态——黎明时分进行的所有天文观测都将被卫星尾迹所干扰。

而地球则将很快被成千上万的卫星覆盖,它们的数量将远不止9000颗——这是人类肉眼可见的恒星数量。

这并非杞人忧天。加上周一发射的60颗,SpaceX已经发射了180颗小型卫星,此后可能将每两周发射一次——这就是Musk的卫星互联网计划Starlink。

联邦通信委员会(FCC)已经批准SpaceX对12000颗卫星进行发射。眼下,马斯克正在试图让另外30000颗卫星获批。

SpaceX的目标是通过Starlink项目在太空形成卫星群,由此为偏远地区提供收费互联网服务。

在这方面,SpaceX并不是孤家寡人。总部位于英国的OneWeb也想打入“太空互联网”市场,并计划今年1月开始发射650颗卫星;亚马逊的Kuiper全球卫星宽带项目计划发射卫星3200颗。在不久之后,50,000颗甚至更多的小型卫星将出现在地球周围,它们的目的可能远不止“互联网”——也许有的公司想要在太空用卫星把某款著名汽水的名字拼写出来呢?毕竟太空广告还没有被禁止。

这些成批发射的卫星很小,很多,和地球靠得很近,以保证未来互联网连接服务的速度。但“靠得近”并不意味着“看得清”,或者在夜空里“更明亮”。“但SpaceX发射的卫星比目前地球轨道上99%的物体都亮。”密歇根大学一位研究太空垃圾的天文学家Patrick Seitzer说。他说,Starlink卫星比同高度的卫星都亮,“这得益于Starlinks的设计和定位”。

长期以往,这将会影响我们对宇宙的观感,产生更多太空垃圾,我们理应拥有的干净夜空将不复存在。Johnson说,让人糟心的不是这19颗卫星毁掉了当晚整个的太空观测,“我们害怕这将成为一种新的常态,如果是成千上万颗卫星,那就糟了”。

一些人担心,现在后悔已经来不及了。

未来的夜空将会怎样?

这样庞大的卫星部署计划能够缩小全球各地互联网服务差距。Starlink等项目若成功落实,将能够帮助世界上最偏远的最贫穷的地方实现网络联通,进而促进其经济与全球对接。这称得上是一场革命。全世界将前所未有地紧密相连。

这样的系统还能在自然灾害发生的时候起作用。例如,当飓风摧毁了地面的通讯设施,救援组还可以通过太空网络获得实时消息。

但有得必有失。

天文学家指出,日落和日出时分,在这些卫星能够最大程度反射阳光的时候,它们是肉眼可见的。据他们计算,如果卫星数量达到50000个,“你会看到整个天空都在缓慢挪动。”加州大学戴维斯分校的天文和物理学家Tony Tyson说,“几乎每一方的天空里都能看见有卫星在挪动。”

Starlink卫星在刚刚发射后最显眼,它们那时离地球更近,彼此也更接近。但随着时间的推移,这些卫星将走向更高的轨道,在那里它们将变得不那么显眼,并将彼此分散开来。

Tyson说,当它们到达最终的运行轨道时,黄昏和黎明(日落之后和日出之前)时分,“在黑暗的地方,肉眼仍然可以看到它们”。但是“‘黄昏和黎明’可能就意味着几乎整个晚上。”他说,这取决于你的纬度和时间。

光污染问题你也许并不陌生。大多生活在城里或城市周边的人都看不到什么星星——除去最亮的那几颗,大部分星光都被城市灯光所掩盖了。

但光污染在这里并不适用,我们讨论的是天空污染。“这个问题不论地区,它将如影随形。”Johnson说。

除此之外,太多卫星升空还可能造成其他的问题,太空碎片就是其中之一。一旦卫星出现故障,就会一直漂浮在太空里,直到引力把它拉回地球。实际上,有几颗Starlink卫星已经停止工作,悬浮在地球周围,变成了太空碎片,随时可能和太空其他物体相撞。

“如果发射1万颗、2万颗或3万颗卫星,就会在顷刻间自动制造出数百块碎片。”Christopher Johnson说。他是倡导可持续和平利用太空的非营利组织安全世界基金会(Secure World Foundation)的空间法顾问。轨道上的太空碎片越多,在那里建造和操作设备就越困难。

重要天文观测或受卫星影响

Starlink和其他类似项目的卫星与轨道上的其他卫星不同——前者非常接近地球,这在某种程度上给天文研究带来了麻烦。Tyson解释道,在轨道上低2倍,在地面上就会亮4倍。

望远镜通过灵敏度极高的照相机获得天空图像。卫星太亮,会让这些相机的传感器过度曝光。这种效果就像拿着一块橡皮擦在它们拍摄的夜空图像上,用大片无用的数据覆盖了图像。

除了在加州大学戴维斯分校的工作,Tyson还是大型巡天望远镜(LSST)的首席科学家。这是一座正在智利建设的天文台,拥有广阔的视野:它将能够覆盖天空中40倍满月大小的区域,并能够捕捉到人眼能见度1000万倍以下的物体。

从2023年开始,耗资5亿美元的LSST将对整个夜空进行为期10年的监测,为科学家提供大量数据,帮助他们回答宇宙中一些最紧迫的问题。这将显示出宇宙的运动,捕捉到数百万颗恒星的演变。

但如果在轨道上有成千上万颗卫星,LSST的宇宙视野将会被遮蔽。“我们看到的将是一片条纹。”Tyson说。

SpaceX表示,它一直在与天文界,特别是LSST的科学家合作,以缓解这个问题。

在一项实验中,该公司在最新发射的一颗卫星底部增加了一层黑色涂层,看是否能够减轻对望远镜视野的影响。但这并不能保证一定有效。Tyson表示,如果SpaceX能够将卫星的亮度调暗100倍,“我相信对我们的软件来说就足够了。”

但是仅仅给卫星涂上一层黑漆并不简单。太暗,卫星将开始吸收多余的热量,这可能会影响它们的功能。目前尚不清楚SpaceX最终会将卫星亮度调暗多少。正如SpaceX总裁Gwynne Shotwell去年12月告诉记者的那样,该公司正在反复“试错”。

Tyson对此并不乐观。“我不抱任何希望,”他说。“我一点也不指望他们会调暗哪怕接近100倍的水平。”

法律保护的缺失

天文学家们之所以如此悲观是因为他们的研究没有国家或国际的法律保护。

简单地说,“目前还没有任何关于卫星亮度的法规或指导方针,”Seitzer说。“国际层面没有,国家层面也没有。”

SpaceX可能愿意与科学界合作,降低其卫星的亮度。但换成另一个国家,另一家公司,情况可能就不一样了。

有一些在美国由联邦通信委员会(FCC)执行,在国际上由联合国的国际电信联盟执行的天文规定,但它们主要和电信及电磁波谱的使用和目的相关,确保卫星不会相互碰撞,但并没有规范卫星的外观。

FCC发言人Will Wiquist在一封电子邮件中表示:“我们通过媒体得知,有人为Starlink卫星对天文学家进行光学观测的影响提出了一些担忧。”他承认“FCC尚未在任何程序中涉及到这个问题”。

在射电天文学领域,科学家们通过肉眼看不到的频率观测夜空,他们使用的一些波长受到了法律保护,通信公司不可侵犯和干扰。但正如得克萨斯大学奥斯汀分校的天文学家Caitlin Casey指出的那样,射电天文学家喜欢观测在保护范围之外的所有波长。所以,他们的观测成功与否,还取决于SpaceX这样的公司是否愿意关闭他们大型无线电观测站上的卫星发射器。

如果不关掉卫星,“就会像试图看到太阳附近的萤火虫一样。”Casey说。在射电天文学的世界里,一颗向地球提供互联网连接的卫星就仿佛一盏泛光灯。

不过,射电天文学家至少有现成的渠道来表达他们对无线电使用的担忧,而研究宇宙可见光的光学天文学没有国际保护。

《联合国外层空间条约》(UN Outer Space Treaty)用于全球太空使用的管理,该条约对卫星的反射率及其对天文学的影响只字未提。Christopher Johnson解释说,即使一个国家开始严格保护夜空,避免夜空过度拥挤,另一个国家也可能完全无视这些规定。

国际空间法研究所的天文学家Mark Skinner说,这是一个“被忽略的问题”。

没有监管的未来也许会变得很奇怪

如果没有更严格的监管,未来可能会变得更加奇怪。人们可以发射卫星去有意地引起全球注意。2018年1月,新西兰一家公司发射了一颗名为“人性之星”的卫星。它基本上是近地轨道上的一颗迪斯科球。它的创造者希望通过这颗卫星的光“为地球上的每一个人创造一段共享体验”。旦许多天文学家并不高兴,他们把它比作“太空涂鸦”。

这颗“人性之星”也许只是一道前菜,在它之后迎接我们的将是一个更大、更亮的夜空。《连线》杂志报道称,国际上并没有明确禁止太空广告。巨大的夜空人人可见,是一块完美的天然广告牌。

西北大学的Johnson表示:“我们有足够的动力拉响警报,努力让更多的人了解卫星可能带来的各种问题,”他说。“目前所呈现的只是冰山一角。”

一旦问题为更多的人所了解,天文学家们也许就能说服世界各国共同保护一片干净晴朗的夜空。但令人担忧的是,最终商业利益将战胜科学利益。SpaceX“可能有意解决问题,但他们仍然是一家公司,他们仍然需要赚钱”。

许多天文学家并不否认Starlink等项目的价值——世界上有太多地方尚未接入互联网。美国天文学会(American Astronomical Society)最近召集了一个工作小组,试图解决这个问题。“Starlink的目标是提供全球互联网服务,我们不想阻止,”工作组的Kelsie Krafton这样写道。“但我们也不想放弃从地面进行光学观测的机会。”

此外,改变夜空所带来的影响将可能超出科学或互联网的范畴。从黑暗的地方看夜空,它代表着终极的荒野——一种人类几乎没有接触过的原始的自然景观。那么这样的一种改变将意味着什么?

“古往今来的各种文化……都很重视夜空,其中很多拥有意义非凡甚至非常实用的观星传统,这些传统已经成为了这些文化的一部分。”约克大学研究太空探索伦理的人类学家Kathryn Denning在电子邮件中写道。她说,文化遗产“在联合国很受重视,但据我所知,它们还没有转化为卫星规约”。甚至一些动物也通过星光感知方向,我们很难确定星座卫星是否也会对它们产生影响。

德克萨斯大学的天文学家Casey想让全世界知道,扰乱夜空会让“人类失去在过去20万年、数百万年里所拥有的东西”。这不是一件可以掉以轻心的事情。

她说:“我对科学的全部热爱以及把它作为职业的追求,都可以追溯到我的孩童时代。那时我看到了夜空,就被它迷住了。天文学是一门独特的科学,我们不能在实验室里闭门造车。我们整个科学都在仰望天空,失去它将是一场悲剧。”


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