天文公敌马斯克

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2019年5月1日，位于猎犬座的NGC 5353星系中，出现了超新星爆发，如此盛大的天文现象，地球人怎么可能视而不见，于是在5月25日，美国洛厄尔天文台将望远镜对准了NGC 5353星系，并拍下了一张照片，但是当照片呈现出来之后，所有人都懵逼了，因为除了点点星光之外，整张照片被几十条亮线斜穿而过，观测质量大打折扣，甚至可以说是几乎报废，这些亮线是什么东西？调查之后天文学家得出结论，它们就是SpaceX公司的星链卫星，虽然曝光时间只有25秒，但是这一群星链卫星正好在此时通过望远镜镜头对准的天域，并在照片上留下了因反射阳光而闪亮的轨迹。一时间，埃隆·马斯克被推上了风口浪尖，成为了天文学界的公敌，另一位全球首富亚马逊老大贝索斯，也不失时机地对马斯克批判一番。

洛厄尔天文台

洛厄尔天文台拍摄的照片

关于马斯克，各位老板已经十分熟悉了，一贯的套路就是，利用庞大的资金和短时间内专注投入最新技术的手段，来赢得各个领域的商业竞争，并进一步使得竞争机制本身发生剧烈变化，同时驱动社会变革。他究竟是这个时代最大的妄人，抑或是伟大的先驱，究竟是打着梦想的幌子赚现实的钱，还是用现实的钱引领全人类的发展之路，百年之后自有公论，今天我们不用计较，毕竟马斯克确实做了很多非凡之举，而星链计划就是其中之一。简单来看，所谓的星链计划，指的就是将12000颗通信卫星送入太空轨道，然后在太空中构建卫星网络，如此一来，就可以给地球上任何一处提供高速、大容量的互联网接入服务，马斯克认为，这一做法可以弥补如今地球上的“数字鸿沟”，缩小贫富差距和教育差距。

星链计划

动机当然是好的，行动也是迅速的，2019年5月，星链卫星首次发射，迈出了构建全球卫星网络的第一步。但是没过多久，6月3日，国际天文学联合会便发表声明，对星链计划可能产生的影响表示强烈的担忧。因为人造卫星都要使用太阳能电池板，以及平面天线等高度反光的材料和器件，所以，当卫星的高度和阳光的照射达到一定条件时，卫星本身就会变得非常明亮，从地球上观测，就好像是星星在缓慢移动，如果它移动的区域正好位于某个望远镜的观测范围之内，就会对观测造成光线污染。

不过你可能已经产生疑问，天上的卫星多了去了，也都和星链卫星一样，带有太阳能电池板等反光器件，除此之外，还有飞机等飞行器，也会对天文观测造成影响，为什么偏偏只有星链计划被针对呢？原因很简单，三个字：太多了。从1957年前苏联的斯普特尼克一号升空以来，到今天，已经有超过8000颗卫星被送入太空，其中约有5000颗卫星目前在轨运行，在这其中，大约只有200颗，可以从地面明显看到。但星链计划实在太狠了，初步计划就是12000颗，后续有可能增加到42000颗，计算显示，当有42000颗星链卫星在轨运行时，那么从地球上的任何一处望向夜空，都会有大约600颗星链卫星明亮可见，其对天文观测产生的影响不言而喻。事实上在今天，天文学家也有许多方法，来应对观测中所产生的噪声，比如说最常用的方法，就是多张图片合成等图像处理技术，但是面对600颗卫星，所有的传统方法将全部失灵。

不仅是多，星链计划对天文观测的致命打击，还在于轨道低。今天，大约60%的卫星都运行在高度2000千米以下的近地轨道，像是高度410千米的国际空间站、高度530千米的哈勃望远镜，都位于近地轨道，而星链卫星的高度则是550千米。但我们知道，目前的通信卫星，一般都位于赤道上空36000千米的静止轨道，相对于地球，卫星是静止不动的，这样做，可以使收发信号的天线的方向固定不变，从而带来很多便利，而对于天文观测来说，静止的卫星也很友好。那么同样是搞通信的，星链卫星为什么要呆在低轨道呢？目的就是为了尽可能地缩小通信延迟，但是近地轨道卫星每90分钟就会绕地球运行一圈，要想实现全球覆盖，就需要很多颗卫星同时运转，反正算来算去，SpaceX最后认为，12000颗是保底的，42000颗是极好的，于是问题就这样出现了。

星链卫星

近地卫星更靠近地表，所以在反射阳光时，看起来就更加明亮，基于目前的观测，星链卫星的亮度，在反射阳光比较强时，可以高达2等，比较弱时，也能干到7等。在黑暗的夜空，我们肉眼可以直接看到的亮度最弱的星，大约是6等星，也就是说，大部分星链卫星都是肉眼可见的亮度。而且前面说到，它们的移动速度非常快，所以在天文观测的图像中，会出现很长的轨迹，这又是一件非常棘手的事情。另外为了降低成本，星链计划的发射非常逆天，一次把60颗卫星薄薄地折叠起来，搭载到一枚火箭上一次性发射，进入轨道之后再释放到太空中，所以在刚脱离火箭之后的一段时间中，这群哥们是排成一列整齐飞行的，然后再花上十几天时间，来调整互相之间的间隔和高度，一群卫星在天上乱窜，对天文观测来说，无疑是灾难性的。更要命的是，一颗星链卫星的使用寿命，大概就是5,6年，就算它质量很好，由于受到的大气阻力比较大，过个5,6年差不多也会落入大气层，所以要想维持这样一个庞大的卫星网络，就需要以每个月数次的频率，不断地发射新卫星，然后又不断地出现刚才那种混乱的局面，地面上的天文观测实在是没法玩了。

待发射的星链卫星

升空后的星链卫星

这还不算完，到现在我们说的光线污染，还一直局限在洛厄尔天文台所遭遇到的可见光范围，但事实远非如此，这种污染还包括比可见光波长更长的电磁波，比如说红外线，至于波长更短的γ射线、X射线、紫外线等，则不会对地球上的观测产生影响，因为这些电磁波会被大气层吸收，本来就无法到达地面，要想观测这些波长的电磁波，就需要用到太空望远镜，当然这是题外话。那么星链卫星可以发射出红外线么？当然可以。黑洞尚且可以发射出热辐射，更何况是卫星？研究发现，当星链卫星在飞越地球的昼半球时，会被阳光加热，而在飞越夜半球时，又会被冷却，平均温度大概在0-10℃之间，在此期间，它将不断地向外界辐射出红外线，这些红外线如果进入对红外线进行观测的望远镜的视野之中，就会被映射成明亮的光点，对观测造成重大影响。

有没有办法可以减少卫星的红外辐射？办法还是有的，就是给卫星安装一套设备，降低机身的温度，从而减少红外辐射。比如说有一种设备，可以冷却卫星朝向地球的一面，并使热量从背向地球的一面散发出去。但是马斯克显然不会安装这样的设备，因为花费实在太大，而且由于重量的提升，一次发射也不能搞60颗这么多，这又会大大降低卫星部署的效率和成本，而国际天文学联合会，显然也没有权力去逼马斯克这么干。除了可见光和红外线之外，由于星链卫星要提供互联网接入服务，所以会一直与地面进行无线电通信，如此一来，也会对地面上的射电望远镜造成不利影响。

好了既然问题这么多，SpaceX是否就打算坐视不管呢？也不是。在考虑到成本和重量的问题之后，SpaceX还是采取了一些行动。研究发现，星链卫星最主要的反光部位，其实并不是太阳能电池板，而是位于底部的4个平面天线，这个东西能不能吸收太阳光并不重要，于是SpaceX公司在后来把这些天线涂成了黑色，这被称为“暗卫星”，相比于那些没有涂黑的星链卫星，暗卫星对阳光的反射率大概减少了一半。而为了继续减少反射的阳光，SpaceX公司又为平面天线安装了遮阳板，这被称为遮阳卫星，2020年8月之后发射的所有星链卫星，都已经换成了遮阳卫星。当然了这些对策虽然可以有效减少可见光污染，但却无法解决卫星辐射红外线和发射无线电的问题，怎么办？不知道。

涂黑的暗卫星

遮阳卫星

马斯克的态度还是不错的，他曾多次明确表示，为了解决问题，SpaceX将尽一切努力，同时，SpaceX也会与天文学界共享卫星信息。总之，不论是天文观测提高人类的知识水平，还是星链计划，为人类提供广泛的互联服务，二者并没有高下之分，对人类的发展同等重要。这是空话套话，具体到如何化解矛盾，寻求共同的发展之路，我觉得现在还是拿不出一个完美的解决方案，而且有意思的是，我发现大多数科学原教旨主义者，同时也是马斯克的癞皮狗，他们想必也是很纠结，那就只能摸着石头过河，走一步看一步吧。