卫星巨型星座可能影响高达96%的空间望远镜成像

了解低地球轨道上不断扩大的卫星巨型星座如何给空间望远镜观测带来广泛的光污染。

（图片来源：AlonesShutterstock）

近地轨道上的卫星数量日益增多，空间望远镜已开始观测到这一现象。一项发表于《自然》杂志的新研究指出，大型卫星星座产生的反射光可能干扰当前及未来部分空间天文台所获取的多数图像。由于这些任务依赖长时间曝光来探测极其暗弱的天体，即便卫星短暂掠过视场，也可能遮挡目标天体或降低科学家可有效利用的数据量。

研究人员模拟了未来数十年卫星数量可能的增长情况。在一种情景下，活跃卫星的数量将达到约56万颗；而在更高增长的预测中，这一数字将接近100万颗。随着卫星数量增加，卫星在望远镜曝光过程中穿越其视场的可能性也随之上升。若多数曝光图像中均出现卫星轨迹，则巡天观测任务所获取的数据完整性与精度可能低于预期目标。

低地球轨道卫星巨型星座

近地轨道曾经仅运行着数千颗在轨卫星。如今，商业宽带网络正大规模部署卫星，数量已达数千颗，未来还计划部署更多。本研究聚焦于这种快速扩张如何改变空间望远镜的观测环境。

随着越来越多的卫星与空间天文台共享同一轨道区域，卫星穿越望远镜视场的概率随之上升，这主要是由于运动物体数量增加所致。进行长时间曝光观测的望远镜更易记录到此类穿越现象。而视场较宽的巡天任务面临的风险更高，因其单次观测覆盖的天区范围更大。

模拟研究综合考虑了卫星亮度、轨道位置以及各望远镜的观测模式。随着卫星数量增加，其穿越望远镜视场的频次显著上升。该影响具有累积性：造成干扰的并非某一颗高亮卫星，而是持续增多、频繁穿过同一片天区的大量卫星。

太空中的光污染

该团队将分析结果应用于四台望远镜：哈勃空间望远镜、美国国家航空航天局的SPHEREx任务、欧洲航天局的ARRAKIHS任务以及中国的巡天空间望远镜。尽管这些观测设备在设计与科学目标上各不相同，但所有案例均显示，随着在轨卫星数量增加，其受到的干扰程度也呈上升趋势。

在轨道上运行的卫星数量达到约56万颗时，SPHEREx、ARRAKIHS和巡天空间望远镜（Xuntian）所获取的曝光图像中，超过96%均至少包含一条卫星轨迹。当在轨卫星数量进一步增加至接近百万颗时，单幅图像中频繁出现多条轨迹。哈勃空间望远镜由于每次观测的天区范围较小，受干扰程度相对较低，但在卫星密度较低的情境下，仍有超过三分之一的曝光图像受到干扰。

卫星轨迹会沿其路径增加亮度，并可能导致探测器像素饱和，从而遮蔽其下方的天体。即使软件识别并移除了这些条纹，仍会残留部分光线。这种额外的亮度使得暗弱星系和弥散结构更难被探测到。对于旨在测绘大范围天区或测量宇宙结构中细微模式的任务而言，反复出现的干扰会降低最终数据集的深度和精度。

空间天文学的长期影响

作者将这种现象描述为一种新型的基于空间的光污染。与地球上的城市灯光不同，这些反射光发生在望远镜所处的同一轨道区域内。随着在轨卫星数量持续增加，空间作为稳定暗背景观测平台这一前提正变得越来越不可靠。

在一次持续时间较长的巡天任务中，会采集成千上万幅图像，微小的数据损失会逐渐累积。若多数图像中均存在至少一条轨迹，科学家只能选择舍弃受干扰的区域，或接受质量有所下降的数据。无论采取哪种方式，最终都会导致科学产出总量减少。

可能的缓解措施包括降低卫星反射率、调整轨道位置、改进跟踪数据以及优化校正软件。但模拟结果表明，当卫星数量达到极高水平时，干扰无法被完全消除。

近地轨道目前既支持不断扩展的商业卫星网络，也承载着重要的天文观测设施。随着卫星部署持续进行，非预期的反射光将成为空间环境的一种固有特征，未来任务在设计初期就必须将其纳入规划考量。

文章来源

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卫星巨型星座将威胁空间天文观测

BY: Anastasia Scott

FY: AI

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