即使把望遠鏡送入太空，也難逃光污染！

激增的衛(wèi)星

在過去五年里，環(huán)繞地球運行的衛(wèi)星數(shù)量出現(xiàn)了前所未有的激增。這引發(fā)了天文學家的擔憂，因為衛(wèi)星的反光會在天文圖像中表現(xiàn)為一道道長長的、明亮的條紋。這些所謂的“衛(wèi)星痕跡”會影響整個電磁波段的天文圖像。

與大眾認知相反，衛(wèi)星痕跡不僅影響地面望遠鏡，空間望遠鏡也會遭到影響。例如，運行在大約540千米高度軌道上的哈勃空間望遠鏡，就已經(jīng)不得不與數(shù)千顆通信衛(wèi)星“共用”一片區(qū)域。結(jié)果是，在2018至2021年間拍攝的哈勃圖像中，有4.3%出現(xiàn)了衛(wèi)星痕跡。

在一項于近期發(fā)表在《自然》雜志上的研究中，美國航天局（NASA）的研究人員分析了到2040年之前預計將發(fā)射的50多萬顆衛(wèi)星，會如何影響四臺在軌或即將發(fā)射的空間望遠鏡。他們的結(jié)論表明：衛(wèi)星的反光污染，對空間望遠鏡的威脅越來越嚴重。

在太空中也躲不開

自古以來，人類便仰望星空，追問自己在宇宙中的位置，并借此理解生命軌跡中的種種規(guī)律。但直到大約過去70年里，人類制造的各類設備才真正開始在地球之外運行，而且主要集中在近地軌道——也就是距地表不到2000公里的那一圈空間中。

目前，全球各家公司共發(fā)射了約1.5萬顆衛(wèi)星在地球軌道上運行，還有好幾家公司計劃再發(fā)射成千上萬顆衛(wèi)星，組建用于電信服務的“巨型衛(wèi)星星座”。例如，SpaceX計劃將其現(xiàn)有的Starlink（“星鏈”）擴展至約3.4萬顆衛(wèi)星。

為了評估這些衛(wèi)星將帶來怎樣的影響，NASA的天文學家團隊利用計算機模擬了四臺近地軌道空間空望遠鏡的觀測視野——它們有的已經(jīng)在軌運行，有的即將發(fā)射。這四臺望遠鏡為：哈勃空間望遠鏡（HST）；今年3月發(fā)射的宇宙歷史與再電離期分光光度計及冰探測器（SPHEREx）；計劃于2026年發(fā)射的中國巡天空間望遠鏡；以及歐洲空間局計劃于2030年發(fā)射的ARRAKIHS任務。

被衛(wèi)星痕跡污染的圖像

為了了解衛(wèi)星對空間望遠鏡的影響，研究人員使用了一個公開的人造衛(wèi)星及其軌道數(shù)據(jù)庫，來模擬若干種可能的未來衛(wèi)星“總體規(guī)模”。他們模擬了大約18個月的觀測過程，在他們的模擬情景中，衛(wèi)星數(shù)量從1萬顆（比目前的實際數(shù)量少）到驚人的100萬顆（大致相當于全球各公司聲明有意發(fā)射的衛(wèi)星總數(shù)）。

他們發(fā)現(xiàn)，如果在軌衛(wèi)星數(shù)量為56萬顆（即目前已規(guī)劃發(fā)射的規(guī)模），那么在每一次曝光中，這四臺望遠鏡中的平均衛(wèi)星痕跡數(shù)分別為：

• 哈勃空間望遠鏡：約2.14條

• SPHEREx：約5.64條

• ARRAKIHS：約69條

• 巡天：約92條

其中，哈勃約有39.6%的圖像會出現(xiàn)至少一條痕跡；而SPHEREx、ARRAKIHS與巡天的這一比例則超過96%。

在計劃于2030年發(fā)射的ARRAKIHS的模擬圖像中，電信衛(wèi)星反射的光留下了明顯的痕跡。（圖/NASA Ames/A. S. Borlaff, P. M. Marcum, S. B. Howell）

而在模擬的衛(wèi)星數(shù)量達到100萬顆的情景下，探測到的衛(wèi)星痕跡數(shù)量大致翻倍。具體來說，在每一次曝光中，哈勃空間望遠鏡平均會觀測到3.93條衛(wèi)星痕跡；相比之下，SPHEREx、ARRAKIHS 和巡天每張圖像中的平均衛(wèi)星痕跡數(shù)量依次高達8.71條、127條和165條。

研究人員表示，這樣的結(jié)果令人擔憂。因為這些衛(wèi)星痕跡極易被誤認為是威脅地球的小行星。這意味，如果天文學家發(fā)現(xiàn)觀測到的圖像中似乎充滿了類似小行星的痕跡，反而很容易錯過一顆真正危險的天體。此外，衛(wèi)星留下的痕跡還會增加觀測難度，使得一些罕見且稍縱即逝的宇宙事件更難被探測到。

如何共存

研究人員指出，衛(wèi)星的增長速度已經(jīng)遠遠超過了科學界評估其影響的進展。衛(wèi)星企業(yè)正以遠快于學術研究的節(jié)奏推進，而監(jiān)管機構(gòu)卻行動遲緩。展望未來，研究人員表示希望，天文學界能與衛(wèi)星企業(yè)攜手合作，共同守護這片天空。

他們提出了一些可由衛(wèi)星運營商采取的減緩措施，比如限制衛(wèi)星的最大軌道高度，使空間望遠鏡能夠位于衛(wèi)星之上，從而避免被遮擋。但他們也指出，這可能會導致更多退役或失效的衛(wèi)星在高層大氣中焚毀，產(chǎn)生令人擔憂的污染問題。此外，研究人員呼吁還運營商提供更為精確的衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)，以便天文臺能夠提前規(guī)避衛(wèi)星痕跡，并在觀測圖像中更高效地去除這些污染。

#參考來源：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09759-5

https://www.nature.com/articles/d41586-025-03725-x

https://www.nature.com/articles/d41586-025-03953-1

https://www.science.org/content/article/satellite-fleets-pose-problems-space-telescopes-too

#圖片來源：

封面圖&首圖：Victoria Girgis/Lowell Observatory