天文学家警告：人造的“土星环”式卫星群可能很快就会布满天空

IT之家 7 月 20 日消息，如果未来人类真的按照计划发射数百万颗数据中心卫星以及数万面太空反射镜，那么夜空中可能会出现一道明亮的“土星环”。这一光环会在日落后和日出前的数小时内划过天际，其亮度将超过所有恒星和行星，甚至可能比满月还耀眼，而且从地球任何位置都能看到。英国伯明翰大学航天学教授 Hugh Lewis 告诉 Space.com，为了容纳目前提出的大规模轨道数据中心星座，唯一可行的方法可能是在地球昼夜交界线附近的轨道区域，将大量卫星层层堆叠排列，最终形成一个环绕地球的人造“土星环”。这条卫星环将在夜空中呈现为一条明亮的光带，亮度远超普通恒星和行星，甚至可能超过满月。Lewis 表示：“如果你在晚上抬头看天空，它们会全部处于同一个轨道平面上，彼此距离非常近，并且朝着同一个方向移动。它们对夜空造成的影响将是灾难性的。”几年前，这样的设想还像是科幻小说中的情节。但自去年轨道数据中心热潮兴起以来，这个曾经看似不切实际的想法正在逐渐成为现实。据IT之家了解，包括 SpaceX、Starcloud、Cowboy Space、Orbital 以及 Blue Origin 在内的多家公司，已经向美国联邦通信委员会（FCC）申请许可证，计划合计发射超过 100 万颗数据中心卫星。除了这些项目之外，总部位于加州的 Reflect Orbital 还计划向太空发射 5 万面轨道反射镜，将阳光反射到地面的太阳能电站。今年 7 月 10 日，Reflect Orbital 获得 FCC 批准，可以发射首颗测试卫星 —— 一颗名为 Eärendil-1 的验证卫星。该卫星尺寸为 60×60 英尺（约 18×18 米），预计将在今年年底前发射。数据中心卫星和太空镜可能形成巨大光带Lewis 解释称，为了获得持续不断的阳光，这些轨道数据中心和反射镜必须运行在同一个轨道平面上。这个轨道平面会沿着地球晨昏线运行，也就是白天和黑夜的分界线，并让卫星经过地球南北两极。Lewis 表示：“轨道数据中心和 Reflect Orbital 都依赖运营商所谓的‘太空中 24 小时阳光’。想实现这一点，就必须处于特定轨道，也就是沿着黎明和黄昏线运行的轨道。这与 Starlink 巨型星座不同，后者分布在整个地球周围。”加拿大萨斯喀彻温省里贾纳大学天文学家 Samantha Lawler 也认同 Lewis 的观点。Lawler 和同事通过计算机模拟，分析了多个拟议中的数据中心卫星星座可能造成的影响，其中包括 SpaceX 的 Starmind、Blue Origin 的 Project Sunrise，以及 Cowboy Space 提出的 Stampede 星座。模拟结果显示，从地球表面看到的这些卫星，不仅亮度会超过可见恒星，数量也会超过恒星。Lawler 解释称，由于地球不断在晨昏轨道下方旋转，这条“土星环”卫星带每天会两次划过天空：一次是在傍晚 6 点至 8 点之间，另一次是在黎明前。她表示：“这条环会每天晚上在同一时间经过头顶。这意味着它在冬季造成的影响会比夏季更加严重。”Lawler 提醒，目前这些模拟主要基于公开数据，可能无法完全反映未来卫星的实际技术参数，而且相关研究尚未经过同行评审。不过，她补充说，即使这条卫星环已经落到地平线以下，它散射出的光线仍会继续让天空变亮，时间最长可达两个小时，就像太阳落山后仍会继续照亮天空一样。Lawler 表示：“这会让我们使用公共资金建设的望远镜效率大幅下降。相同成本下，我们能够开展的科学研究会减少很多，包括寻找危险近地小行星在内的许多重要研究项目都将受到严重影响。”全球任何地方都无法躲避这条“人造土星环”模拟显示，部分卫星星座 —— 尤其是 Blue Origin 的 Project Sunrise，还可能采用额外轨道倾角，使其在主“土星环”之外形成类似 X 形的卫星轨迹。Lawler 表示：“如果你靠近赤道，清晨和日落之后，你几乎会看到一个由移动卫星组成的 X 形结构从天空中升起。在更北的地区，人们可能看到两条独立的光带。其中一条会在早晨出现，另一条则会随着太阳落山出现。”这条“土星环”的实际亮度将取决于其中卫星的具体数量。但研究人员警告称，Reflect Orbital 的每一面太空镜预计至少会达到金星级别的亮度，而金星是夜空中除满月之外最亮的天体。欧洲南方天文台此前的一项研究指出，如果 Reflect Orbital 部署 5 万面太空镜，夜空亮度可能增加最多 300%，导致全球最昂贵的天文望远镜几乎失去作用。天文学家、暗夜保护倡导者 John Barentine 称：“人类已经从根本上改变了宇宙环境，如今地球已经成为一个被卫星和太空垃圾包围的人造‘环状行星’。但像 Reflect Orbital 这样的项目，会把这些原本大多不可见的轨道环变成明亮的反光轨迹。我们面对的不再只是零散的移动亮点，而是一条永久存在的人造‘土星环’，它会直接穿过全球天文学研究最关键的暮光观测窗口。”企业认为太空数据中心具有巨大优势从商业角度来看，这些项目在纸面上似乎确实具有吸引力。地面数据中心需要占用大量土地，需要消耗巨量水资源进行冷却，会增加电网压力，并产生温室气体排放。而在太空中，散热和电力获取理论上都不再是问题。Reflect Orbital 则希望通过向夜间地面提供阳光，提高太阳能电站和农业设施的产量，同时为建筑工地提供免费的可持续照明，并帮助灾害区域进行搜救。该公司表示，他们正在努力降低对天文学研究的影响，并计划与科学界合作。Reflect Orbital 发言人在邮件中表示：“我们发展的每一个阶段都由数据驱动 —— 测试、测量、倾听并不断调整。我们正在积极委托独立第三方机构研究这项技术可能带来的影响。”然而，接受采访的天文学家几乎一致认为，Reflect Orbital 的卫星星座与天文学研究无法共存。Lawler 表示：“如果我们在轨道上部署反射镜，天文学就结束了。”FCC 认为天文学影响不属于监管范围美国天文学会（AAS）已经发表声明，批评 FCC 批准 Reflect Orbital 测试卫星发射许可的决定。AAS 表示：“Reflect Orbital 提出的卫星计划，将阳光反射回夜晚的地球，可能会对我们的成员以及所有依赖黑暗夜空的人造成重大伤害。”该组织指出，潜在影响包括损坏敏感天文望远镜设备、对飞行员和驾驶员造成瞬间强光干扰，以及正如 Reflect Orbital 自己提交给 FCC 的文件中提到的那样，可能导致通过中型望远镜观察的人出现永久性眼部损伤。过去，天文学家曾赞扬 SpaceX 通过深色涂层和遮光装置降低 Starlink 卫星反光能力的努力。但 Lawler 表示，这些措施已经被 SpaceX 不断扩大卫星规模的做法抵消。第一代 Starlink 卫星重量约为 570 磅（260 千克），而最新一代卫星重量已经超过 4400 磅（2000 千克）。Lawler 说：“他们确实投入了大量工作让卫星变暗，但与此同时，他们也让卫星变得更大，并放入更低轨道，这导致它们变得更加明亮。现在，即使肉眼也能看到 Starlink 卫星。它们非常明显，而且遍布整个天空。”在 FCC 关于批准 Reflect Orbital 任务许可证的文件中，该机构表示：“对光学天文学造成的影响不属于 FCC 的审查和授权范围。”FCC 写道：“委员会现有规则并未涉及保护光学天文学，因此我们拒绝在委员会职权范围内解释相关担忧。”然而，天文学家指出，在美国以及全球范围内，没有其他监管机构能够负责美国企业卫星发射许可，并评估其对夜空和更广泛环境造成的影响。Lawler 表示：“FCC 是唯一监管美国卫星发射的机构。但如果 FCC 说这不是他们的问题，那么这到底是谁的问题？”AAS 在声明中呼吁 FCC “考虑卫星应用场景带来的全部影响”。该组织表示：“在没有其他许可机构能够纳入这些因素的情况下，我们认为 FCC 必须考虑卫星用途可能造成的所有影响。”英国皇家天文学会执行主任 Robert Massey 也表示：“这是一个非常糟糕的先例，它可能为未来几年内部署多达 5 万颗卫星的完整星座打开大门。FCC 批准这一项目令人非常失望。”