想象一下地球周围的空间充满了数以万计的通信卫星。 这种情况正在慢慢形成，引起了天文学家的担忧。
现在，一群天文学家已经写了一篇论文概述了他们的详细担忧，以及所有这些卫星如何对地面天文学产生严重的负面影响。
SpaceX 和其他公司正将敏锐的资本主义目光投向地球周围的太空。 迄今为止，SpaceX 和 OneWeb 是仅有的两家公司发射了其任何部分的卫星。卫星星座。
但其他一些公司也计划这样做，最终所有这些卫星的数量将达到数万颗。
天文学界对这些卫星星座提出了一些担忧。 这英国皇家天文学会和美国天文学会两家公司都发表声明，表达了他们对与卫星星座业务公司合作的担忧和愿望。
这些声明是礼貌的、谨慎的批评，并且是本着合作的精神写的。
但这篇新论文列出了天文学界的所有担忧，并有数据支持，并更加坚持地强调了他们的观点。
Celestrak 的首批 240 颗 Starlink 卫星。 （Gallozzi 等人，2020/Celestrak。）
“几个世纪以来，地面天文观测使我们对自然法则的科学理解取得了非凡的进步。”
卫星星座是一组协同工作以提供全球或近全球通信覆盖的人造卫星。 他们有潜力使几乎任何地方都可以使用高速互联网。 显然，这样做有很多好处。
但也有一些批评，来自意大利罗马天文台的三名天文学家详细提出了这些批评。 这三人是斯特凡诺·加洛齐 (Stefano Gallozzi)、马可·斯卡迪亚 (Marco Scardia) 和米歇尔·马里斯 (Michele Maris)。
他们的论文标题是“对地面天文观测的担忧：保护天文科学的一步y”。
当您将公司想要作为星座一部分发射的所有卫星加起来时，您会得到大约 50,000 颗卫星。 问题是，这些卫星将对地面天文学产生什么影响？
该报告的作者声称，所有这些卫星都将不可避免地损害天文观测。
读者须知：英语不是论文作者的第一语言，因此一些引文存在细微的不一致，但含义很明确。
报告在引言中表示：“根据它们的高度和表面反射率，它们对天空亮度的贡献对于专业的地面观测来说是不可忽视的。”
“由于计划在中低地球轨道发射约5万颗新的通信用人造卫星，人造物体的平均密度将>1颗卫星方天度，这将不可避免地损害专业天文图像。”
（加洛齐等人，2020）
表：整个天空中超过星链卫星预期亮度的恒星只有 172 颗。 更高海拔的 LEO 卫星（例如超过 1000 公里高度）将整夜可见，达到大约 8 等。
由于 SpaceX 在部署其星座方面走得最远，因此他们的名字经常出现在报纸上。 SpaceX 的 Starlink 系统已经发射了近 250 颗卫星，他们计划总共部署多达 42,000 颗卫星。
根据报纸，这些卫星“将在日落之后和黎明之前在天空中发出 3 到 7 等的光芒”。
作者表示，所有这些卫星都将不可避免地在天文图像中留下痕迹，并可能阻碍对近地天体的搜索。 由于所有这些卫星，我们可能无法发现潜在影响，因此存在一定程度的风险。
但报告称，受到负面影响的不仅仅是图像。
“对于其他适合地面调查的波长也普遍存在严重担忧，特别是射电天文学，其探测器已经因来自空间站和地面的卫星通信的无处不在的辐射而饱和。”
时间回到2019年5月，试图消除对星链的任何天文担忧。 他对批评的粗暴驳斥包括“无论如何我们都需要将望远镜（原文如此）移至轨道。大气衰减是可怕的。”
马斯克在太空界拥有很高的知名度，因此他的话可能会让一些人相信“星链”和天文学之间不存在任何问题。 但马斯克是一位企业家，而不是科学家。
轨道上已经有 4900 颗卫星，人们注意到的几率约为 0%。 除非非常仔细地观察，否则任何人都不会看到星链，并且对天文学进步的影响约为 0%。 无论如何，我们需要将望远镜移至轨道。 大气衰减是可怕的。pic.twitter.com/OuWYfNmw0D
？ 埃隆·马斯克 (@elonmusk)2019 年 5 月 27 日
尽管马斯克取得了所有成就，但他并不是天文学或天文观测方面的专家。 他关于星链“将对天文学进步产生约 0% 的影响”的说法准确且明智吗？
三位作者新报纸似乎不这么认为。 他们概述了卫星星座对天文学造成的风险，而这并不全在于它们在可见光中是否可见。
他们指出，“小卫星数量的这种变化会产生危险的影响。概述了一项专门的紧急干预战略，以维护和保护从地面可观测到的每个天文波段。”
“如果没有地面观测，当前大多数基于太空的天文学将毫无用处或不可能。”
作者从一开始就指出了地面观测在理解方面所取得的巨大进步。 “几个世纪以来，地面天文观测使我们对自然法则的科学理解取得了非凡的进步。” 这很难反驳。
在报纸的第一部分，他们讨论天基天文学或太空望远镜如何为知识做出贡献。 但他们指出，地基天文学和太空天文学相互需要，共同合作才能产生最好的科学成果。
“如果没有地面观测，当前大多数基于太空的天文学将毫无用处或不可能。”
可以肯定地说，作者不同意马斯克的油嘴滑舌的断言，即“无论如何我们都需要将望远镜（原文如此）移至轨道。大气衰减是可怕的。”
也许马斯克从未听说过自适应光学。 自适应光学使现代地面望远镜能够克服大气对观测的影响。 即将推出的望远镜，如欧洲极大望远镜和三十米望远镜，其设计的核心是自适应光学器件。
作者还指出，任何长期思考这个问题的人都应该清楚：与地面天文学相比，太空望远镜非常昂贵。 而且有风险。
望远镜技术的进步是在地球上取得的。 它们的部署是有风险的部分，但这些技术已经在地球上进行了测试和开发。 正如该论文的作者指出的那样，在太空中测试和开发新的望远镜技术是不可行的。
“天基望远镜的一个主要限制是它们在发射后无法维护、翻新或修理。” 哈勃是个例外，其他太空望远镜都没有得到维护。 一旦他们完成了，他们就完成了。
第一次哈勃维修任务，是自发射以来唯一进行维修的太空望远镜。 （美国宇航局）
“与地面天文台相比，天基望远镜的平均寿命约为几十年或更短。相反，地面天文台可以持续数十年，望远镜又是在太空时代开始时安装的以有利可图的方式工作。”
简而言之，太空望远镜在技术上已经过时，而地面望远镜仍在继续工作。
我们可以用欧洲南方天文台（ESO）的甚大望远镜（VLT）看到这一点。 VLT 由四个主要单元组成，第一个单元于 1998 年首次亮相。
多年来它经过多次升级，每次都增强了其观测能力。 它的两个乐器，领域（2014 年 6 月第一缕曙光）和浓咖啡（2016 年 9 月初见），旨在研究系外行星，这在 VLT 设计时并不重要。 其他仪器，如 VISIR（VLT 成像仪和中红外光谱仪）也进行了升级，以研究系外行星。
与地面望远镜相比，太空望远镜也很昂贵。 詹姆斯·韦伯太空望远镜已经研发了20年，耗资100亿美元。 但下一代地面望远镜，如巨型麦哲伦望远镜和欧洲极大望远镜，每台将花费约 10 亿美元。 而且它们的寿命很可能比 JWST 还要长几十年。
本文的实质部分涉及卫星星座中地面天文学将面临的实际问题。 在某些电磁波长下，太空望远镜比地面望远镜更有效。 例如，在远红外线中，大气阻挡了大部分。 但这并不能说明全部情况。
在论文中，作者讨论了天空退化。 这种退化不仅来自地面上的光污染，而且“也是由于人造卫星舰队在所有纬度上穿越并留下了明亮的平行条纹/轨迹的痕迹”。
仅 Starlink 就希望将多达 40,000 颗卫星送入轨道。 这只是计划发射卫星星座的几家公司中的一家。 没有人知道最终会有多少，但用 50,000 个卫星数字来讨论是公平的。
作者表示：“天文学家非常担心，从地球上看到的天空可能被数以万计的卫星覆盖，这将大大超过肉眼可见的约 9,000 颗恒星。” “这不是什么遥远的威胁：它已经发生了。”
（NSF国家光学-红外天文学研究实验室/NSF/AURA/CTIO/DELVE）
图片：这就是天文学家所关心的，星链卫星在天文图像的马赛克中可见。
三位天文学家详细分析了地球不断增长的卫星群的所有数据。 考虑到视角、高度和亮度，他们得出以下结论：
“因此，有了 5 万颗卫星，“常态”将是一个挤满人造物体的天空：天空的每一平方度都将有一颗卫星在整个观测之夜中爬行，天文相机可以访问和可见，而不仅仅是专业仪器。”
作者表示，所有这些光污染都会严重损害天文观测。 他们承认 SpaceX 正在试验一颗“黑暗”卫星，该卫星被漆成黑色以降低反射率。
但他们指出，卫星表面75%是太阳能电池板，显然不能涂漆。 他们还指出了将卫星涂成黑色的问题：
“如果卫星体反射太阳光受到抑制，它将吸收过多的辐射变暖，并可能出现故障，从而可能会增加整个卫星群的风险管理，并使深色涂层解决方案失效，甚至适得其反。”
观测夜间卫星的视星等取决于海拔高度。 （加洛齐等人，2020）
然后就是无线电频段干扰的整个问题。
“即使采用了最好的涂层和缓解程序来减少对视觉天文观测的影响，但经常被忽略或忘记的是，电信星座将在可从地面观测到的无线电波长带中发光。”
从太空时代开始就有数十年历史的协议，为某些用途保留某些无线电频率。 太空中某些原子和分子的频率是为射电天文学保留的。 其中包括一氧化碳及其同位素和 H2O。
射电天文学家已经不得不应对各种干扰。 作者认为，情况会变得更糟。
“没有得到广泛承认的是，最新一代电信网络（来自太空和地球）的发展已经对射电天文观测（所有子频段）产生了深远的影响：对于低地球轨道卫星群来说，这是非常肯定的情况可能会变得难以忍受。”
然后是合法性问题，以及哪些机构可以授权部署卫星星座。
作者提请我们注意联合国教科文组织（联合国教育、科学及文化组织）1994 年的声明。
该声明称：
“子孙后代有权拥有一个未受污染和未受破坏的地球，包括纯净的天空；他们有权享受地球作为人类文化历史和社会纽带的基础，使每一代人和每一个人都成为人类大家庭的一员。 ”
地球周围物体的数量正在迅速增长。 （加洛齐等人，2020）
教科文组织的同一声明还表示，“在这里，世界遗产是全人类的财产，虽然可能有保护性法律，但执行这是另一回事，因为只有国家可以根据此类国际条约起诉其他国家。国家是对其管辖范围内发生的活动负责，无论这些活动是经过授权还是未经授权。”
三位天文学家指出，既然美国联邦通信委员会和其他机构已经批准了星链计划，他们或许也能够阻止星链计划。 他们甚至可能有国际法义务。
他们还提到了《外层空间条约》，并表示“法律程序是州政府，这次是美国政府，对所有从美国边境发射到外层空间的物体负有法律责任。这意味着，它是美国政府对其星链公司将物体送入轨道造成的伤害负责。”
该文件最后指出了国际社会可能采取的阻止卫星星座的法律行动。
他们可以起诉联邦通信委员会，因为他们在批准时没有考虑到光污染，这违反了国家环境政策法。 该法案要求任何联邦机构考虑他们批准的项目对环境的影响。 作者声称联邦通信委员会没有充分考虑星链的光污染。
国际天文学界可以“向法庭提起诉讼，因为美国联邦通信委员会缺乏授权私人而非地球静止卫星飞越其他州和国家的管辖权和判例”。 这甚至让人质疑联邦通信委员会是否有权授权在其他国家上空运行的卫星星座。
然后是国际法院（ICJ）。 这三位作者表示，国际社会可以在国际法院起诉美国政府，“暂停进一步的星链发射，以量化破坏国家和国际天文项目的公共财政损失”。
国际天文学界于 2020 年 1 月发起请愿。该界希望暂停星链和其他项目，希望为天文观测提供法律保护，并且希望将卫星星座的数量限制在最低限度。
作者说：“所有这些请求都来自科学家的衷心担忧，因为他们受到威胁，无法获得宇宙的全部知识，并且失去了对人类具有不可估量价值的无形资产。”
随着时间的推移，太空越来越成为法律的泥沼。 目前还不清楚哪些类型的活动将被允许。 几十年前，太空时代即将开始时，法律和协议已经到位，以控制一切。
但没有人预见到像卫星星座这样的东西，管理太空的法律框架可能会面临很大的压力。
