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目前，地球正被成千上萬顆人造衛星及其產生的太空垃圾圍繞。單 SpaceX 一家就已經發射了 3208 顆星鏈衛星。未來幾年內，還有數以萬計的衛星已被批準陸續發射，這會給人類的夜空帶來巨大的影響。未來，在最差的情況下，人類夜空中將近有 1/10 的亮星都會是人造衛星，這其中，大部分都是馬斯克的。

撰文｜王昱

審校｜二七

現在，馬斯克是全球最富有的人。火箭、星鏈、電動汽車、腦機接口等前沿科技讓這位新晉全球首富充滿了科技范。盡管圍繞馬斯克存在諸多爭議，但馬斯克的確在影響整個世界的發展進程。不論是地面上的電動汽車，還是飛向宇宙的可重復火箭，又或者是他用自家火箭向太空發射的衛星網絡——星鏈（Starlink）。

8 月 31 日，SpaceX 用獵鷹 9 號火箭在美國加州范登堡太空基地（Vandenberg Space Force Base）的 4E 號航天發射場（SLC-4E）發射了 46 顆星鏈衛星。至此，已發射星鏈衛星總數達到了 3208 顆。現在，星鏈衛星已經可以提供網絡服務了。這種網絡服務無需鋪設復雜的光纖網絡，就能為偏遠地區提供網絡服務。衛星網絡應用潛力是巨大的，不少國家都在著手建立自己的人造衛星星座系統，英國的 OneWeb，美國的 Kuiper，還有我國的星網（StarNet）。

人造衛星星座不斷擴張，地球近地軌道越來越擁擠。僅前文提到的 4 座衛星網絡，已經規劃發射的衛星數量就超過了 6.5 萬顆。這些衛星可以反射太陽光，被地面上的人看到。最先注意到這些的是天文學家，因為他們在天文圖像上產生了長長的、無法消除的軌跡，嚴重影響天文觀測。

但很快，這種影響就不會僅僅局限在天文學領域了。近期刊登在《天體物理學報》上的一篇論文表示，就算只考慮現在已經有詳細軌道規劃的衛星，當它們建成后，在地球上的某些地方，天空中大約 9% 的亮星，都會變成人造衛星。

閃亮的衛星

他們是怎么得出這個結論的？

想知道肉眼能看到多少顆衛星，首先要分析衛星的軌道數據，只有衛星飛到地平線以上時才能被人看到。研究人員整理各機構向美國聯邦通信委員會（FCC）和國際電信聯盟 （ITU）報備的軌道數據。

星鏈衛星總共規劃了 4.2 萬顆，其中 3 萬顆左右都分布在 328～360 千米的高度之間。英國的 OneWeb 主要分布在 1200 千米高的軌道上。我國的星網則由兩部分組成，一部分是 500～600 千米之間，另一部分衛星位于 1145 千米高的軌道。

每個軌道上都可能會有幾千顆衛星，衛星在同一個軌道上的相對位置可以隨時調整，研究人員假設這些衛星在軌道上是均勻分布的，這樣他們就能獲取每個衛星的相對位置。

圖中藍點代表衛星預計的相對位置，可以看到衛星位置分布具有明顯的維度特征，這與衛星網絡目標客戶所在維度有關。圖片來源：原論文

恒星都是自發光的。人造衛星也和地球的天然衛星（月球）一樣，只能通過反射太陽光才能被人看到。而人造衛星星座都用低軌衛星與地球通信，地球對衛星的遮擋非常明顯。這導致在黃昏和黎明時，地面上能看到的衛星是最多的。深夜，地球轉到太陽的背面，擋住全部的太陽光，人造衛星無法反射太陽光，也就變得不可見了。

衛星進入地球陰影區后就不可見了。制圖：王昱

結合上面的條件，天文學家就能算出來，全球各地的夜空中能看到多少顆衛星。結果是，在北緯 40 度左右，夏至剛入夜時，全天被太陽照亮的衛星數量甚至能超過 3000 顆。

如果目前規劃的星座計劃全部完成。夏至日，全球各緯度能在地平線上有機會被人看到的人造衛星數量。橫軸為一天的時間，縱軸為緯度，灰色曲線包圍的深色部分為夜晚。圖片來源：原論文

從某種意義上來說，人造衛星也是某種 " 行星 "，它們每 90 分鐘就能繞地球一圈，在天空中的運動速度無 " 星 " 能及。在地面上看來，衛星（高度 350 千米左右）的運動速度甚至比大氣層里的飛機（高度 10 千米左右）還要快。

真空中的球形雞

但只是被太陽照亮，并不意味著這些衛星一定能被人眼看見。還存在衛星反射的光太暗，人眼根本看不到的情況。但想要確定衛星具體的亮度，實際是一個非常復雜的問題。就算是衛星制造商本身，往往也是在衛星上天后才能確切知道自己的衛星在地面上看起來有多亮。衛星的亮度受多種因素的影響，這涉及到衛星的外形、材質、方位角度和大氣消光等因素。衛星的外形非常復雜，并且姿態可以隨時調整。有時，衛星的太陽能板甚至能恰好把太陽光反射到觀測者所在的位置，產生非常閃耀的光變——就好像你在馬路邊走路時，突然被汽車后視鏡反射的太陽光閃到了。因此，想要確切知道衛星有多亮是非常困難的。

好在物理學家（眾所周知，天文學家和物理學家走得很近）是一群喜歡將復雜問題簡單化的人，有一個著名的笑話詮釋了這一點：

有一個農民養雞，但他的雞都不育。所以他找了一個物理學家來幫忙。這個物理學家做了一些計算，然后說：我已經有解決辦法了，但是這個辦法只適用于真空中的球形雞。

這次，研究團隊根據 2019 年 ActaAstronautica 雜志上的一個模型，不管通訊衛星的外形多么千奇百怪，統統把它等效為一個漫反射球體。雖然這種模型無法模擬衛星鏡面反射導致的光變，但研究團隊表示，他們嘗試觀測了一些衛星，這種模型在大多數時候都能比較準確地反映衛星的亮度。

星星的亮度用星等衡量，星等數值越低就越亮。一般而言，人眼能在郊區看到星等 5 以下的星。全天星等低于 5 的恒星不過 804 顆，而在夏至日的黃昏，就會有 79 顆衛星的星等低于 5 等。也就是說，天空中將近有 9% 的可見星都會是人造衛星，考慮到星鏈衛星在數量上的主導優勢，大部分能見到的衛星都會是馬斯克的。

保衛星空

人眼如此，就更別提天文望遠鏡了。人眼勉強能看到的暗弱天體，足以對望遠鏡的科學數據造成不可恢復的損傷。星等在 7 以下的星，甚至能在大口徑全天巡視望遠鏡（LSST）望遠鏡的多個傳感器之間產生串擾，讓整個傳感器上的數據都失去科學價值。

星鏈衛星對天文觀測的影響，圖中為望遠鏡為托洛洛山美洲天文臺的布蘭科望遠鏡，口徑達 4 米。圖片來源：NSF ’ s National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory/CTIO/AURA/DELVE

去年，一項發布在《英國皇家天文學月報》的研究，通過估計目前衛星的數目以及分布，發現它們已經讓天空亮度增加了 10%。而根據國際天文聯合會的要求，天文學觀測應該在光污染造成亮度增加低于 10% 的地方進行，過度的光污染將影響天文學家對黯淡星系的搜尋。而由于通訊衛星會向地面發射信號，它們對地面射電天文觀測的影響甚至更嚴重。

如此嚴重的問題自然不容忽視。天文學家雖然無力阻止衛星星座的快速擴張，但仍可以協商尋求解決方案。比如星鏈就曾表示，他們計劃給未來的星鏈衛星換上低反射率涂裝，降低衛星的亮度。也有人建議提升衛星的軌道高度，增大衛星和觀測者之間的距離來降低亮度。

不過，這對天文愛好者而言或許是個新的興趣點。畢竟，在晚上抬頭看天，那幾顆最亮、最快的光點，正是人類科技進步的證明。