“钢铁侠”马斯克大战天文学家

撰文｜红薯爸

                    马斯克不讲武德

                    星链计划污染深空观测

                    天文学家很受伤

“钢铁侠”马斯克（来源：新浪新闻）

马斯克的“小”计划

话说“钢铁侠”马斯克有一个“小小”的计划，打算在几年内实现全球无线网几乎无死角覆盖，把wifi的温暖送到荒漠，极地，以及各处犄角旮旯娱乐荒芜到只能上网的所在。实现这一雄伟计划靠的是马斯克太空叉(SpaceX)公司的“星链计划”(starlink)。简单来说，就是发射许多小卫星到地球低空轨道，组成一个分布式无线热点网络。这些小卫星，每颗大概250公斤重。目前星链计划已经发射了900多颗（截止2020年11月）。最终的星链计划会发射至少数万颗（目前已经获准发射12000颗）。初级阶段星链计划全球覆盖概念图（来源：wikipedia）普林小虎队友人拍摄的星链卫星划过夜空的场景，橙色箭头指出肉眼可见的一串银白色星链轨迹。（照片已授权普林小虎队使用）

理想是美好的

小马哥的理想当然是很好很好很好的啊（尽管初代的星链网络的收费比普通网络供应商的还贵；说好的良心价呢???），但是有一个“小问题”。星链计划的小卫星，在低空轨道飞行的时候会反射太阳光，其亮度虽然对于肉眼来说不算什么，但是对于深空观测来说，实在是太太太太太亮了。而且因为小卫星数目众多避无可避，在地面望远镜观测的时候，时不时就会把小卫星拍进去，形成如下图所示的明亮轨迹。

美国洛维尔天文台拍摄的可见光波段星空图像（拍摄于2019年5月25日）。长曝光下，几十颗星链计划小卫星扫过的轨迹严重破坏了原有的成像质量，给探测深空天体带来极大的困扰。（来源：VICTORIA GIRGIS / Lowell Observatory）

现实是要命的

这个问题，对于多数靠天吃饭的天文学家来说，真是要了命了。这些明亮的轨迹，严重破坏了成像的整体质量不说，如果正好扫过微弱的深空天体，那么基本上没可能修复获得那些微弱天体的信息。熟悉天文图像数据处理的同学知道，尽管有一些算法可以大致减掉这些轨迹，额外处理带来的噪声是没法去除干净的。换句话说，深空观测受星链的影响是非常非常严重滴，特别是对于目前大规模的地面巡天项目，将会不得不面对这一数据处理和信息损失的难题。

智利Cerro Tololo天文台4米望远镜拍摄的深空图像（拍摄于2019年11月）。星链小卫星的轨迹清晰可见。笔者正好也是这台望远镜的使用者之一，所以直接受到暴击1万点。（来源：NSF’s National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory/CTIO/AURA/DELVE）

损失那是非常大滴

笔者做的科研依赖于大量的地面观测。可以用一个巡天计划的例子，给大家一个简单的量化估算，星链计划对一个具体的天文观测项目造成的损失有多大。拿筹备中的莫纳克亚光谱巡天项目来说，计划将在2030年左右建成一个直径10米的光学望远镜放在夏威夷莫纳克亚山顶做光谱巡天观测。这个项目将会使用光纤去同时观测同一视场中数千个极暗的天体。根据到时星链计划卫星群的密度和飞行速度，有一小部分的光纤将会被星链卫星污染。整个10年的巡天计划损失的光谱数据转换成银子的话大概是几百万美金。这只是对一个专门的地面观测项目而言。如果考虑到别的众多地面观测项目的话，可谓损失惨重。
夏威夷大岛上莫纳克亚峰上的天文观测基地，包含多个国家(美国，加拿大，法国，日本等)的光学，红外以及亚毫米波段的望远镜。

激起群愤

星链计划刚开始的时候，最担心的是光学观测的天文学家。但现在，连射电天文学家也开始发愁了（今年阿雷西博射电望远镜的倒掉更是雪上加霜；可参见小虎队发表的《对决零零七，勾搭外星人，这口用了57年的大锅还是没能挺过2020》一文）。这倒并不是因为小卫星反射太阳光，而是因为星链计划发射的卫星的信号工作频段和地面射电望远镜的频段有部分重叠。这将会给处于同一频段的地面的射电观测带来干扰（导致射电望远镜原有的灵敏度在这一频段上可降低70%）。以正在建设中的世界最大的射电阵列（平方公里阵列，Square Kilometre Array）来说，完整星链计划带来的负面影响相当可观（具体可参见科学杂志的文章：https://www.sciencemag.org/news/2020/10/starlink-already-threatens-optical-astronomy-now-radio-astronomers-are-worried）。所以在对星链计划的态度上，天文学家们可谓同仇敌忾。

小马哥的回应

小马哥当然不是完全不讲道理的人，毕竟人家的思想境界比较高，而且对科学技术的认可和推崇可不是一般富豪能够企及的。为了安抚天文学家的群情激愤，小马哥提出了几个解决办法：

• 首当其冲的方法是给小卫星涂上特殊涂层来降低返照率，从而达到减少星轨污染的程度来避免对地面光学观测的影响。很可惜，实验表明(2020年初星链计划发射了带特殊涂层的一批小卫星DarkSat)，返照率降低的程度很有限，这个看起来不是一个有效的办法。

小马哥tweet上表态要降低小卫星返照率。
（可惜，最后实验表明涂料还是不够黑啊！）

• 第一个办法不行，小马哥的第二个法子更狠：干脆别搞地面观测了，都太空时代了，难道不应该所有的望远镜都在太空吗？说到这里，亚里士多德，伽利略，哈勃等天文观测先驱都得先从坟里爬出来吐一口老血。人类从文明之初就仰望星空，地面望远镜探索宇宙的历史横跨400多年，现在说不让人干就不干了，岂有此理？
  

但是小马哥的言论，倒也不是无稽之谈。人类文明的扩张和对自然环境（包括夜空）的破坏是一个永恒的话题。先不说气候变暖这种深层次的问题，就拿城市天光污染这一现象来说，多少人还记得小时候看到满天繁星，璀璨银河的令人心灵宁静的场景？出生和成长在城市的大多数普林小虎队的虎娃们可是从没见过。让城市文明一下子“消光”是不可能的，尽管很多组织和个人都在呼吁保护星空。2003年美国加拿大东北部大断电期间拍摄的住宅区上方的天空。左边是断电前，右边是断电后。在去掉了灯光污染的背景之后，银河清晰可见。据说当时不少恐慌的居民致电新闻台，说天空发现奇怪的不明巨大带状物。看过阿西莫夫科幻小说《日暮》的同学对这一幕是不是有似曾相识的感觉？(来源：photo by Todd Carlson)

差钱！真差钱！

认识到城市文明发展必然会恶化地面观测环境，把望远镜送进太空当然是一个更好的选择。只有一个问题：太 ！贵！啦！给大家算笔账。哈勃太空望远镜从建造到运行30年的费用已经大大超过100亿美金，而天文学界的下一个“大杀器”韦伯太空望远镜还没上天就已经花了差不多100亿美金了。这些太空望远镜的时间如此宝贵，大多数的观测申请都会被无情的扔进废纸篓。除非老马哥（马云），二马哥（马化腾），小马哥（马斯克）等热心回馈社会的大佬们捐个百八千亿的去大力建造更多的太空望远镜，否则……普通天文学家还是别指望了。

来源：马云经典语录之不差钱

哈勃太空望远镜拍摄的精彩图像。
（来源：NASA/Hubble Space Telescope）

整装待发的詹姆斯韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）。计划2021年底发射。韦伯望远镜是迄今为止最贵的也是最强大的太空望远镜。还没上天就已经花费了100亿美金。还有一年才发射，申请观测的项目已经堆积如山了。(来源：NASA/James Webb Space Telescope)

请问：有人买单吗？

更悲催的是，大型天文望远镜项目都是花费几年甚至数十年的筹备，半路杀出的星链计划让人措手不及。天文学界寄予厚望的已经建设中的下一代地面大型多功能望远镜，大型巡天望远镜，将在未来几十年内给全人类提供海量的深空观测数据。比如花费至少十几亿美金的下一代三十米级别的地面望远镜，其超大的集光能力和CCD的灵敏度意味着星链小卫星会快速的造成探测器饱和。因此星链计划，以及类似的项目（比如一网计划OneWeb），都将给这些花费了无数资源的天文台带来很多头疼的问题。这笔单，谁来付？

筹建中的最大的地面光学成像巡天望远镜（Vera Rubin Observatory’s Legacy Survey of Space and Time）。台址在智利。(来源：Vera Rubin Observatory)

筹建中的三十米直径大型地面通用光学红外望远镜（中国也是成员国之一）的概念图（Thirty Meter Telescope，TMT）。
马斯克是笔者非常欣赏的科技改变世界的领军人物，从特斯拉，太空叉，到挖隧道（Boring Company），脑机接口（NeuralLink）等等，这些都是具有划时代意义的创举。希望小马哥能够和天文学家在星链计划上找到共存之道，既能够解决人民群众喜闻乐见的全球无阻碍上网问题，也能够保证天文观测不受太大的影响。否则的话，被迫下岗的天文学家们只能组团排队去太空叉公司门口静坐维权了。

相关推荐

近期热文