想“单纯”地看个星星怎么这么难？

　　原作：Ben Turner

　　编译：饶文冲 周学云

　　校对：金振坤 毕琳 苗阳

　　排版：李子琦

　　后台：库特莉亚夫卡 李子琦 徐⑨坤 胡永葳

　　参考链接：

　　https://www.livescience.com/space-junk-blocks-view-of-cosmos.html

　　空间碎片所反射的光芒

　　已经严重影响到了天文观测

　　编者按

　　编者小时候在太行山的农村长大，心中故乡的意象符号除了童年玩耍过的小院、门口苍翠的山峰，就是那纯净、璀璨的夜空了！每每忆起往事、想起故乡时，脑海中总会浮现出儿时夏日的晚上躺在母亲怀里在院中乘凉，一边抬头看星星，一边听母亲讲李白《静夜思》的画面。至于母亲讲的“明月光”和“地上霜”的关系、“思故乡”是什么意思，我那小脑袋瓜根本听不懂，或者说并不感兴趣……唯一感兴趣的是星星到底是什么东西？怎样才能飞上天空和星星近距离接触……长大后，每逢节假日回乡，哪怕是寒冷的冬天，我总要花些时间独自到老屋房顶上坐坐，抬头看看星空，可是这两年连这个愿望也无法实现了——村里装上了路灯且整晚常亮，农村这最后的一片净土也被灯光侵蚀掉了（当然，编者并不是反对装路灯，只是为不能两全而感到可惜），当然更不用提城市里了，能零星看到几颗星星已是莫大奢侈——来自地面的光污染已经将理想的观星之地侵蚀得所剩无几……可是远离城市和灯光就能观测到“纯净”的星空了吗？科学家最近的研究发现，不断增多的太空垃圾对星空的“污染”远超过之前的预期，对天文观测的影响可能比地面光污染还要严重得多！

　　台湾合欢山上拍摄的长曝光星轨影像(图片来源: Shutterstock)。

　　一项新的研究警告说，夜空中闪烁的卫星和太空垃圾越来越多，这对我们的宇宙观测和天文学研究构成了严重威胁。

　　研究人员发现，目前有超过8440吨的太空物体正在绕地球运行，包括失效的卫星和废弃的火箭助推器等，使地球大部分地区的夜空亮度提高了10%以上，也就是说地球上已经很难找到不受光污染的夜空了。研究人员在《皇家天文学月报》(Monthly Notices of the Royal astronomy)上表示，这使得天文精确测量变得越来越困难，同时天文学家错过重大发现的几率也大大增加。

　　太空垃圾示意图（图片来源于网络）。

　　该研究的主要作者、斯洛伐克科学院高级研究员米罗斯拉夫·科乔法伊（Miroslav Kocifaj） 在一份声明中说：“我们原本以为，卫星碎片对天空亮度的影响应该微乎其微，但是我们首次理论模型估测结果出人意料，因此我们不得不迅速公布研究结果”。研究人员建立了一个理论模型，并考虑了每个碎片的平均大小和亮度，通过这个模型来计算天空亮度的变化。

　　研究人员表示，背景天体的光线经卫星和太空垃圾散射产生了许多干扰亮纹，亮纹与观测对象难以区分，甚至比观测对象更亮，大大增加了天文成像的难度，即使可以获得成像，图像的清晰度也会大打折扣。

　　研究人员发现，当使用低分辨率探测器（例如人眼）观测宇宙时，这种效应最为显著，整个视野都呈现出弥漫的光芒。高角分辨率和高灵敏度的望远镜也可能会有一部分图像被光污染破坏，虽然不像低分辨率仪器那样整块图像都弥漫着亮光，它们可能会把垃圾碎片反射的光分解为一个个亮斑，但这也会产生很大的干扰——例如会严重影响对沿着银河系盘面运行的发光恒星云的观测。这种影响与你在地球上的观测位置无关。

　　“与地面光污染不同，由于这种‘人造光’在天上，所以地面上很大范围内的观测者都会受到影响”，研究合著者、国际夜空保护协会公共政策主任约翰·巴伦廷（John Barentine）在声明中说，“以往天文学家还可以将观测站建在远离城市灯光的地方，以寻找黑暗的天空，但这种新的光污染却很难避免。”

　　夜空将会变得更明亮，特别是随着旨在提供全球互联网接入的大型商业卫星阵列——“巨型星座（mega-constellations）”项目的不断推进，包括亚马逊(Amazon)、SpaceX和OneWeb在内的至少12家运营商计划发射新的巨型星座或扩大现有网络规模。SpaceX的“星链”目前有1200颗在轨卫星，且该公司计划在未来几十年将其数量增加到4.2万颗，大约是目前所有在轨正常运行卫星数量的14倍。

　　SpaceX的“星链”卫星造成的明亮条纹(图片来源:Andreas Möller)。

　　日益拥挤的太空也增加了卫星之间相互碰撞以及和其他物体碰撞的可能性，从而会产生更多明亮的碎片。

　　欧空局(ESA)在2019年12月提出了一个解决方案，即在2025年发射一个抓取太空垃圾的四臂机器人，并希望将其作为一项测试，来验证未来建设活动范围更广的清洁机器人群的可能性。与此同时，欧空局总干事约翰-迪特里希·沃纳（Johann-Dietrich Wörner）呼吁制定新规则，让发射卫星的公司和机构负责清理他们产生的垃圾。

　　另外据原文所在网站（Live Science）此前报道，澳大利亚的一个科学家团队甚至提议用激光来爆破这些太空垃圾。本号周二推送的副文也提到了该方案——《激光技术破局太空垃圾困境》。

　　路基激光系统的艺术想象图 （图源: ESO/L. Calçada）。

　　研究人员希望他们的论文能够提高人们对太空垃圾影响天文观测的认识。

　　巴伦廷说:“我们的研究结果表明，（如果不处理这些垃圾），不仅是天文学家，还有很多人将再也无法接触到纯净的夜空。”

　　本文原文发表在Live Science上。

『天文时刻』 牧夫出品

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星河下喷发的火山

影像来源: Diego Rizzo