[비즈한국] SpaceX正在用无数的“星链”（Starlink）卫星覆盖地球大气层。其初衷是非常好的，即在天空中布满卫星星座，确保地球上任何地方都能使用互联网。然而，星链正成为天文学的“新敌人”。地面上的大型望远镜现在每天都要饱受穿越天空的星链卫星之苦。每次拍摄照片时，卫星留下的长长划痕总是挥之不去，以至于在几乎所有的观测数据中，清除星链卫星的痕迹已成为必备工作。
然而，最近发布的一项分析更为惊人。星链卫星不仅对光学观测造成破坏，现在也开始干扰射电观测。尤其是在搜寻宇宙起源及“大爆炸”证据的低频射电观测中，正遭受巨大冲击。不仅是光学天文学家，射电天文学家们也开始就星链造成的破坏进行控诉。
2019年火箭回收技术实现常态化，SpaceX随之开始大量发射星链卫星。截至2025年，已有超过8000颗卫星进入轨道。目前平均每3天就发射一批卫星。布满天空的庞大卫星群，不可避免地会干扰地面观测者，射电天文学也不例外。
负责管理人类“电磁波”的国际电信联盟（ITU）严格区分了日常生活领域与科学研究领域。射电天文学正是基于这一保护，在3kHz至900GHz之间的部分频谱范围内探测来自宇宙的电波。这与我们日常使用的智能手机和互联网频率并不重叠。由于城市中充斥着过于强烈的工业电波，在对应的频率范围内，人们已无法再观测到宇宙微弱的电波。因此，射电天文台大都远离城市。然而，头顶上空掠过的人造卫星电波，无论躲到地球上哪里都无法避开。
在本次分析中，使用了观测低频宇宙的“工程开发阵列2”（EDA2）射电望远镜。该望远镜是未来计划在澳大利亚西部建设的超大型低频射电望远镜阵列“SKA-Low”的原型机。研究团队利用它在SKA-Low未来计划观测的50-350MHz频率范围内对天空进行了观测。在总共29天的时间里，获取了7600万张图像，并在其中捕捉到了出乎意料的大量人造电波噪声。
研究共探测到11万2534次射电噪声，分析显示这些噪声均来自1806颗星链卫星。星链卫星的信号比其他卫星多得多，数量庞大自然导致了这一结果。在另一台低频射电望远镜LOFAR的观测中，也探测到了相当多星链卫星的信号。在短短一小时的观测中，110~188MHz频段探测到了68次，88MHz探测到10次，100~188MHz探测到97次。
在5GHz以下的低频段探测到的星链信号，并非普通的互联网下行链路信号。其频率与普通信号截然不同。这些信号被称为“非故意电磁辐射”（UMER），是卫星内部电子设备运行时产生的副产品。这种UMER不受ITU限制，因为ITU仅监管卫星与地面交换信号的直接电磁波，并不限制设备运行时意外泄露的电磁波。
令人困扰的是，星链卫星在低频段制造了极大的噪音，让射电望远镜的视域变得一片混乱。这就像在电波“无法地带”发生了意料之外的事情。特别是在5GHz以下的低频段，分配给射电天文学的频率仅占5%。由于没有其他地方可躲，干扰后果也就更加严重。
本次分析中探测频率最高的是星链的“v2-Mini Direct-to-Cell (DTC)”型号，共探测到175次。DTC型号目前占在轨运营星链卫星的70%。DTC卫星设计无需经过地面基站，可直接向用户手机发送互联网信号，因此其信号强度更高。此次在短短一个月内捕捉到的1806颗卫星，约占当前在轨运行总数的30%。
为将误报概率降至最低，天文学家在判断卫星信号时极为谨慎，并尽可能过滤掉低概率数据。因此，推测实际产生射电噪声的卫星数量更多。射电望远镜探测到的噪声不仅仅只有星链产生的UMER，还包括由地面其他天线发射的调频（FM）广播信号经卫星反射而来的电波。
对于天文学家而言，星链侵入低频射电观测领域是极其可怕的。因为该领域专注于观测宇宙历史中非常宝贵的瞬间——大爆炸之后，由原始恒星诞生和剧烈星系活动导致的“再电离时期”。这个频段是观测该时期遗迹的最佳频率。然而，随着无数星链卫星覆盖在大爆炸的记忆之上，我们已无法再完整地目睹宇宙珍贵的历史。
随着这些问题逐渐显现，天文学家们呼吁ITU必须对UMER进行系统性限制。当然，目前尚不清楚卫星产生的UMER究竟是如何泄露的。但如果任其发展，未来随着更多星链卫星升空，我们将面对一片充满UMER的吵闹天空，届时射电望远镜可能将彻底失去观测宇宙的能力。
面对积累的怨言，SpaceX也正在与美国国家射电天文台商讨达成协议。例如，当卫星经过主要射电天文台的上空时，暂时停止星链卫星的运作。
事实上，星链计划早就在多个层面引发了担忧。除了文中提到的对观测天文学的破坏，在环境方面也需要审慎考虑。人造卫星含有大量天然陨石中几乎不存在的铝。卫星在大气层中坠毁时，铝会与空气中的氧气反应生成氧化铝。分析显示，每坠毁一颗星链卫星，平均会产生约30kg纳米级氧化铝。目前每天有4~5颗卫星因燃料耗尽或受太阳活动影响而坠毁。这意味着，每年大气层中会积累超过300吨的氧化铝。
氧化铝会引起化学反应产生氯，从而破坏臭氧层。许多天文学家担心其影响不可忽视。甚至有分析称，散布在空气中的卫星金属碎片可能对地球磁场产生微小的变化。现在，人类留下的痕迹不仅遍布地表，更延伸到了头顶上空，我们的生活正以全新的形式受到威胁。
1995年凭借臭氧层研究获得诺贝尔化学奖的大气科学家保罗·克鲁岑（Paul Crutzen）曾提出，人类已成为在地质层面留下痕迹的存在，建议将当代命名为“人类世”。如今，“人类世”的概念已不再局限于地表，因为我们也正在天空和宇宙中留下痕迹。现在是人类需要进行前所未有的深度思考的时候了：该如何明智、公平地共同分享头顶的天空和宇宙。
参考
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2023A%26A...678L...6G/abstract
https://public.nrao.edu/news/astronomers-satellite-internet-provider-develops-new-system-to-share-the-sky/
https://spaceaustralia.com/news/emerging-risk-radio-astronomy
作者池雄培（Ji Woong-bae）：热爱猫咪与宇宙。童年因观看《银河铁道999》而梦想向世人传达宇宙之美。目前担任世宗大学自由专业学部助理教授，积极从事演讲及写作等科学传播活动。著有《每日一片宇宙》、《星光璀璨的宇宙科学家们》、《触不可及却可知》、《仰望宇宙时想到的奇怪问题》等书，并翻译了《给真正太空旅行者的搭车客指南》、《我为何杀死了冥王星》、《量子生活》、《Cosmigraphics》等作品。