在夜間“按需照射陽(yáng)光”的激進(jìn)計(jì)劃引發(fā)擔(dān)憂(yōu)

擬議的衛(wèi)星星座讓天文學(xué)家非常擔(dān)心。與反射陽(yáng)光和產(chǎn)生光污染作為不幸的副產(chǎn)品，美國(guó)初創(chuàng)公司的副產(chǎn)品反射軌道會(huì)在設(shè)計(jì)上產(chǎn)生光污染。

該公司承諾通過(guò)鏡子將陽(yáng)光照射到地球上，以便太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)能夠“按需提供陽(yáng)光”日落后作.

它計(jì)劃從一顆名為 Earendil-1 的 18 米測(cè)試衛(wèi)星開(kāi)始，該公司已申請(qǐng)?jiān)撔l(wèi)星2026年推出.到 2030 年，最終將有大約 4,000 顆衛(wèi)星在軌運(yùn)行，根據(jù)最新報(bào)道.

相關(guān)：陽(yáng)光仍然會(huì)通過(guò)關(guān)閉的窗戶(hù)損傷皮膚。就是這樣。

那么光污染會(huì)有多嚴(yán)重呢？也許更重要的是，Reflect Orbital 的衛(wèi)星能否像宣傳的那樣工作？

反射的陽(yáng)光

就像您可以將陽(yáng)光從表盤(pán)反射到產(chǎn)生光點(diǎn)一樣，Reflect Orbital 的衛(wèi)星將使用鏡子將光線(xiàn)照射到地球上。

但所涉及的規(guī)模卻大不相同。Reflect Orbital 的衛(wèi)星將在距地面約 625 公里的軌道上運(yùn)行，并最終將有鏡子54 米寬.

當(dāng)您將手表的光線(xiàn)反射到附近的墻壁上時(shí)，光點(diǎn)可能會(huì)非常明亮。但如果你把它彈到遠(yuǎn)處的墻上，斑點(diǎn)會(huì)變得更大——而且更暗。

這是因?yàn)樘?yáng)不是一個(gè)光點(diǎn)，而是在天空中跨越半度角。這意味著在很遠(yuǎn)的距離上，從平面鏡子反射的一束陽(yáng)光以半度角擴(kuò)散開(kāi)來(lái)。

這在實(shí)踐中意味著什么？讓我們以一顆在大約 800 公里的距離內(nèi)反射陽(yáng)光的衛(wèi)星為例——因?yàn)橐活w 625 公里高的衛(wèi)星并不總是直接在頭頂上，而是以一定角度照射陽(yáng)光。被照亮的地面至少有 7 公里寬。

由于太陽(yáng)在天空中的距離和半度角，即使是曲面鏡子或透鏡也無(wú)法將陽(yáng)光聚焦到更窄的地方。

反射的陽(yáng)光是亮的還是暗的？好吧，對(duì)于一顆 54 米長(zhǎng)的衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，它會(huì)比正午的太陽(yáng)暗 15,000 倍，但這仍然比滿(mǎn)月亮亮得多。

球囊測(cè)試

去年，Reflect Orbital 的創(chuàng)始人 Ben Nowack發(fā)布了一段短視頻它總結(jié)了“進(jìn)入太空之前要建造的最后一件事”的測(cè)試。這是一個(gè)裝在熱氣球上的反射器。

在測(cè)試中，一面大約 2.5 米寬的扁平方形鏡子將一束光引導(dǎo)到太陽(yáng)能電池板和傳感器上。在一個(gè)例子中，該團(tuán)隊(duì)測(cè)量每平方米 516 瓦的光，而氣球的距離為 242 米。

相比之下，正午的太陽(yáng)每平方米大約產(chǎn)生 1,000 瓦的功率。所以每平方米 516 瓦大約是它的一半，這足以有用。

但是，讓我們將氣球測(cè)試擴(kuò)展到太空。正如我們之前指出的，如果衛(wèi)星距離感興趣區(qū)域 800 公里，則反射器需要 6.5 公里 x 6.5 公里 – 42 平方公里。建造如此巨大的反射器是不切實(shí)際的，因此氣球測(cè)試有一些局限性。

那么 Reflect Orbital 計(jì)劃做什么呢？

Reflect Orbital 的計(jì)劃是“在正確的星座中發(fā)射簡(jiǎn)單的衛(wèi)星，照亮現(xiàn)有的太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)”。而他們的目標(biāo)只是每平方米 200 瓦– 正午太陽(yáng)的 20%。

較小的衛(wèi)星能提供嗎？如果一顆 54 米長(zhǎng)的衛(wèi)星比正午太陽(yáng)暗 15,000 倍，那么您需要 3,000 顆衛(wèi)星才能達(dá)到正午太陽(yáng)的 20%。照亮一個(gè)地區(qū)的衛(wèi)星很多。

另一個(gè)問(wèn)題：625 公里高度的衛(wèi)星以每秒 7.5 公里的速度移動(dòng)。因此，衛(wèi)星將在給定位置的 1,000 公里范圍內(nèi)停留不超過(guò) 3.5 分鐘。

這意味著 3,000 顆衛(wèi)星可以為您提供幾分鐘的照明。要提供哪怕一個(gè)小時(shí)，您還需要數(shù)千小時(shí)。

Reflect Orbital 并不缺乏雄心壯志。在一次采訪(fǎng)中，諾瓦克建議250,000 顆衛(wèi)星在 600 公里高的軌道上。這不僅僅是所有當(dāng)前編目的衛(wèi)星和大塊的太空垃圾放在一起。

然而，根據(jù)我們上面的計(jì)算，這個(gè)巨大的星座只能將正午太陽(yáng)的 20% 同時(shí)傳遞到不超過(guò) 80 個(gè)位置。實(shí)際上，由于多云天氣，照亮的地點(diǎn)甚至更少。

此外，考慮到它們的高度，衛(wèi)星只能在黃昏和黎明附近的大多數(shù)地點(diǎn)提供照明，此時(shí)近地軌道上的鏡子將沐浴在陽(yáng)光下。

意識(shí)到這一點(diǎn)，反映軌道計(jì)劃，讓他們的星座環(huán)繞地球晝夜線(xiàn)以上在太陽(yáng)同步軌道讓它們持續(xù)暴露在陽(yáng)光下。

明亮的燈光

那么，鏡像衛(wèi)星是在夜間生產(chǎn)負(fù)擔(dān)得起的太陽(yáng)能的實(shí)用手段嗎？可能不會(huì)。他們能生產(chǎn)嗎毀滅性的光污染?絕對(duì)。

傍晚時(shí)分，很快就能發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星和太空垃圾——而且它們并不是故意設(shè)計(jì)得明亮的。與 Reflect Orbital 的計(jì)劃，即使只是測(cè)試衛(wèi)星按計(jì)劃工作，它有時(shí)也會(huì)顯得比滿(mǎn)月亮得多。

這樣的鏡子星座對(duì)天文學(xué)來(lái)說(shuō)是毀滅性的，對(duì)天文學(xué)家來(lái)說(shuō)也是危險(xiǎn)的。對(duì)于任何通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀(guān)察的人來(lái)說(shuō)，每面鏡子的表面幾乎都可能和太陽(yáng)表面一樣亮，這有風(fēng)險(xiǎn)永久性眼睛損傷.

光污染會(huì)阻礙每個(gè)人看到宇宙的能力，眾所周知，光污染會(huì)影響動(dòng)物的日常節(jié)奏也。

相關(guān)：歐空局報(bào)告稱(chēng)地球軌道干線(xiàn)中有太多垃圾

盡管 Reflect Orbital 旨在照亮特定位置，但衛(wèi)星的光束在從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置時(shí)也會(huì)掃過(guò)地球。夜空可能會(huì)被比月亮.

該公司沒(méi)有在截止日期內(nèi)回復(fù) The Conversation 關(guān)于這些擔(dān)憂(yōu)。然而它本周告訴彭博社它計(jì)劃以“簡(jiǎn)短、可預(yù)測(cè)和有針對(duì)性”的方式重新引導(dǎo)陽(yáng)光，避開(kāi)天文臺(tái)并共享衛(wèi)星的位置，以便科學(xué)家可以計(jì)劃他們的工作。

后果將是可怕的

Reflect Orbital 的項(xiàng)目是否會(huì)啟動(dòng)還有待觀(guān)察。該公司可能會(huì)發(fā)射一顆測(cè)試衛(wèi)星，但要讓 250,000 個(gè)巨大的鏡子不斷繞地球運(yùn)行，讓一些太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)每天多運(yùn)行幾個(gè)小時(shí)，還有很長(zhǎng)的路要走。

盡管如此，這仍然是一個(gè)值得關(guān)注的項(xiàng)目。對(duì)于天文學(xué)家——以及任何喜歡黑暗夜空的人來(lái)說(shuō)，成功的后果將是可怕的。

邁克爾·J·I·布朗， 天文學(xué)副教授，莫納什大學(xué)和馬修·肯沃西， 天文學(xué)副教授，萊頓大學(xué)

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