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一閃一閃亮晶晶,滿天都是人造衛星

EASY天文地科小站_96
・2021/04/21 ・3294字 ・閱讀時間約 6 分鐘
  • 文/林彥興|現就讀清大理學院學士班,EASY天文地科團隊總編輯

Starlink 是 SpaceX 正在組建中的全球衛星網路系統。從於 2019 年底至今不到一年半之內,SpaceX 就已經進行了超過 23 次 Starlink 衛星發射 (2021.04.12)。若是加上之前的幾批原型機,Starlink 的總發射數已接近 1600 顆,遠遠超越歷史上所有的衛星星座[註一]系統。但規模龐大的 Starlink 計畫在提供全球高速衛星網路的同時,也對近地軌道的環境,以及原本黑暗的夜空造成難以忽視的重大影響。其中,又以天文學家與天文攝影愛好者們受害尤其嚴重。而且,在可預見的將來,還會有更多企業投入近地軌道衛星網路的競賽。如何在讓世界更加緊密的衛星網路,以及珍貴的夜空和軌道環境之間取得平衡,值得所有人持續關注與理解。

SpaceX Starlink-1 任務。圖/SpaceX

Starlink 的存在價值:為什麼我們需要衛星網路?

對大多數的台灣人來說,網路並不是太稀罕的東西。因為我們的網路基礎建設相當完善,電信公司的光纖網路、無線基地台、Wifi 分享器在生活周遭隨處可見。甚至在高山或海邊的風景區,只要不是完全裊無人煙,也常常有不錯的訊號。我們早已習慣天天上網、逛臉書、滑 IG、打卡、發宵夜文,甚至許多人的工作與學習,都仰賴穩定而高速的網路。

但世界上並不是每個地方都如此。多數國家的網路基礎設施都遠不如台灣完善,全球約有半數的人口處於沒有網路可用的狀態。想要在合理的成本下,將網路的服務範圍擴張到深山、沙漠、大洋等地相當不容易。

那如果用衛星作為網路的節點呢?這樣不就可以不受地理易達性的限制,讓全世界所有角落都有網路可以用了嗎?沒錯,這正是 Starlink 所希望達到的目標。他們希望在近地軌道上建立起覆蓋全球的衛星通訊網路服務。而且為了讓 Starlink 系統的資料傳輸速度與延遲能夠和一般的地面電信公司競爭,他們計畫將超過 12000 顆通訊衛星[註二]部署在 500 至 1300 公里之間的多個軌道殼層上。

12000 顆衛星很多嗎?非常的多!這個衛星數量不僅遠超過以往任何衛星星座,甚至是人類發射過的衛星總數都大約只有 9000 顆而已。足見 SpaceX 的野心之龐大。這種覆蓋全球的衛星網路,有可能可以造福全球數十億無法上網的人,讓他們能夠享受到網際網路帶來的教育、資訊、娛樂等重要資源。

自 2019 年 11 月 11 日至今的約一年半內,SpaceX 每隔幾週就發射一次 Starlink,一次發射會送 60 顆衛星進入軌道。僅僅三次發射之後,SpaceX 就已經成為地表最大的衛星操作者;23 次發射之後,軌道上運作中的衛星已有六成都是 Starlink。

2021.04.11 Starlink 實時位置 3D 圖。可以上Starlink – dynamic 3D orbit display親自玩玩。
圖/Heavens above

從 2020 年年中開始,Starlink 開始在北美地區進行測試,並表現出下載速度 50 – 150 Mbps,延遲 20 – 40 ms 的不俗性能,雖然價格略微昂貴,但仍受到不少偏遠郊區使用者的推崇。推薦大家親自上 Youtube 上看看那些數量龐大的測試影片,了解使用者們的想法。最近(2021.04)更看到多則實測 200 Mbps 下載速度的新聞,且服務範圍也擴展到英國、德國、澳大利亞、紐西蘭等地,發展非常迅速。人們相信,這種覆蓋全球的衛星網路,將有潛力把珍貴的網路,以及其附帶的教育、娛樂等資源,帶給全世界的人。

Starlink 的環境影響:光害與壅塞的近地軌道

這樣的願景雖然美好,然而發射如此大量衛星,卻造成了許多未曾被重視的環境問題,讓 Starlink 自從建構之初就飽受各方爭議。

第一個引爆點是 Starlink 的光害問題。相信關注太空議題有一陣子的朋友,都有看過一整排 Starlink 衛星像一排閃亮的星際火車一般橫越夜空、毀掉天文觀測的照片或影片。雖然這些影片往往都拍攝於衛星剛發射時,正式運行中的衛星因為軌道高度較高,並不會如此之亮,但卻足以激起天文界對於這項計畫的反彈。對像是薇拉.魯賓天文台(Vera C. Rubin Observatory)、史維基瞬變探測器(Zwicky Transient Facility)等大面積、高頻率的巡天觀測計畫影響尤其嚴重。當然,天文學家可以藉由各式各樣的演算法消除掉這些衛星通過的光跡,但是這不僅會增加資料處理的困難度,也可能降低觀測資料的品質。

另外,1979 年國際天文聯合會(IAU)定義,光害小於夜空自然亮度的 10% 處,才是適合建造專業天文台的地方。但在三月底發表於英國皇家天文學會月報的一篇專題討論中,研究人員估算了軌道上的衛星反射陽光而貢獻的背景亮度,發現竟然很可能已經超過了這個標準。衛星造成的光害嚴重性可見一斑。還有,作為通訊衛星,Starlink 會不斷發出強烈的無線電波,雖然已經刻意將通訊頻段與觀測頻段錯開,但是仍會對電波望遠鏡造成影響。相關報導可見這篇

針對這些影響,一個常被提出的觀點是:既然 SpaceX 已經降低前往太空的門檻,為什麼不把望遠鏡都搬上太空,就沒這個問題了?但站在天文學家的立場,即使發射的成本降低,設計與建造一座太空望遠鏡仍是相當昂貴的。地面望遠鏡在建造技術的成熟度、維修升級的方便性等方面,還是有著太空望遠鏡無法企及的優勢。因此在可預見的未來,地面望遠鏡仍然會是天文學的重要支柱。

Starlink 衛星群通過望遠鏡的視野中。
圖/ CTIO, NOIRLab, NSF, AURA and DECam DELVE Survey

除了光害之外,將如此大量的衛星置於近地軌道之中,也讓近地軌道變得更加擁擠,衛星與太空垃圾之間的碰撞機率也隨之提升。2019 年 9 月,歐洲太空總署的埃俄羅斯氣象衛星為了閃避 Starlink-44 而調整軌道,就是一個著名的例子。其實,衛星為了閃躲太空垃圾和其他衛星而改變軌道是相當常見的事,但當軌道變得越來越擁擠,如何快速與正確的監控軌道上的物體、計算可能的危險碰撞,並即時與其它衛星公司協調讓衛星改變軌道等工作,就變得越來越困難且重要。

SpaceX 的努力:如何降低衛星的負面影響

值得慶幸的是,面對 Starlink 帶來的負面影響,SpaceX 並沒有兩手一攤、充耳不聞。從 2019 年開始,SpaceX 就與各領域合作設法降低衛星星座的影響。比如為了解決衛星的光害問題,SpaceX 曾嘗試把衛星塗黑、加裝遮陽板、改變衛星姿態等方式來降低衛星產生的光害。在埃俄羅斯衛星事件之後,SpaceX 也改進了他們的衛星控制系統,以更好的避開可能的撞擊。

Starlink-L7 任務中,一顆衛星特別加裝了遮陽板降低天線造成的反光。圖/SpaceX

享受便利與資源的同時,也要取得環境保護的平衡

無庸置疑的,Starlink 已經是史上規模最龐大的衛星系統。

而且無論你是否認同它的價值,可預見的未來 SpaceX 幾乎不可能放棄這項重要的生財工具。而且除了 SpaceX 之外,還有 OneWeb、LeoSat、Project Kuiper、鴻雁、虹雲等近十個計畫已被提出或正在建置,預計都會成為至少上百顆衛星的大型衛星星座。這些衛星網路擁有造福全世界人類的潛力,尤其是讓身處基礎設施不發達處的人們,享受到網際網路帶來的豐富資源;但另一方面,龐大的衛星也帶來嚴重的光害與太空垃圾問題,衝擊未來的太空發展與科學研究。如何在讓世界更加緊密的衛星網路,以及珍貴的夜空和軌道環境之間取得平衡,值得所有人持續關注、討論與理解。

註解

  1. 衛星星座(Satellite Constellation)是由多個衛星組成且一起工作的系統。比如 GPS 導航衛星就是由 24 顆衛星所組成的衛星星座。
  2. 基於各種政治問題,Starlink 的計畫部署總量仍有相當的變化空間。這邊採用相對保守的、已被核准多年的 12000 顆。

延伸閱讀

  1. https://hchsastronomy.blogspot.com/2020/01/starlink.html
  2. 【時事新聞】Starlink-1 升空一週年
  3. Study finds nowhere on Earth is safe from satellite light pollution
  4. SpaceX Starlink coverage map: When will it be available in my area?
  5. Starlink And Its Impact On Astronomy
  6. Starlink already threatens optical astronomy. Now, radio astronomers are worried
  7. SpaceX’s Dark Satellites Are Still Too Bright for Astronomers
  8. How to better manage space traffic: Aeolus/Starlink encounter shows emails and late-night phone calls no longer cut it

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陰謀論大徵集!你聽過哪些陰謀論?【科科齊打交】

stage_96
・2021/05/03 ・605字 ・閱讀時間約 1 分鐘

S編按:【科科齊打交】是我們希望與大家一起進行的對話形式,期待在討論的過程中,我們能離知識更近一些。

在製作《Pan-pan-Panspiracy 一切都是泛科學的陰謀》專題時,我們蒐集到了不少陰謀論,But!這還不夠!我們想要更多!親愛的科夥伴們,快來貢獻你們聽過的陰謀論吧!

所以說,什麼是陰謀論?

所謂陰謀論,顧名思義,背後得有「陰謀」。

在面對一些重大事件或現象時,有些人會用「邪惡力量」、「邪惡集團」去解釋,假定一切背後存在秘密的利益糾葛或政治動機。

這些說法存在一大特點,那就是「低證偽性」,它們聽起來好像有那麼一回事、很容易讓人相信,卻又缺乏實際證據,可以確認究竟是真是假,也因此每次試圖闢謠時,都會落入證據不足,誰也沒辦法說服誰的窘境。

獻上你的陰謀論吧!換你說說看!

聽起來是不是有點熟悉呢?以下這些陰謀論,你或許也有聽過:登月是假的,人類從來沒有上過月球;51 區裡面藏有外星人,是美國政府進行的秘密實驗;從外星來的蜥蜴人偷偷控制著世界……

你還能說出哪些陰謀論?有沒有什麼秘辛,是我們沒聽過的呢?

如果你有超吸引人的陰謀論故事,或是期待我們解密哪個經典陰謀論,都趕快留言告訴我們吧!

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