[비즈한국] SpaceX正在用無數的“星鏈”（Starlink）衛星覆蓋地球大氣層。其初衷是非常好的，即在天空中佈滿衛星星座，確保地球上任何地方都能使用網際網路。然而，星鏈正成為天文學的“新敵人”。地面上的大型望遠鏡現在每天都要飽受穿越天空的星鏈衛星之苦。每次拍攝照片時，衛星留下的長長劃痕總是揮之不去，以至於在幾乎所有的觀測資料中，清除星鏈衛星的痕跡已成為必備工作。
然而，最近釋出的一項分析更為驚人。星鏈衛星不僅對光學觀測造成破壞，現在也開始干擾射電觀測。尤其是在搜尋宇宙起源及“大爆炸”證據的低頻射電觀測中，正遭受巨大沖擊。不僅是光學天文學家，射電天文學家們也開始就星鏈造成的破壞進行控訴。
2019年火箭回收技術實現常態化，SpaceX隨之開始大量發射星鏈衛星。截至2025年，已有超過8000顆衛星進入軌道。目前平均每3天就發射一批衛星。佈滿天空的龐大衛星群，不可避免地會干擾地面觀測者，射電天文學也不例外。
負責管理人類“電磁波”的國際電信聯盟（ITU）嚴格區分了日常生活領域與科學研究領域。射電天文學正是基於這一保護，在3kHz至900GHz之間的部分頻譜範圍內探測來自宇宙的電波。這與我們日常使用的智慧手機和網際網路頻率並不重疊。由於城市中充斥著過於強烈的工業電波，在對應的頻率範圍內，人們已無法再觀測到宇宙微弱的電波。因此，射電天文臺大都遠離城市。然而，頭頂上空掠過的人造衛星電波，無論躲到地球上哪裡都無法避開。
在本次分析中，使用了觀測低頻宇宙的“工程開發陣列2”（EDA2）射電望遠鏡。該望遠鏡是未來計劃在澳大利亞西部建設的超大型低頻射電望遠鏡陣列“SKA-Low”的原型機。研究團隊利用它在SKA-Low未來計劃觀測的50-350MHz頻率範圍內對天空進行了觀測。在總共29天的時間裡，獲取了7600萬張影象，並在其中捕捉到了出乎意料的大量人造電波噪聲。
研究共探測到11萬2534次射電噪聲，分析顯示這些噪聲均來自1806顆星鏈衛星。星鏈衛星的訊號比其他衛星多得多，數量龐大自然導致了這一結果。在另一臺低頻射電望遠鏡LOFAR的觀測中，也探測到了相當多星鏈衛星的訊號。在短短一小時的觀測中，110~188MHz頻段探測到了68次，88MHz探測到10次，100~188MHz探測到97次。
在5GHz以下的低頻段探測到的星鏈訊號，並非普通的網際網路下行鏈路訊號。其頻率與普通訊號截然不同。這些訊號被稱為“非故意電磁輻射”（UMER），是衛星內部電子裝置執行時產生的副產品。這種UMER不受ITU限制，因為ITU僅監管衛星與地面交換訊號的直接電磁波，並不限制裝置執行時意外洩露的電磁波。
令人困擾的是，星鏈衛星在低頻段製造了極大的噪音，讓射電望遠鏡的視域變得一片混亂。這就像在電波“無法地帶”發生了意料之外的事情。特別是在5GHz以下的低頻段，分配給射電天文學的頻率僅佔5%。由於沒有其他地方可躲，干擾後果也就更加嚴重。
本次分析中探測頻率最高的是星鏈的“v2-Mini Direct-to-Cell (DTC)”型號，共探測到175次。DTC型號目前佔在軌運營星鏈衛星的70%。DTC衛星設計無需經過地面基站，可直接向使用者手機傳送網際網路訊號，因此其訊號強度更高。此次在短短一個月內捕捉到的1806顆衛星，約佔當前在軌執行總數的30%。
為將誤報機率降至最低，天文學家在判斷衛星訊號時極為謹慎，並儘可能過濾掉低機率資料。因此，推測實際產生射電噪聲的衛星數量更多。射電望遠鏡探測到的噪聲不僅僅只有星鏈產生的UMER，還包括由地面其他天線發射的調頻（FM）廣播訊號經衛星反射而來的電波。
對於天文學家而言，星鏈侵入低頻射電觀測領域是極其可怕的。因為該領域專注於觀測宇宙歷史中非常寶貴的瞬間——大爆炸之後，由原始恆星誕生和劇烈星系活動導致的“再電離時期”。這個頻段是觀測該時期遺蹟的最佳頻率。然而，隨著無數星鏈衛星覆蓋在大爆炸的記憶之上，我們已無法再完整地目睹宇宙珍貴的歷史。
隨著這些問題逐漸顯現，天文學家們呼籲ITU必須對UMER進行系統性限制。當然，目前尚不清楚衛星產生的UMER究竟是如何洩露的。但如果任其發展，未來隨著更多星鏈衛星升空，我們將面對一片充滿UMER的吵鬧天空，屆時射電望遠鏡可能將徹底失去觀測宇宙的能力。
面對積累的怨言，SpaceX也正在與美國國家射電天文臺商討達成協議。例如，當衛星經過主要射電天文臺的上空時，暫時停止星鏈衛星的運作。
事實上，星鏈計劃早就在多個層面引發了擔憂。除了文中提到的對觀測天文學的破壞，在環境方面也需要審慎考慮。人造衛星含有大量天然隕石中幾乎不存在的鋁。衛星在大氣層中墜毀時，鋁會與空氣中的氧氣反應生成氧化鋁。分析顯示，每墜毀一顆星鏈衛星，平均會產生約30kg奈米級氧化鋁。目前每天有4~5顆衛星因燃料耗盡或受太陽活動影響而墜毀。這意味著，每年大氣層中會積累超過300噸的氧化鋁。
氧化鋁會引起化學反應產生氯，從而破壞臭氧層。許多天文學家擔心其影響不可忽視。甚至有分析稱，散佈在空氣中的衛星金屬碎片可能對地球磁場產生微小的變化。現在，人類留下的痕跡不僅遍佈地表，更延伸到了頭頂上空，我們的生活正以全新的形式受到威脅。
1995年憑藉臭氧層研究獲得諾貝爾化學獎的大氣科學家保羅·克魯岑（Paul Crutzen）曾提出，人類已成為在地質層面留下痕跡的存在，建議將當代命名為“人類世”。如今，“人類世”的概念已不再侷限於地表，因為我們也正在天空和宇宙中留下痕跡。現在是人類需要進行前所未有的深度思考的時候了：該如何明智、公平地共同分享頭頂的天空和宇宙。
參考
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）：熱愛貓咪與宇宙。童年因觀看《銀河鐵道999》而夢想向世人傳達宇宙之美。目前擔任世宗大學自由專業學部助理教授，積極從事演講及寫作等科學傳播活動。著有《每日一片宇宙》、《星光璀璨的宇宙科學家們》、《觸不可及卻可知》、《仰望宇宙時想到的奇怪問題》等書，並翻譯了《給真正太空旅行者的搭車客指南》、《我為何殺死了冥王星》、《量子生活》、《Cosmigraphics》等作品。