SpaceX携手天文学家，共同抵御卫星对射电天文的干扰

由SpaceX和美国射电天文学家共同开发的自动数据共享系统旨在保护全球的射电望远镜，免受低地球轨道（LEO）卫星的干扰。

像SpaceX的Starlink这样的巨大星座为偏远、连接不足地区的人们提供高速互联网。但它们也会在光学望远镜的图像中留下条纹，并干扰射电望远镜的观测——这些高度敏感的天线是为了探测来自遥远星系核心、黑洞和中子星发出的微弱射电波。

例如，在澳大利亚和南非建设平方公里阵列天文台（SKAO）的天文学家表示，来自LEO卫星的射电干扰可能会掩盖那些指示太阳系外存在外星生命的信号，并淹没来自最遥远星系的辐射信号。

来自美国国家射电天文台（NRAO）的一组研究人员花了三年时间来寻找解决方案。科学家们与SpaceX合作，开发了一个复杂的数据共享系统，实时通知Starlink系统有关计划中的望远镜观测，包括天文学家计划观察的频率。当卫星飞越望远镜时，该系统会指示它们将光束转向远离敏感天线，或者将其电子设备静音。

“好消息是，它在两个方面都是自主的，”NRAO的副频谱经理Chris De Pree告诉Space.com。“我们实时向SpaceX发送望远镜的工作信息，他们的系统会处理这些信息，并向靠近望远镜的卫星发出指令。”

De Pree领导的团队自2022年以来与SpaceX合作开发这个解决方案。它由两个部分组成——操作数据共享（ODS）系统，负责将观测计划发送给Starlink，以及Starlink望远镜视轴避让算法，该算法随后指示卫星重新定向其光束。（视轴是指望远镜观察时的对齐轴。）

这个系统自2024年8月起在新墨西哥州的NRAO非常大阵列（VLA）成功进行了测试，并将很快在其他设施进行更多测试，包括附近的非常长基线阵列和西弗吉尼亚州的格林银行望远镜。

位于索科罗市附近沙漠中的VLA由28个无线电天线组成，每个天线宽82英尺（25米）。这个阵列是1970年代建成的，对我们理解黑洞、年轻恒星以及银河系核心的运动做出了重要的贡献。然而，在2019年首批Starlink卫星部署后，天文学家意识到卫星巨型星座的出现可能会严重影响望远镜未来研究宇宙的能力。

德·普里（De Pree）说：“几十年来，无线电天文学家一直在偏远地区建造望远镜，以避免电波干扰。我们知道地平线附近总会有一些电波干扰，但由于望远镜的灵敏度主要集中在天空的一个小部分，这并不是一个大问题。但随着卫星星座的出现，现在望远镜正上方可能有成千上万的电波干扰源。”

宇宙中的无线电波，穿越数百万光年，比用于地球的无线电或电视广播、蜂窝电话或WiFi的无线电信号要微弱得多。因此，高灵敏度的无线电望远镜通常被无线电安静区包围，这里不允许任何广播或无线通信设备。但没有人禁止卫星飞越这些区域。德·普里还说，实际上每天有数百颗卫星飞过VLA。

“现在没有地方是偏远的，”德·普里表示。

而且情况注定会变得更糟糕。2019年，当SpaceX开始发射Starlink星座时，地球上有大约3000颗卫星。自首次部署以来，这支宽带卫星舰队已经增加到超过8000颗在轨运行的卫星，使得环绕地球的卫星总数达到超过15000颗。而SpaceX还没有完成Starlink的扩展，计划在未来十年内发射超过40000颗卫星。

其他参与者，包括亚马逊的库伊珀计划和中国的Spacesail以及国网，也在部署自己的卫星舰队。到2030年，可能会有大约10万颗卫星环绕地球，这将影响无线电天文学的观测，不是每天打乱数百次，而是数千次。

意识到这一潜在的末日情形，NRAO团队在2021年就与SpaceX联系，讨论解决办法。

“射电望远镜的电子系统非常敏感；它们并不是为了处理卫星产生的强信号而设计的，”De Pree说。“就像有人在对你大吼。常常会出现这种噪声不仅影响它们所传输的频段，还会影响更广泛的频谱区域。”

在1950年代，国际电信联盟为射电天文学保留了一小部分无线电频谱，这些频段上不允许任何用户广播信号。但卫星运营商越来越多地侵占了这一频谱。更值得注意的是，天文物体并不只在受保护的频段内发射辐射，这意味着射电天文学家总是希望能在非保留波长中捕捉到那些遥远的天体。

“无线电天文学面临的挑战是，过去一些相对安静的频谱区域现在正被各种传输信号填满，”德·普里说。“因此，随着我们逐渐失去这些频谱的小块，完成观测所需的时间也在不断增加。”

德·普里认为，这种新系统可以被其他主要射电望远镜在世界各地所采用，让射电天文学家在未来几十年里继续他们的研究。他希望不仅其他天文台，而且其他卫星运营商也能采用这项技术，这样一来，射电天文学和互联网传输星座就能和平共存。