Amazon Sẽ Đổ Trời Bầu Trời Bằng Các Vệ Tinh. Các Nhà Thiên Văn Không Hạnh Phúc

Amazon dự kiến sẽ phóng hai mô hình vệ tinh cho dự án mạng Kuiper của mình, mà cuối cùng sẽ có hơn 3.200 vệ tinh. Dự án Kuiper có thể trở thành đối thủ của hệ thống sao chổi Starlink của SpaceX, hiện tại đã gần 4.800 vệ tinh. Việc phóng của Amazon được dự kiến vào lúc 2 giờ chiều giờ Đông, với cửa sổ phóng dự phòng vào ngày mai. Sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp vệ tinh đã đến với một chi phí đối với các nhà thiên văn và người hâm mộ bầu trời đêm, như hai nghiên cứu mới và các cuộc họp tại một hội nghị thiên văn quốc tế nhấn mạnh trong tuần này. 

Tất cả các vệ tinh ở quỹ đạo Trái Đất thấp đều phản ánh ánh sáng mặt trời, và một số lấp lánh đủ để nhìn thấy bằng mắt thường—những chòm sao nhân tạo cạnh tranh với những chòm sao tự nhiên. Vệ tinh có thể gây vấn đề cho các nhà thiên văn khi chúng chạy qua các hình ảnh, làm nhiễm sạch quan sát bằng sóng radio, hoặc làm cho dữ liệu khó khăn của các nhà khoa học trở nên ít khoa học hữu ích. Theo một ước lượng, có thể có khoảng 100.000 vệ tinh đổ bộ trên bầu trời vào những năm 2030. Trong khi các nhà khoa học chủ yếu quan tâm đến tác động tổng hợp này, một số vệ tinh cụ thể rất sáng. Một nghiên cứu được công bố trong tạp chí Nature tuần này cho thấy một mô hình của bầy BlueBird của AST SpaceMobile đã trở thành một trong những đối tượng sáng nhất trên bầu trời. Một nghiên cứu khác ghi chép cách ngay cả vệ tinh được làm tối mà vẫn sáng gấp đôi—nếu không phải nhiều hơn—so với giới hạn mà các nhà thiên văn đã đề xuất để giảm thiểu ảnh hưởng đối với khoa học vũ trụ.

Những lo ngại này đã thúc đẩy một hội nghị lớn trong tuần này, do Trung tâm Bảo vệ Bầu Trời Tối và Yên Bình khỏi Nhiễm Sắc Tuyến Vệ Tinh quản lý, được biết đến là CPS. Nó được tổ chức ở Quần đảo Canary, nơi có nhiều đài quan sát. Đây là cuộc họp trực tiếp đầu tiên của loại này, đưa lại với nhau hàng loạt các nhà thiên văn, cũng như đại diện ngành công nghiệp vệ tinh, những người ủng hộ quan điểm của người dân bản địa và môi trường, và các chuyên gia chính trị.

“Chúng ta đang ở bờ bếp của một thời đại mới với một sự đa dạng lớn, một sở thú toàn cảnh của các vệ tinh. Việc có một đám vệ tinh sáng trời sẽ tạo ra sự quấy rối lớn đối với thiên văn học,” nói Aparna Venkatesan, một nhà thiên văn học tại Đại học San Francisco đã nói tại cuộc họp về quan điểm môi trường và văn hóa của bầu trời đêm. Cô làm cộng tác viên cho một nghiên cứu trước đó về cách sự gia tăng vệ tinh tăng nguy cơ va chạm ở quỹ đạo Trái Đất và tăng lượng rác không gian. Cuộc họp CPS đã bị trì hoãn nhiều lần do Covid và núi lửa phun trào, nên đã đến lúc rất lâu, Venkatesan nói. “Nhưng một cách nào đó, việc chờ đợi đã là một món quà, bởi vì các nhà thiên văn học và người mô hình và người thu thập dữ liệu đã có thể tổ chức.”

Các nhà thiên văn đang lo ngại rằng vệ tinh sáng có thể làm phiền ảnh hưởng đến hình ảnh và gây nhiễm sóng radio, làm giảm chất lượng dữ liệu thiên văn. Một nhóm làm việc tại Đài quan sát Vera Rubin ở dãy núi Andes của Chile, nơi sẽ trở thành một trong những kính viễn vọng mạnh mẽ nhất trên Trái Đất khi mở cửa vào năm sau, đã đề xuất một giới hạn độ sáng của độ sáng biểu kiến 7. (Độ sáng biểu kiến mô tả độ sáng của một vật thể trên Trái Đất, không phải độ sáng tuyệt đối của nó. Một thiên hà xa có thể có độ sáng yếu hơn so với một ngôi sao ở gần hoặc một vệ tinh ở gần hơn nhiều.) Nhưng hầu hết các thành viên của các chòm sao vệ tinh sáng hơn nhiều, ít nhất là trong một khoảng thời gian nào đó.

Các mạng vệ tinh cũng tạo ra ánh sáng phân tán trong bầu trời đêm, ngay cả từ các vệ tinh không thể nhìn thấy cá nhân. Ánh sáng này sẽ chỉ sáng lên nếu các vệ tinh va chạm, tạo ra những mảnh phản xạ của rác bay không thể che phủ trong hình ảnh. Các vệ tinh Starlink đã tham gia vào nhiều sự suýt chạm, bao gồm bay gần trạm vũ trụ Tiangong của Trung Quốc. 

Mặc dù các đài quan sát trên mặt đất bị ảnh hưởng nhiều nhất, một số đài quan sát vũ trụ, đặc biệt là Hubble, cũng bị ảnh hưởng. Vì Hubble quay quanh một chút dưới một số mạng vệ tinh, một phần nhỏ nhưng ngày càng tăng của hình ảnh của nó có những đường kéo dài.

Những người tổ chức hội nghị nhấn mạnh rằng những nhà thiên văn học nói chung không phản đối các chòm sao vệ tinh, có thể cung cấp truy cập Internet, định vị và các dịch vụ quan trọng khác. “Tiềm năng lợi ích cho nhân loại là lớn, nhưng những lo ngại liên quan cũng lớn. Cần có những giải pháp sáng tạo và đổi mới công nghệ để đối mặt và giải quyết những vấn đề này,” trang web của hội nghị nói. Nhưng các người tham dự đang vật lộn để giải quyết sự cản trở do số lượng vệ tinh ngày càng tăng. “Từ góc độ thiên văn học, chúng ta không thể làm gì để ngăn chặn điều này. Đến lúc giảm thiểu tác động và giảm thiểu ảnh hưởng,” nói Mike Peel, một nhà thiên văn tại Instituto de Astrofísica de Canarias, người đồng điều hành nhóm tập trung của CPS vào việc điều chỉnh chiến lược quan sát.

Những nhà thiên văn học như Harrison Krantz tại Đại học Arizona đang sử dụng kính viễn vọng để chứng kiến những thách thức này. “Những vệ tinh này sẽ làm cho thiên văn học trở nên khó khăn hơn, nhưng không phải là không thể. Hãy đánh giá tình hình và xem chúng ta có những công cụ gì ở tay để sử dụng,” Krantz nói. Ví dụ, đôi khi những nhà thiên văn học có thể sử dụng phần mềm che đi các pixel bị ảnh hưởng bởi đường kéo. Họ cũng có thể đặt thời gian một số quan sát để tránh các chùm vệ tinh hoặc tránh chỉ đến những nơi vệ tinh sáng nhất. Krantz và đồng nghiệp của anh gần đây đã công bố kết quả của một cuộc khảo sát toàn diện kéo dài 2,5 năm cho thấy, mặc dù một số giả định của những nhà thiên văn học, vệ tinh thường không sáng nhất khi đứng thẳng ở trên đỉnh đầu, hoặc trực tiếp ở trên đầu, nơi chúng gần nhất.

Vệ tinh cũng có lịch sử dài về sự cản trở của vệ tinh với đài quan sát sóng radio, bao gồm hệ thống ăng-ten tần số thấp LOFAR và Đài quan sát lớn Atacama Millimeter ở Chile. Tín hiệu radio và bức xạ điện từ từ vệ tinh có thể tạo ra tĩnh điện mô phỏng dấu hiệu của hiện tượng vũ trụ mà các nhà thiên văn học đang cố gắng nghiên cứu. 

“Luôn rõ ràng rằng vệ tinh sẽ có ảnh hưởng này, vì tất cả các thiết bị điện tử đều có điều này. Điều này không thể tránh khỏi. Chúng tôi biết sẽ có bức xạ rò rỉ, nhưng đến bây giờ chúng tôi không biết nhiều như thế nào,” nói Benjamin Winkel, một nhà thiên văn tại Viện nghiên cứu Vật lý Sao radio Max Planck ở Bonn, Đức, người tham gia hội nghị. 

Winkel đồng tác giả một nghiên cứu được công bố vào đầu năm nay về mức độ và tần số bức xạ đo được từ 68 vệ tinh Starlink đi qua tia của trạm LOFAR trong một giờ quan sát. Winkel nói rằng SpaceX đã cố gắng chuyển giao thông radio sang tần số khác khi vệ tinh của họ bay qua khu vực của các kính viễn vọng và giữ cho tia radio của họ không được hướng quá gần chúng. Nhưng bài báo của Winkel kết luận những nỗ lực đó là không đủ, vì kính viễn vọng vẫn nhạy cảm với điện tử nội bộ của vệ tinh. “Khi chúng tôi nhìn, có điều gì đó bất ngờ nổi lên, sáng hơn so với dự kiến. Đó không phải là kim trong đống rơm,” Winkel nói, nói về bức xạ điện từ từ điện tử nội bộ của vệ tinh.

Những nhà thiên văn học tại hội nghị có một số biện pháp khắc phục quan trọng mà họ muốn từ ngành công nghiệp vũ trụ: làm tối các vệ tinh ít nhất đến độ magnitude 7, tránh làm ảnh hưởng đến “vùng yên tĩnh sóng radio” xung quanh các kính viễn vọng, tránh băng tần tần số radio gần những băng tần mà kính viễn vọng sử dụng và chia sẻ nhiều thông tin hơn với cộng đồng thiên văn học. Winkel chỉ ra rằng các quy định quốc tế giới hạn lượng bức xạ điện từ mà điện thoại thông minh và TV có thể rò rỉ—nhưng đến nay, những quy tắc này chưa được áp dụng cho vệ tinh.

Quy định quốc gia và chính sách quốc tế đang di chuyển chậm hơn sự đổi mới. Chỉ có những thay đổi tự nguyện xuất hiện cho đến nay. Ví dụ, SpaceX đã cố gắng thêm các tấm chắn mặt trời vào vệ tinh của mình để chặn ánh sáng mặt trời đánh vào phía dưới thân máy, theo một bảng trắng công ty năm 2022. Các tấm chắn dường như làm giảm độ chói, nhưng chúng đã làm cản trở hệ thống truyền thông quang học mới, vì vậy công ty đã từ bỏ tấm chắn, theo giấy trắng của SpaceX. 

SpaceX cũng đã thử thêm các lớp phủ vào thân của tàu vũ trụ của mình để làm tối chúng, và nhóm của Krantz kết luận rằng nó đã làm chúng trở nên mờ mờ đi một chút. Đó là tiến triển đáng kể, mặc dù các vệ tinh vẫn sáng hơn 2.5 đến 6 lần so với ngưỡng magnitude 7 mà nhà thiên văn học có thể chấp nhận được, Krantz nói. SpaceX cũng đã bắt đầu thử nghiệm với một “lớp phim gương điện” để làm tối hóa thế hệ mới nhất của vệ tinh và cho phép sóng radio đi qua chúng, theo bảng trắng của công ty.

Đại diện từ SpaceX không phản hồi lại yêu cầu ý kiến của MYTOUR. Nhưng Patricia Cooper, người từng là phó chủ tịch SpaceX, nói với MYTOUR: “SpaceX đã bỏ rất nhiều tiền, thời gian và tư duy vào các sửa chữa của mình.” Cooper hiện là chủ tịch của Constellation Advisory LLC, một nhóm tư vấn cho các công ty vệ tinh về chính sách và quy định. “Tôi lo lắng rằng những lời kêu gọi cảnh báo không ngừng mà không tập trung mạnh mẽ vào các giải pháp có thể làm các công ty mất hứng thú,” cô nói.

Trong một tuyên bố qua email, người phát ngôn Amazon Brecke Boyd viết: “Như một phần của sứ mệnh nguyên mẫu của chúng tôi, chúng tôi sẽ thử nghiệm một phương pháp chống phản xạ trên một trong hai vệ tinh để tìm hiểu thêm về tính hiệu quả của nó trong việc giảm độ phản xạ.” Công ty cũng dự định sử dụng khả năng lái và điều chỉnh để định hình mảng năng lượng mặt trời và tàu vũ trụ để làm giảm độ phản xạ từ bề mặt, theo tuyên bố đó.

Starlink hiện nay chiếm hơn một nửa tổng số vệ tinh đang quay quanh Trái Đất, và SpaceX đang tìm kiếm sự chấp thuận của cơ quan quản lý cho thêm 30,000 vệ tinh nữa. Amazon cần phải đuổi kịp, mặc dù công ty dự định mở rộng flotilla của hơn 3,000 vệ tinh của mình đến năm 2029. Cả hai hệ thống của các công ty sẽ bay ở độ cao tương tự: giữa 342 và 392 dặm trên mặt đất. Các hệ thống khác bao gồm OneWeb, có hơn 630 vệ tinh quay ở độ cao cao hơn nhiều—750 dặm. Chúng vì thế sẽ tối hơn, nhưng mất thời gian lâu hơn để thoát khỏi tầm quan sát của một kính viễn vọng. 

Mạng vệ tinh truyền thông BlueBird của AST SpaceMobile có thể có 150 hoặc hơn, với hơn 100 dự định được phóng vào cuối năm tới. Bài báo mới của Nature, do một nhóm khoảng 40 nhà nghiên cứu sản xuất, cho thấy rằng mẫu thử nghiệm của nó, BlueWalker 3, phóng vào năm 2022, phản xạ nhiều ánh sáng hơn hầu hết mọi ngôi sao. Nó cũng lớn hơn nhiều so với tiêu chuẩn vệ tinh, với gần 700 feet vuông bao gồm cả mảng năng lượng mặt trời rộng lớn của nó. “BlueWalker là một điều sốc đối với chúng tôi về mức độ sáng của nó. Chúng tôi cũng rất lo lắng về ảnh hưởng đối với thiên văn radio,” vì một trong những băng tần đáp xuống của nó gần một băng tần radio được bảo vệ tại 42.5-43.5 gigahertz, nói John Barentine, một trong những tác giả của nghiên cứu và một người tham dự hội nghị. Là một nhà thiên văn học đóng trụ sở tại Tucson, Arizona, ông cũng là giám đốc điều hành của Dark Sky Consulting, một công ty tư vấn cho các công ty và quan chức chính phủ về chiếu sáng ngoại vi để bảo vệ bầu trời đêm tối.

“Chúng tôi đang nỗ lực giải quyết những lo ngại của các nhà thiên văn,” Scott Wisniewski, giám đốc chiến lược chính của AST SpaceMobile, viết trong email gửi tới MYTOUR. Điều đó bao gồm việc sử dụng các động cơ bay lăn để giảm độ sáng của các vệ tinh và ngăn chúng truyền tải gần các kính viễn vọng radio. Công ty cũng đang kế hoạch trang bị vệ tinh thế hệ tiếp theo của mình với các vật liệu chống phản xạ, theo những gì Wisniewski viết.

Các nhà thiên văn và đại diện ngành công nghiệp còn nhiều công việc phải làm để tìm ra giải pháp. “Có lẽ điều tốt nhất chúng ta hy vọng lúc này là một sự chung sống không thoải mái một chút” với ngành công nghiệp, Barentine nói. Cả hai phải chia sẻ một nguồn lực duy nhất: bầu trời đêm. “Hy vọng của tôi là chúng ta có thể tìm ra cách để làm điều đó mà làm tổn thương thiên văn ít nhất có thể,” ông nói.