Khi Starlink của SpaceX Tăng Tốc, Ô Nhiễm Ánh Sáng Cũng Có Thể Tăng

Với khoảng 1.800 vệ tinh đã vòng quanh Trái Đất, cung cấp internet cho khoảng 100.000 hộ gia đình, dịch vụ internet rộng băng Starlink của SpaceX đang chuẩn bị rời khỏi giai đoạn thử nghiệm beta trong tháng này, theo một tweet gần đây từ Elon Musk, người sáng lập và CEO của công ty.

Chỉ cách đây một thập kỷ, chỉ có vài nghìn vật thể không gian quay quanh Trái Đất. Bây giờ, các kỹ sư Starlink nhằm xây dựng lên đến 12.000 vệ tinh, và SpaceX phóng thêm hàng chục trên tàu Falcon 9 của mình gần như mỗi tháng. (Một báo cáo mới nhất của FCC cho biết công ty đã đăng ký cho việc cấp phép thêm 30.000.) Mạng lưới lớn vệ tinh, được biết đến là “tổ hợp vũ trụ,” hiện nay đang thống trị ngành công nghiệp internet qua vệ tinh, nhưng các đối thủ khác như Amazon và OneWeb cũng có kế hoạch phóng hàng nghìn vệ tinh của riêng họ.

Khi đội tàu vệ tinh Starlink ngày càng lớn, SpaceX và các đối thủ của mình sẽ phải giải quyết một số vấn đề tiềm ẩn. Một trong những vấn đề đó là số lượng cơ thể quay quanh tăng lên có nghĩa là cuối cùng sẽ có nhiều rác không gian hơn, tạo ra nhiều cơ hội va chạm hơn. Và các nhà thiên văn, những người bảo vệ môi trường và các nhóm bản địa, trong số những người khác, bày tỏ lo ngại rằng Starlink sẽ làm sáng bóng bầu trời đêm mãi mãi, nhờ ánh sáng phản xạ từ vệ tinh của nó. Đối với các kính viễn vọng như Trạm quan sát Vera C. Rubin do Quỹ Khoa học Quốc gia tài trợ, gần hoàn thành tại Chile, các nhà thiên văn đang cố gắng phát triển phần mềm để giảm thiểu tác động của một bầu trời đầy vệ tinh tư nhân hơn, nhưng chúng sẽ không thể tránh khỏi việc để lại những vết sáng trên hình ảnh vũ trụ của họ.

Trong những năm gần đây, những người thiên văn đã phát hiện nhiều vệ tinh Starlink trên bầu trời đêm. “Nếu tôi đi ra hiên nhà và nhìn lên vào ban đêm, tôi sẽ thấy một vệ tinh sáng đi qua bầu trời, và thường là tôi sẽ thấy nhiều. Đó là một cảm giác rất kỳ lạ: Tất cả các ngôi sao sau đó dường như di chuyển, như một ảo giác quang học,” nói Aaron Boley, một nhà thiên văn hành tinh tại Đại học British Columbia và đồng giám đốc Viện Ngoại không gian. “Nó sẽ có ảnh hưởng lớn hơn mọi người đánh giá.”

Với triển vọng có tổng cộng khoảng 65.000 vệ tinh của SpaceX, Amazon, OneWeb và Starnet/GW vòng quanh chỉ trong một vài năm, Boley và nhà thiên văn Samantha Lawler đã đưa ra dự đoán về tác động ô nhiễm ánh sáng trong một bài báo nghiên cứu mới đang trải qua đánh giá đồng nghiệp. (Họ không liên quan đến bất kỳ nhà sản xuất vệ tinh nào.) Dựa trên quan sát và mô hình về độ sáng của vệ tinh Starlink, họ nhận thấy rằng tại vĩ độ gần 50 độ Bắc và Nam - ảnh hưởng đến người dân ở Canada và châu Âu, ví dụ - vệ tinh sẽ chiếm giữ giữa 7 và 14 phần trăm ánh sáng mà bạn có thể nhìn thấy bằng kính viễn vọng và khoảng một trong 10 cái nhìn thấy bằng mắt thường. 

Boley và Lawler xác định sự đánh đổi: Ví dụ, các vệ tinh quay quanh độ cao khoảng 1.200 km trên Trái Đất sẽ lưu lại trên bầu trời một thời gian, trong khi vệ tinh của Starlink di chuyển nhanh hơn ở quỹ đạo thấp, ở độ cao dưới 600 km - gần như bằng chiều cao mà Inspiration4 của SpaceX bay. Vệ tinh thấp che phủ ít diện tích hơn so với vệ tinh cao, vì vậy SpaceX cần nhiều hơn để đạt được cùng số lượng người. Nhưng đối với chúng ta ở Trái Đất, chúng cũng tỏ ra sáng rực hơn trên bầu trời.

Các đối thủ ngành công nghiệp khác, thường tập trung vào một trong hai phạm vi độ cao quỹ đạo này, bao gồm OneWeb của Vương quốc Anh và các tổ hợp vệ tinh được kế hoạch như Project Kuiper của Amazon, Starnet/GW của Trung Quốc và Telesat của Canada. Nhưng tổ hợp vệ tinh của Starlink có lẽ sẽ tiếp tục là lớn nhất, ít nhất là trong một thời gian: Theo tweet của Musk, SpaceX đã gửi các terminal, bao gồm bộ định tuyến Wi-Fi và đĩa vệ tinh, đến người dùng beta ở 14 quốc gia, chủ yếu ở Tây Âu và Bắc Mỹ, bao gồm cả người dùng ở vùng nông thôn và xa xôi, và công ty có kế hoạch mở rộng người dùng ít nhất là lên đến nửa triệu người. 

“Sẽ khó khăn khi cạnh tranh với SpaceX trong lĩnh vực này, với ưu thế rõ ràng về phóng. Tuy nhiên, đối thủ tồn tại và đang hình thành, cho thấy thị trường vẫn nhìn thấy cơ hội,” viết Matthew Weinzierl, một nhà kinh tế tại Harvard Business School nghiên cứu về việc thương mại hóa lĩnh vực không gian, trong một email gửi đến Mytour.

Một đại diện từ đội ngũ truyền thông của SpaceX từ chối yêu cầu phỏng vấn từ Mytour.

Nhưng một đại diện từ Amazon cho biết công ty nhận thức về vấn đề ô nhiễm ánh sáng tiềm ẩn. “Khả năng phản xạ là một yếu tố quan trọng trong quá trình thiết kế và phát triển của chúng tôi. Chúng tôi đã đưa ra nhiều quyết định thiết kế và vận hành sẽ giúp giảm thiểu ảnh hưởng của chúng tôi đối với quan sát thiên văn, và chúng tôi đang tương tác với cộng đồng để hiểu rõ hơn về lo ngại của họ và xác định các bước chúng tôi có thể thực hiện,” người phát ngôn viết trong email.

Katie Dowd, Giám đốc Quan hệ Chính phủ và Doanh nghiệp của OneWeb ở Bắc Mỹ, viết trong một email gửi đến Mytour rằng công ty đang trò chuyện với các nhóm, bao gồm Hội thiên văn Hoàng gia Anh và Hội Thiên văn Hoa Kỳ, để hiểu rõ về ảnh hưởng của vệ tinh đối với quan sát, "và để tạo ra các phương thức thiết kế và vận hành hỗ trợ cả hai cộng đồng. Chúng tôi cũng đang tiến hành đo độ sáng và sẽ xem xét kết quả đó để tìm kiếm giải pháp.”

SpaceX và các đối thủ của nó không thể tránh khỏi ô nhiễm ánh sáng; họ chỉ có thể giảm nó. Mọi đối tượng trong khí quyển đều phản xạ ít nhất một chút ánh sáng trong một phần của quỹ đạo của nó, tùy thuộc vào vật liệu, màu sắc và kích thước. Trong khi vệ tinh truyền thông tin xuống Trái Đất, một ít ánh sáng mặt trời thường được phản xạ xuống, cả bởi cơ thể của vệ tinh và mảng năng lượng mặt trời của nó.

Đầu năm ngoái, SpaceX thử nghiệm một vệ tinh Starlink có biệt danh Darksat, được trang bị một lớp phủ làm tối thí nghiệm ở một bên, bao gồm các ăng-ten, để giảm độ sáng phản xạ, mà theo công ty cho biết đã giảm đi 55%. Trong một bài báo, một số nhà thiên văn phát hiện rằng biện pháp này đã làm tối vệ tinh nhưng không đến mức đó, tuy nhiên nó khiến cho vệ tinh trở nên vô hình với mắt thường. Người khác không phát hiện ra sự tối đa đáng kể nào cả. Họ nhận thấy độ sáng đo được của vệ tinh có thể thay đổi tùy thuộc vào góc quan sát và cách ánh sáng scatter qua khí quyển. 

Theo một bài đăng trên trang web của công ty, SpaceX phát hiện ra rằng bề mặt tối nóng lên, đặt các thành phần của vệ tinh trong tình trạng nguy cơ, và nó vẫn phản xạ ánh sáng trong hồng ngoại. Do đó, công ty sau đó thử nghiệm một cách tiếp cận khác mà họ gọi là Visorsat, triển khai một số vệ tinh với màn che mặt trời hình chữ nhật đính kèm, giống như một chiếc được sử dụng trên kính gió của ô tô. Những chiếc mũ che mắt được thiết kế để đảm bảo rằng ánh sáng mặt trời phản xạ từ các ăng-ten của vệ tinh sẽ bị phản xạ ra xa khỏi Trái Đất. 

Cho đến nay, SpaceX chưa công bố bất kỳ thông tin nào về hiệu quả của cách tiếp cận này, hoặc cách nó so sánh với Darksat. Nhưng một nhà thiên văn khác, trong một bài báo chưa được công bố trên trang web tiền in arXiv.org, và đội của Boley đang trong quá trình nghiên cứu, cả hai độc lập nhận ra rằng ít nhất 70% các vệ tinh Visorsat vẫn sáng hơn ngưỡng ưa thích của họ: một mức độ đảm bảo rằng hình ảnh của Trạm quan sát Vera C. Rubin sẽ không bị ảnh hưởng nhiều. 

Để chú ý đến lo ngại về ô nhiễm ánh sáng và làm việc để phát triển giải pháp, Hội Thiên văn Hoa Kỳ đã tổ chức một hội thảo ảo về tổ hợp vệ tinh vào mùa hè này, được biết đến là SatCon2. Họ dự định sớm công bố báo cáo và đề xuất, đồng thời với một cuộc họp bắt đầu vào Chủ Nhật này, có tên là “Bầu trời Tối và Yên Bình cho Khoa học và Xã hội,” do Liên Hợp Quốc và Hiệp hội Thiên văn Quốc tế tổ chức.

Tổ chức SatCon2 đã ưu tiên liên lạc với một loạt người quan tâm đến bầu trời đêm, bao gồm các nhà thiên văn nghiệp dư, những người chụp ảnh thiên văn, cộng đồng hành tinh học, những người bảo vệ môi trường và cộng đồng bản địa từ Hoa Kỳ, Canada, New Zealand và các quốc gia khác. “Mọi người muốn mọi thứ chậm lại. Họ muốn ngành công nghiệp tham gia nhiều hơn. Điều này là của tất cả mọi người như một phần chung của cộng đồng toàn cầu,” Aparna Venkatesan, một nhà thiên văn vật lý tại Đại học San Francisco và chủ tọa thực hiện công việc tương tác cộng đồng cho SatCon2 nói. 

Là một phần của SatCon2, một nhóm làm việc của các nhà thiên văn đã trò chuyện với đại diện từ SpaceX và năm công ty vệ tinh lớn khác về các giới hạn ánh sáng phản xạ mà các nhà nghiên cứu đề xuất, và cách các công ty có thể đánh giá và giảm thiểu độ phản xạ của tàu vũ trụ của họ. Họ cũng tranh cãi về các tùy chọn chính sách trong nước Mỹ có thể bao gồm việc đặt quy tắc cho việc tạo ra bao nhiêu ô nhiễm ánh sáng mà vệ tinh internet có thể tạo ra. Điều này có thể bao gồm khả năng thiết lập quy định của Cơ quan Hàng không Liên bang, đặt điều kiện cho việc phóng và tái nhập, hoặc của FCC, cơ quan cấp giấy phép tần số radio trong quỹ đạo. Một số nhà thiên văn cũng muốn thấy Đạo luật Chính sách Môi trường Quốc gia kết thúc việc miễn trừ cho không gian - nghĩa là, họ xem không gian là môi trường cần được bảo vệ.

“Có một chút căng thẳng, nhưng chúng tôi vẫn xem xét cả hai phương thức: Một phương pháp hợp tác, nơi ngành công nghiệp thực sự cố gắng và chúng tôi nói chuyện với họ, và khả năng có được các quy định khiến họ cam kết với một giới hạn về độ sáng,” nói Richard Green, một nhà thiên văn tại Đại học Arizona và chủ tịch nhóm làm việc về chính sách của SatCon2. 

Ngoài ô nhiễm ánh sáng, tất cả các công ty này đều đối mặt với một thách thức khác: rác không gian. Các vệ tinh của họ có thể là cả một phần của vấn đề và là nạn nhân tiềm ẩn, nếu một tàu vũ trụ khác hoặc bất kỳ hàng trăm nghìn mảnh rác quay quanh va chạm vào chúng.

SpaceX có khả năng di chuyển các vệ tinh của mình ra khỏi đường để tránh va chạm, và giống như các công ty khác có vệ tinh ở quỹ đạo thấp, vào cuối cuộc sống của một vệ tinh, các kỹ sư có thể đưa nó xuống khí quyển để cháy cháy khi tái nhập, nói Brian Weeden, giám đốc kế hoạch chương trình tại Secure World Foundation, một tổ chức nghiên cứu không phả̉i đảng phái có trụ sở tại Broomfield, Colorado. “Nhưng vẫn còn một số không chắc chắn ở đó. Việc đưa vệ tinh xuống hoạt động chỉ có hiệu quả nếu vệ tinh vẫn còn hoạt động,” ông nói. Nếu, ví dụ, 2% số vệ tinh Starlink hỏng trước khi chúng có thể được di chuyển hoặc đưa về Trái Đất, đó vẫn là hàng trăm tàu vũ trụ bị bỏ rơi. 

Và sự thiếu quy tắc về việc thông báo cho ai về một va chạm tiềm ẩn, và khoảng cách quá gần là quá gần, và ai phải di chuyển khi chủ sở hữu vệ tinh chơi trò chơi “chicken” trong không gian, làm tăng thêm sự lộn xộn. Tháng 4, các vệ tinh Starlink và OneWeb đã đến gần nhau một cách không thoải mái, và vào năm 2019, một vệ tinh của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu đã kích thích động cơ phóng để tránh va chạm với một vệ tinh Starlink.

Hiện tại, Lực lượng Vũ trụ Hoa Kỳ theo dõi tất cả các mảnh rác không gian có kích thước từ 10 centimet mét trở lên và tính toán khả năng của một va chạm vũ trụ. “Các hệ thống siêu tổ hợp và tất cả những cơ hội phóng làm cho hệ thống đó quá tải, vì vậy cần mở rộng dung lượng,” nói Dan Ceperley, người sáng lập và CEO của LeoLabs, có trụ sở tại Menlo Park, California. Sử dụng hệ thống radar trên toàn cầu, công ty của ông theo dõi mảnh rác không gian, bao gồm phần lớn những thứ nhỏ, và cung cấp dữ liệu cho các công ty ký hợp đồng với họ, trong đó có SpaceX theo ông.

Khi Starlink và các hệ thống sao chùm khác phát triển, Boley và đồng nghiệp của ông hy vọng rằng những công ty này sẽ giải quyết tốt hơn cả thách thức về ô nhiễm ánh sáng và rác không gian. “Tôi hy vọng rằng khi họ đang sửa đổi các vệ tinh, thì kỹ thuật không chỉ là vấn đề làm lại, mà thiết kế thực sự của vệ tinh như một toàn bộ sẽ xem xét việc giảm độ sáng,” Boley nói. 

Như ông chỉ ra, khi những vệ tinh đó lên, không có cách nào cho người trên Trái Đất tránh khỏi ảnh hưởng của chúng. “Bạn có thể rời khỏi thành phố, thoát khỏi ô nhiễm ánh sáng thành phố, và trải nghiệm bầu trời đêm, nhưng bạn không thể làm được điều đó từ ô nhiễm ánh sáng vệ tinh. Không có nơi nào bạn có thể đến,” ông nói.

Những điều tuyệt vời khác từ Mytour