SpaceX 為何變成太空探索最大「敵人」？

要問全球最知名的民營航太公司，大多數人都知道那家，就是 SpaceX。SpaceX 名稱是縮寫，全稱是 Space eXploration（太空探索）。雖然名字取得好，但在整個太空探索領域和業界名聲有點越來越差的傾向。

為何會這樣？

目前可算全球發射能力最強的民營航太公司，SpaceX 幾乎以一己之力攬下美國等多國政府和民營公司發射業務，就連美國政府都把「國營」發射台打包交給 SpaceX 經營。

如果沒有 SpaceX，太空探索將失去重要的交通工具提供者。按理說大家都很尊重 SpaceX 才對，然而某些太空觀測者眼中，SpaceX 簡直是「亂來」，因為許多太空照片有越來越多 SpaceX 星鏈衛星強勢「搶鏡」。

最近全球多家天文觀測機構科學家聯合發表通訊論文，痛批 SpaceX 星鏈衛星來亂的。文章指出，近年星鏈衛星污染的觀測照片比例，已占整個照片庫近二成，增幅高達 35 倍。

總在關鍵時刻搶鏡

美國政府、歐洲天文台、華沙大學、加州理工、UC 柏克萊等多家機構科學家，最近在太空探索核心期刊《天文物理期刊》通訊專欄發表文章：〈SpaceX 星鏈衛星對史維基瞬變設備觀測結果的影響〉（Impact of the SpaceX Starlink Satellites on the Zwicky Transient Facility Survey Observations）。

史維基瞬變設備（ZTF）是專門觀測瞬變天文事件（transient astronomical events）的設施，位於南加州聖地牙哥 Palomer 天文台，由加州理工學院營運。瞬變天文事件指持續時間很短（幾秒到幾年）的天文事件，如重力波事件、伽馬射線爆發等。

科學家提取 ZTF 從 2019 年 11 月到 2021 年 9 月拍攝的大量天文照，分析後發現令人擔憂的問題：

近兩年裡，ZTF 觀測照共出現超過 5,300 條星鏈衛星軌跡。

下圖為加州理工發表，去年 5 月以 ZTF 望遠鏡拍攝仙女座星系的結果。可看到一條很長、很亮軌跡線劃過照片，明顯污染了觀測主體。且照片只是 ZTF 高達 47° 視場的 1/16 而已。完整照片還有更多星軌污染。

科學家發現，隨著 SpaceX 加速推動星鏈計畫，軌道衛星數量快速增加，對 ZTF 觀測結果的污染比例也明顯提高。2019 年底，ZTF 曙暮光觀測（twilight observation）照片還只有 0.5% 遭星鏈衛星軌跡污染。到 2021 年 8 月，污染照片多了 35 倍，達約 18%。

下圖紅線為 SpaceX 星鏈衛星數量，藍柱為同期 ZTF 受污染照片數量：

作者特別提到，近地軌道大量星鏈衛星對曙暮光觀測造成嚴重污染。

天文學的曙暮光（astronimical twilight）指的是清晨和黃昏時，太陽高度在地平線下 12°~18°，由高層大氣散射進入低層大氣的陽光。此時段天空不被太陽照亮，方便觀測某些關鍵天體，甚至可用肉眼看到。

短暫的曙暮光時段，對發現和觀測（NEO）來說非常重要。NEO 包括彗星、流星及對地球有潛在威脅的外星物體。2020 年曾有枚直徑超過 1 公里，運行軌道完全在金星軌道內的小行星，就是 ZTF 在曙暮光時段發現的──這些觀測活動對保護地球和生命很關鍵。

然而曙暮光時段，恰好也是星鏈衛星對天文觀測污染最嚴重的時段。

作者指出，由於星鏈衛星屬低地軌道衛星，靠近地平線，在曙暮光時段，這些衛星投射到地面的表面密度（projected surface density）最高，對天文觀測造成不成比例的影響。

作者引用其他科學家模型推演：可觀測到的低地軌道衛星，約 90% 都聚集在近地平面（30° 內）天空。衛星因太陽光反射亮度頗高，干擾曙暮光時段天文觀測。而衛星亮度只在太陽落下／升起前較長時間才有降低。

星鏈衛星又是目前所有低地軌道衛星數量最多，居曙暮光時段天文觀測污染源之首當之無愧。很多地面天文研究人員和觀測愛好者都對 SpaceX 表達不滿。但作者表示，僅就數據來源的 ZTF 看，正常科學觀測還沒受星鏈軌跡污染特別明顯影響。

但考慮到 SpaceX 取得美國通訊監管機構 FCC 批准發射更多衛星，如果未來真照計畫，星鏈衛星增加到 1.2 萬顆（目前的 7 倍），後果不堪設想。作者估計，當星鏈衛星數量達 1 萬顆時，ZTF 所有天文照片都會遭星鏈衛星軌跡污染──是所有照片，污染比例 100%。

更別提 1.2 萬顆計畫基礎上，SpaceX 還向美國政府提交新計畫，會額外發射 3 萬顆衛星。到時所有地面的太空觀測都不可避免遭污染。誇張點說，茫茫星鏈衛星海，將對人類發現和預防近地物體威脅形成大障礙。

▲ 星鏈衛星軌跡於太空觀測紅外照片清晰可見。（Source：JPL）

SpaceX 並非沒有努力改善

2019 年 5 月 SpaceX 發射第一批星鏈衛星。當時對大量低地軌道衛星污染天文觀測，天文界就表達擔憂。考慮到星鏈上層的聯邦通訊監管部門 FCC 實權更大，加上 SpaceX 的話語權很高，天文學界的抗議幾乎沒對星鏈計畫造成阻礙，且 FCC 還多次批准 SpaceX 增加星鏈衛星數量。

如果讀者最近看過 Netflix 電影《千萬別抬頭》，應該記得掌權者和科技富豪多輕視天文學專家的意見。現在看來這劇情並非虛構，只是描述現實而已。

論文提到截至去年 11 月，發射升空的星鏈衛星數量達 1,791 顆，124 顆墜入大氣層退役，在軌衛星數量剩 1,667 顆，也正常工作中。提供地面網路服務的衛星數量為 1,468 顆。

衛星數字仍在增長，原因就在 SpaceX 每次發射星鏈衛星上天不是幾顆，而是一批。每批數量 48~53 顆，SpaceX 獵鷹 9 號火箭最大負載 60 顆，僅今年 SpaceX 前兩次發射，就將在軌星鏈衛星數量增至近 2 千顆。

據 SpaceX 披露和提交監管部門的方案，整個星鏈計畫衛星總數是 42,000 顆。

身為民營航太業的領導者，SpaceX 也不可避免要和天文學界打交道。雖也有過努力，盡量減少星鏈衛星可見性，降低存在感以免影響天文觀測。2020 年 4 月，SpaceX 官網發文，表示就衛星干擾天文觀測和美國國家科學院專家會談，表示會改造未來發射的星鏈衛星，使用暗色塗層，以及在衛星最亮部分安裝可展開的遮罩，降低衛星反射率。

2019 年 11 月開始，SpaceX 採用 V1.0 版星鏈衛星（雖然版本號為 1，卻非 SpaceX 射上天的第一版）。這代衛星有顆名為 DarkSat，外殼使用特殊暗色塗層降低反射率。不過遺憾的是，塗層後來發現會使衛星吸收過量可見光輻射，且反射過量紅外線，導致嚴重過熱，故 DarkSat 方案很快就棄用了。