آلودگی نوری در اوج خود؛ تلسکوپ‌های فضایی تحت تأثیر سامانه‌های ماهواره‌ای قرار دارند

از زمان ارسال نخستین دسته از ماهواره‌های اینترنتی استارلینک در سال ۲۰۱۹، اخترشناسان بارها در خصوص پیامدهای این ماهواره‌ها بر علم نجوم هشدار داده‌اند. نوری که از این ماهواره‌ها بازتاب می‌شود، خطوط درخشانی بر روی تصاویر تلسکوپ‌های زمینی ایجاد می‌کند و امواج رادیویی که به طور تصادفی منتشر یا نشت می‌شوند، موجب اختلال در فعالیت رصدخانه‌های رادیویی می‌گردند. به نظر می‌رسد حتی تلسکوپ‌هایی که در ارتفاعات چند صد کیلومتری از سطح زمین قرار دارند، نیز از مشکلات ناشی از فعالیت ماهواره‌ها در امان نیستند.

تحقیقات جدیدی که توسط پژوهشگران ناسا انجام شده است، به بررسی این موضوع پرداخته که چهار تلسکوپ فضایی فعال و آتی تا چه حد تحت تأثیر حدود ۵۰۰هزار ماهواره‌ای که برای پرتاب تا سال ۲۰۴۰ برنامه‌ریزی شده‌اند، خواهند بود. نتایج این پژوهش چندان امیدوارکننده نیست: پیش‌بینی می‌شود یک‌سوم تصاویر تلسکوپ فضایی هابل با ردی از ماهواره‌ها آغشته گردد و در بیش از ۹۶ درصد تصاویر سایر تلسکوپ‌ها حداقل یک رد قابل ملاحظه خواهد بود. برای تلسکوپ فضایی «شون‌تیان» چین که قرار است در سال ۲۰۲۶ به فضا ارسال شود، به‌طور میانگین ۹۲ رد ماهواره در هر عکس مشاهده خواهد شد.

مایک پیل، اخترشناس کالج سلطنتی لندن و عضو مرکز حفاظت از آسمان تاریک و آرام (CPS) تحت نظر اتحادیه بین‌المللی نجوم، به مجله ساینس می‌گوید که زمانی که ابرمنظومه‌های ماهواره‌ای به منظور ایجاد اینترنت جهانی معرفی شدند، ابعاد روشنایی این ماهواره‌ها واقعاً شگفت‌آور بود. حالا که بیش از ۹۰۰۰ ماهواره فعال استارلینک (که دو سوم کل ماهواره‌های فعال جهان را شامل می‌شود) و همچنین حضور شرکت‌هایی از جمله وان‌وب، آمازون و دیگر بازیگران چینی به این تعداد افزوده شده است، جامعه نجوم به نوعی نسبت به این وضعیت تسلیم گشته است.

تحقیقات پیشین بیشتر بر تأثیر منفی ماهواره‌ها بر رصدخانه‌های زمینی متمرکز بودند. تلسکوپ‌هایی که دارای میدان دید محدودی هستند، می‌توانند نواحی را هدف‌گیری کنند که در آن‌ها هیچ ماهواره‌ای وجود ندارد و می‌توان تصاویر آسیب‌دیده را حذف یا اصلاح کرد. اما این کار برای تلسکوپ‌های نقشه‌برداری با میدان دید وسیع، نظیر رصدخانه بسیار بزرگ ورا روبین در شیلی عملی نیست. این رصدخانه انتظار می‌رود که تصاویر متعددی با چندین رد ماهواره داشته باشد، زیرا هر کدام از آن‌ها مساحتی تقریباً برابر با ۴۵ ماه کامل را پوشش می‌دهد.

در مقابل انتقادات، برخی از حامیان ماهواره‌ها، از جمله ایلان ماسک، بیان کرده‌اند که اخترشناسان باید تلسکوپ‌های خود را به فضا ببرند. اما مقاله‌ی تازه‌ای که در نیچر منتشر شده است، نشان می‌دهد که حتی اگر هزینه‌های کلان ساخت و پرتاب تلسکوپ‌های فضایی را نادیده بگیریم، این رویکرد نیز نمی‌تواند مشکل را حل کند.

در این پژوهش، محققان مرکز ایمز ناسا اطلاعات ثبت شده از اپراتورهای ماهواره‌ای در اتحادیه بین‌المللی مخابرات را جمع‌آوری کرده و مدار پیشنهادی نیم‌میلیون ماهواره را ترسیم کردند. سپس شبیه‌سازی کردند که نمای آسمان از دید چهار تلسکوپ چگونه خواهد بود: هابل، شون‌تیان، تلسکوپ فروسرخ اسفرکس ناسا که امسال پرتاب شد و فضاپیمای آراکیس اروپا که اوایل دهه‌ی ۲۰۳۰ به فضا می‌رود.

بیشتر ماهواره‌های اینترنتی در ارتفاعات ۵۰۰ تا ۷۰۰ کیلومتری قرار خواهند گرفت؛ اما برخی از آن‌ها ممکن است به ارتفاعات بالاتر (حداکثر تا ۸هزار کیلومتر) نیز بروند. در نتیجه، پژوهشگران معتقدند که تمام تلسکوپ‌های قرارگرفته در مدار نزدیک زمین و حتی تلسکوپ‌هایی که بر روی بالن‌های استراتوسفری قرار دارند، تحت تأثیر این وضعیت قرار خواهند گرفت. شدت تأثیر به ارتفاع تلسکوپ و تعداد ماهواره‌هایی که بر فراز آن قرار دارند و همچنین میدان دید آن بستگی دارد.

از میان چهار تلسکوپ بررسی‌شده، هابل حداقل آسیب را متحمل خواهد شد؛ زیرا با وجود قرارگیری در ارتفاع ۵۴۰ کیلومتری، میدان دید آن بسیار محدود است. اما برعکس، تلسکوپ شون‌تیان با وضعیت نامناسب‌تری روبه‌رو است: ارتفاع ۴۵۰ کیلومتری و میدان دید آن بیش از ۳۰۰ برابر هابل است. شرایط برای تلسکوپ اسفرکس که در ارتفاع ۶۵۰ کیلومتری و به عنوان یک تلسکوپ نقشه‌برداری میدان وسیع عمل می‌کند، بدترین امکان را دارد: تقریباً ۲۰۰ برابر سایز ماه کامل، در نتیجه عملاً تمامی تصاویر آن تحت تأثیر، حداقل با یک رد روشن مواجه خواهند بود.

«رافائل گوسمان»، مجری پروژه آراکیس، در نقد مقاله منتشر شده، می‌گوید نویسندگان به اشتباه فرض کرده‌اند که آراکیس به سرتاسر آسمان نگاه می‌کند؛ در حالی‌که عمدتاً نمای «رو به بالا و دور از زمین» را رصد خواهد کرد؛ جایی که ماهواره‌ها کمتر قابل مشاهده هستند. تیم او محاسبه کرده که با این وجود در سناریوهای آتی، همچنان ۹۶ درصد از تصاویر دچار آلودگی خواهند شد، اما میزان کمتری از هر تصویر آسیب خواهد دید.

ناسا نیز در بیانیه‌ای که برای مجله ساینس منتشر کرده، مطرح کرده است که تلسکوپ اسفرکس برای ایجاد طیف‌های نوری در ۱۰۲ طول‌موج، نوردهی‌های متعددی را ترکیب می‌کند که باعث می‌شود تأثیر ردهای انفرادی ماهواره چندان محسوس نباشد.

نویسندگان این مطالعه چند راهکار را پیشنهاد داده‌اند. یکی از این پیشنهادات، محدود کردن حداکثر ارتفاع ماهواره‌هاست تا تلسکوپ‌های فضایی بتوانند بالاتر از آن‌ها قرار گیرند. با این حال، اجرای چنین طرحی می‌تواند باعث افزایش تعداد ماهواره‌های سوخته در لایه‌های بالایی جو شده و نگرانی‌هایی در خصوص آلودگی ایجاد کند. آن‌ها همچنین از اپراتورهای ماهواره درخواست کرده‌اند که اطلاعاتی دقیق‌تری از موقعیت ماهواره‌ها ارائه دهند تا رصدخانه‌ها بتوانند به راحتی از آن‌ها دوری کنند و ردهای تصویر را به آسانی حذف نمایند.

با این حال، اخترشناسان نسبت به کارآمدی این راهکارها بدبین هستند. داده‌های کنونی ماهواره‌ها دقتی در چند کیلومتر دارند؛ در حالی‌که نویسندگان معتقدند که تلسکوپی همچون هابل نیاز به تعیین موقعیت ماهواره‌ها با دقتی به اندازه سانتی‌متر دارد. راولز می‌افزاید: «شخصاً فکر نمی‌کنم که از نظر فیزیکی چنین دقتی میسر باشد. مدارهای ماهواره‌ها هرگز به اندازه‌ای دقیق نخواهند بود که امکان اجرای این شیوه در بسیاری از مواقع عملی باشد.»

این پژوهش در نشریه نیچر به چاپ رسیده است.