地球轨道微弱卫星不应超10万颗

背景

自2019年以来，地球轨道上的卫星数量急剧增长，目前已超过14,000颗，其中以 SpaceX 的 Starlink 通信卫星为主。与此同时，各类卫星星座提案不仅在数量上激增，其潜在影响也日益严峻。2026年7月1日，欧洲南方天文台（ESO）发布一项经同行评审的新研究，指出当前计划发射超过170万颗卫星（包括极亮卫星）的提案将对天文学造成“毁灭性后果”。研究首次定量评估了大型明亮卫星星座对夜空亮度的影响，并提出关键阈值：为确保现代望远镜能够观测夜空，地球轨道上不应有超过10万颗肉眼不可见的暗淡卫星。

核心内容

ESO 天文学家 Olivier Hainaut 主导了这项研究，该研究已被《天文学与天体物理学》（Astronomy & Astrophysics）接收发表。Hainaut 模拟了所有现有及计划中卫星星座的位置、运动轨迹和亮度，计算它们对天文观测的具体影响。

卫星星座现状与提案

• SpaceX 计划再发射一百万颗卫星用于天基数据中心。这将显著改变夜空外观：每晚大部分时间将有数百颗卫星可见，某些时刻多达数千颗，数量堪比晴朗夜空下肉眼可见的恒星数量。
• 其他计划中的星座如 E-Space 的 Cinnamon 以及中国的 CTC-1 和 CTC-2 将再增加数十万颗卫星。
• 美国初创公司 Reflect Orbital 计划发射由大型镜面卫星组成的星座，用于在夜间提供阳光反射照明。其反射光束在地表覆盖至少5公里宽度。该公司今年将发射一颗原型卫星，计划到2035年达到5万颗卫星规模。这些卫星将成为轨道上最亮的人造天体：全星座运行时，夜空中将布满数百颗极亮卫星。若处于反射光束内，该卫星亮度可达满月亮度的4倍；即使光束不直射观测者，每颗卫星也如金星（“晨星”）般明亮。从慕尼黑这样的光污染城市看，这些卫星将成为夜空中唯一可见的“恒星”。

对天文观测的双重影响

Hainaut 指出，卫星受太阳照射，比遥远星系亮得多。当卫星穿过望远镜视场时，会在图像上留下明亮条纹，掩盖其后的天体。

• 亮条纹（trails）：对于 SpaceX 的超大型星座，使用 ESO 位于智利 Paranal 天文台的甚大望远镜（VLT）在入夜两小时后拍摄的每张图像中，将出现数十条卫星条纹，导致视场损失高达28%。这假设卫星已调暗至良好条件下肉眼不可见。若卫星稍亮一些，像美国国家科学基金会 Vera C. Rubin 天文台的相机，其多数图像在每夜数小时内将完全不可用。
• 反射镜卫星的影响：即使没有光束直射或靠近天文台，单个镜面卫星的条纹就足以破坏 Rubin 天文台相机的观测。若 Reflect Orbital 的5万颗卫星全部入轨，在太阳照射期间，该相机的每一张图像都将丢失。

背景天光增亮（diffuse light 和 scattered light）

本研究首次综合考虑卫星星座对夜空背景亮度的贡献，揭示了卫星光污染的完整影响。

• 暗淡卫星虽然不可见，但会产生一层“漫射光”面纱。
• 较亮卫星的光线穿过大气时向各个方向“散射”。
• 两者都会增加夜空整体亮度。对于 Reflect Orbital 这类极亮星座，背景亮度将整体提高3至4倍。

保护夜空的卫星数量上限

Hainaut 得出结论，170万颗新卫星将对地基天文学造成剧烈后果。只有将现有及未来卫星总数限制在10万颗以下，且这些卫星足够暗淡（从黑暗地点肉眼不可见），才能避免这些影响。他澄清：“这不是一个硬性数字，比如99,999可以、100,001就不行——显然我更希望是5万。但10万造成的损失与其他技术损失（如设备故障）的级别相当。”此外，卫星必须暗于视星等7等；若其中某些卫星过亮（超过肉眼可见阈值），则总数量必须大幅降低。

监管现状

SpaceX 和 Reflect Orbital 作为最极端提案的责任方，均已向美国联邦通信委员会（FCC）提交发射许可申请。ESO 联合英国皇家天文学会和国际天文学联合会，基于这项研究向 FCC 提交了回应。ESO 机构事务官 Betty Kioko 表示，FCC 已收到超过1800条关于 Reflect Orbital 的评论以及近1500条关于 SpaceX 的评论。“现在球在 FCC 一边，我们等待他们对两项申请做出决定。对于光学天文学，这是生存威胁，我们希望监管机构也认同这一点。”

ESO 总干事 Xavier Barcons 指出：“天文学为人类创造了巨大价值，包括科学、技术、经济和教育，并帮助我们理解我们在宇宙中的位置。大量低地球轨道卫星计划挑战了这一能力，凸显了限制未来卫星发射的必要性，以及天文学家、工程师、卫星运营商和其他利益相关者合作采取严格缓解措施的必要性。”

Hainaut 补充说：“发射数千颗卫星会产生经济、生态和天文方面的影响。”极亮卫星星座的光污染可能通过扰乱生物节律等方式影响地球生命健康与功能。

关键要点

• 当前轨道卫星已超14,000颗，主要来自 SpaceX Starlink；新提案总数超170万颗，包括极亮的反射镜卫星。
• ESO 研究首次定量评估卫星星座对夜空背景亮度的贡献，发现极亮星座可使背景亮度提高3至4倍。
• 即使卫星调暗至肉眼不可见，大型星座仍会使 VLT 等望远镜图像视场损失高达28%；反射镜卫星的条纹可致 Rubin 天文台相机整夜图像报废。
• Reflect Orbital 的5万颗镜面卫星将是轨道上最亮天体：光束内亮度达满月4倍，不在光束内也亮如金星，足以在光污染城市成为唯一可见“星星”。
• 研究建议安全上限：地球轨道上总卫星数不超过10万颗，且必须暗于视星等7等（肉眼不可见）；若卫星过亮，上限需更低。
• FCC 已收到大量公众评论，ESO、英国皇家天文学会和国际天文学联合会联合呼吁监管机构采取行动。

意义与影响

这项研究为卫星星座对天文学的威胁提供了首个系统性的定量评估，特别是将背景天光增亮纳入考量，揭示了比先前认知更严重的光污染问题。如果不加限制，未来十年内夜空可能被数以万计的人造卫星彻底改变，人类将失去观测遥远星系、系外类地行星乃至潜在危险小行星的能力，这对基础科学、空间安全乃至全球文化遗产构成根本性挑战。

研究结果直接用于对 FCC 的 regulatory 回应，为政策制定者提供了明确的技术阈值。它强调了跨国协调监管的紧迫性——因为卫星轨道不分国界，任何国家的单方面发射都会影响全球天文学。同时，它也迫使商业航天公司（如 SpaceX 和 Reflect Orbital）重新评估其星座设计，并推动卫星运营商、天文学家与政府机构之间更深入的协作以制定缓解措施。长远来看，这一研究可能成为全球卫星发射管理规则的里程碑，影响未来低地球轨道空间的可持续发展。