研究：超黑涂层可减少卫星光污染

背景

随着近地轨道卫星数量的急剧增长，天文学家和观星者正面临日益严重的光污染问题。预计到2030年，将有多达6万颗卫星绕地球运行。卫星表面反射的阳光会在夜空形成明亮的条纹和耀斑，干扰望远镜观测和大规模巡天，使得探测小行星、遥远星系等暗弱天体变得更加困难。为应对这一挑战，萨里大学天体物理学家领导的研究团队探索使用世界上最黑的材料之一——Vantablack® 310——作为卫星涂层，以降低卫星在夜空中的亮度。

核心内容

该研究发表于《皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society），由萨里大学衍生公司Surrey NanoSystems（论文合著者）开发的超黑涂层Vantablack® 310成为焦点。研究团队测量了Vantablack® 310在不同光照和观测角度下的反射特性，然后利用实验室数据模拟卫星涂覆该材料后从地面观测到的亮度。

模拟结果显示，这种涂层能显著降低卫星表面的亮度，使其接近国际天文学联合会（IAU）为保护天文观测所建议的亮度极限。Vantablack® 310仅反射约2%的入射光，且反射的光线以更漫射的方式分布，从而减少了由反射面产生的常见明亮闪光。

研究合著者、Surrey NanoSystems应用科学家James Whitfield指出，卫星星座带来了巨大益处，但其日益增加的亮度对地基天文学构成挑战。Vantablack® 310在宽视角范围内兼具超黑性能和近地轨道所需的耐久性。

研究团队目前正在准备在Jovian-1 CubeSat任务（一项由萨里大学、朴茨茅斯大学和南安普顿大学共同参与的学生主导卫星项目）中进行在轨演示。该演示将测试涂层在太空环境中的性能，并验证从地面是否能测量到亮度变化。

由Noelia Noël博士领导的更广泛“光污染与可持续太空”倡议，因其通过材料设计系统降低卫星亮度的成果，在萨里大学2026年可持续发展奖中被评为“最佳可持续项目”。该工作也走向国际舞台：第一作者Astha Chaturvedi受邀在维也纳联合国“宁静黑暗天空”研讨会上展示研究，Noelia Noël博士则通过其TEDx演讲强调了卫星光污染的广泛挑战和保护夜空的必要性。

关键要点

• 材料性能：Vantablack® 310仅反射约2%的入射光，是目前世界上最黑的材料之一，其光线漫射特性可有效减少卫星产生的闪光。
• 模拟结果：涂覆该材料的卫星表面亮度能控制在IAU推荐的天文观测保护限值附近。
• 耐久性与适用性：该涂层在宽视角下均保持超黑性能，并具备近地轨道所需的耐久性。
• 在轨验证：计划通过Jovian-1 CubeSat任务进行实际太空测试，验证涂层效果及地面可测量性。
• 学术与政策影响：研究成果已获联合国研讨会关注，并得到萨里大学可持续发展奖认可。

意义与影响

该研究为缓解卫星星座对天文学的影响提供了一种实用且可扩展的解决方案。长期以来，卫星光污染主要依靠轨道规划或太阳帆板遮光等主动措施，而Vantablack® 310涂层通过被动光学抑制，从根源上降低了卫星反射亮度，无需改变卫星运行方式。如果太空测试成功，这一技术有望成为未来卫星（尤其是大规模星座）的标准配置，从而保护天文观测和自然夜空。同时，该研究也推动了材料科学在可持续航天领域的应用，展示了产学合作（萨里大学与Surrey NanoSystems）在应对全球性挑战中的价值。