卫星、天文学与社会：共享外层空间与星空

作者：费德里科·迪弗鲁诺（Federico Di Vruno），平方公里阵列天文台（SKA Observatory）频谱管理器；国际电信联盟无线电通信部门（ITU-R）第7D课题组副主席；国际天文联合会（IAU）黑暗与宁静天空保护中心主任。合著者：皮耶罗·本韦努蒂（Piero Benvenuti），帕多瓦大学天体物理学荣休教授；国际天文联合会黑暗与宁静天空保护中心主任。
数千年来，人类一直仰望夜空，从中获取灵感、心生惊奇并寻求理解。星辰为我们指引方向、塑造历法、激发艺术、文学与哲学，并以共同的故事联结各种文化。
除这一文化意义之外，天文学还通过推动科学与技术进步深刻地影响了人类，从基础物理到医学成像与通信技术皆是如此。
但或许最为重要的是，天文学为我们提供了关于我们自身在宇宙中所处位置的独特视角。爱好者——而不仅是专业人士——的参与培育了好奇心、国际合作以及一种共享人类遗产的意识。
夜空仍然是所有人都能够亲身经验到的少数全球公域之一，不论地域或背景。因此，我们观测并与宇宙相连的能力，不仅对科学发现至关重要，对教育、文化，以及对那份伴随文明走过整个历史的持久惊奇之源的维系，同样至关重要。
可复用火箭等技术进步，加上为服务欠缺和偏远地区拓展连接的需求日益增长，已将太空活动推至前所未有的水平。
私营公司已开始作为所谓大型卫星星座的一部分发射数千颗低地球轨道卫星。这些系统虽然带来重要的社会收益，包括改善全球连接与韧性，但也为天文学和人类对夜空的体验带来了新挑战。
卫星数量的迅速增加，使天文学所面对的夜空从卫星低密度的场景，变为在世界上几乎任何地方、任何时刻都能看到数百颗卫星的场景。
密度上升伴随若干相关挑战。例如，卫星在被太阳照亮时会将阳光反射向地球，以可见条痕污染天文图像，这些条痕甚至能被随意的观星者看见。
射电天文学也日益受到有意传输和无意电磁辐射（UEMR）的影响，后者源自卫星星上电子设备产生的电噪声。
在2019年星链（Starlink）卫星首次发射之后，天文学界团结起来，以不同行动回应了这一局面。
特别是射电天文学家，在上届世界无线电通信大会（WRC-23）之前，通过国际电信联盟无线电通信部门（ITU-R——国际电信联盟的一个关键部门）加紧了努力。这为此前的WRC-23形成两个新议题，并将延续至即将召开的WRC-27：
若干天文组织开始作为常驻观察员参与联合国和平利用外层空间委员会（COPUOS），以提高外界对这一局面的认识并寻求国际协调回应。这促成在COPUOS科技小组委员会下设黑暗与宁静天空议题。
与此同时，国际天文联合会（IAU）连同澳大利亚与南非合建的平方公里阵列天文台（SKA Observatory）以及美国国家科学基金会下属的国家光学与红外实验室，共同设立了IAU黑暗与宁静天空保护中心，欧洲南方天文台（ESO）最近也加入其中。IAU中心旨在创造一个空间，让所有利益相关方能够相聚，共同讨论天文侧与卫星侧的可能解决方案。
与产业界协作一直是IAU及其他国际天文组织选择的路线，其认识基础是：太空的利用与观测应由全人类共享。这促成了一些针对光学干扰的技术缓解措施，例如使用介质反射镜将反射阳光偏离地球，以及倾斜卫星和太阳帆板以使其亮度最小化。
在射电方面，运营商已测试诸如视轴规避等新技术，即控制卫星下行链路的点波束以避免照射望远镜台站，从而使卫星穿越望远镜波束的影响降到最低。关于UEMR效应仍有很多未知领域有待开拓，其效应仍由望远镜方和卫星制造商在研究之中。监管论坛与标准化组织内的讨论都在持续进行。
望远镜端的缓解工作同样在推进，许多天文台先开展理论研究，如今正转入软件流程的实现，以改进调度与数据采集。例如，升级后已可实现在线射频干扰（RFI）标记，以及用于RFI识别与去除的后处理。
然而，所有这些措施都要耗费大量资源，且大多导致部分数据被舍弃，降低了天文仪器的整体效率。
太空的快速商业化并未止步于此；天文学与夜空不断面临新的威胁。
直连设备（D2D）通信的前景——其信号强度比迄今任何典型通信信号强若干个数量级——可能严重制约某些频段的观测，甚至可能对专门划给射电天文学的频段造成有害干扰。
满足陆地电力需求的新颖方案——例如搭载反射镜将阳光反射以照亮夜间区域的卫星，或拟议中向地球发射射频能量的天基太阳能电站——是另一大隐忧。
与此同时，太空使用的总量持续攀升，如今有公司正计划将数据中心从地球搬到太空。它们的技术论据是合理的，但此类计划引发了对环境和我们的黑暗与宁静天空影响的严重关切。
太空活动对科学和夜空的影响已在国际政策的最高层面得到承认。科学界自不待言，多数航天行为体也对此有充分理解。
黑暗与宁静天空是太空可持续性更广泛讨论的一部分，从联合国COPUOS一类的论坛，到欧洲航天局（ESA）的零碎片宪章与技术手册，再到七国集团（G7）科学院关于可持续太空的S7联合声明。
然而，太空活动的步伐仍在加快，可执行的监管却未能跟上。需要就太空活动可能从根本上改变人类体验和研习夜空的能力这一潜在风险展开严肃讨论。
如果我们打算保住所仰望的天空——后代也可能向其求索，或惊叹于自身存在，或构思其未来技术——我们就必须这样做。
夜空是人类最古老的共享文化体验之一。今日的课题不在于是否应当利用太空，而在于人类如何能在向太空拓展的同时守护科学发现。
射电天文学是明年世界无线电通信大会（WRC-27）上讨论的议题。
封面图片：智利北部阿塔卡马沙漠上空一小时之内所摄的卫星轨迹（2025年10月）。图片署名：F. Kamphues，ESO/M. Kornmesser