Человечество стоит на пороге беспрецедентного изменения облика ближнего космоса. Новаторское исследование, проведенное Европейской Южной обсерваторией (ESO), впервые дало количественную оценку тому, как планы по развертыванию гигантских спутниковых группировок повлияют на фундаментальную науку. Результаты оказались неутешительными: если предложения по запуску более 1,7 миллиона аппаратов будут реализованы, это приведет к разрушительным последствиям для астрономии.
Ученые пришли к выводу, что для сохранения возможности наблюдать далекие галактики и слабые космические объекты общее число спутников на орбите не должно превышать 100 000, и при этом они должны быть достаточно тусклыми, чтобы оставаться невидимыми для невооруженного глаза. В противном случае ночное небо станет неестественно ярким, а привычная картина звездного свода будет безвозвратно утеряна.
Ситуация стремительно ухудшается. Если в 2019 году на орбите находилось несколько тысяч спутников, то сегодня их число превысило 14 000, и этот показатель продолжает расти в геометрической прогрессии. «До сих пор мы справлялись, но становится хуже», — подчеркивает Оливье Эно, ведущий автор исследования и астроном с более чем 30-летним стажем. Проблема заключается не только в количестве, но и в яркости этих рукотворных объектов, которые превращаются в новый источник светового загрязнения.
Текущая ситуация: От Starlink до зеркальных мегасозвездий
Лидером в освоении низкой околоземной орбиты является компания SpaceX со своим проектом Starlink. В планах корпорации — вывод на орбиту еще около миллиона спутников для создания глобальной сети космических дата-центров. Однако SpaceX не одинока. Другие проекты, такие как китайская система CTC-1 и 2, а также инициатива Cinnamon от E-Space, планируют добавить на орбиту сотни тысяч новых аппаратов.
Наиболее радикальным предложением выглядит проект американского стартапа Reflect Orbital. Компания намерена запустить созвездие из 50 000 гигантских зеркальных спутников, способных отражать солнечный свет на поверхность Земли ночью. Их цель — искусственное освещение территорий площадью не менее пяти километров. По расчетам астрономов, эти аппараты станут самыми яркими объектами на орбите в истории человечества. «Если смотреть изнутри отражённого луча, спутник, излучающий солнечный свет, казался бы в четыре раза ярче полной Луны», — говорится в исследовании. Даже без прямого попадания луча в глаз наблюдателя каждый такой спутник будет сиять на небе так же ярко, как планета Венера — «утренняя звезда». Для жителей крупных городов, где звезды скрыты за световым смогом, эти сотни искусственных «солнц» станут единственными видимыми точками на ночном небосводе.
Механизм воздействия: яркие полосы и засвеченное небо
Влияние спутников на астрономические наблюдения носит комплексный характер и проявляется в двух основных формах: прямые пересечения и общее повышение яркости фона.
- Яркие треки (полосы). Спутники, освещенные Солнцем, гораздо ярче самых далеких галактик. Когда такой аппарат пересекает поле зрения телескопа во время длительной экспозиции, он оставляет на снимке яркую полосу. Эта полоса «засвечивает» данные о сотнях других объектов, находящихся за ней, делая их изучение невозможным. Оливье Эно смоделировал этот эффект для Очень большого телескопа (VLT) в Чили и обнаружил, что даже при условии, что спутники будут слишком тусклыми для глаза человека, на каждом снимке, сделанном после полуночи, будут присутствовать десятки таких следов. Это приводит к потере до 28% полезного поля зрения. Для более чувствительных инструментов, таких как камера обсерватории Веры С. Рубин (LSST), последствия будут еще катастрофичнее: большая часть изображений может стать непригодной для научного анализа в течение нескольких часов каждую ночь.
- Общее световое загрязнение. Спутники создают не только прямые помехи. Свет от них рассеивается в земной атмосфере. Даже те аппараты, которые слишком тусклые для прямого наблюдения, создают завесу «рассеянного» света. Более яркие объекты рассеивают фотоны во всех направлениях при прохождении через плотные слои атмосферы. Это явление напрямую увеличивает общую яркость ночного неба. Исследование ESO впервые количественно оценило этот вклад в глобальное световое загрязнение. Выяснилось, что созвездия вроде Reflect Orbital окажут особенно губительное влияние. При полном развертывании их флота (50 000 единиц) общая яркость ночного неба увеличится в три-четыре раза по сравнению с текущим уровнем.
Предел безопасности: Рекомендации ученых
На основе своих расчетов Оливье Эно сформулировал конкретные рекомендации по защите астрономии. Он пришел к выводу, что избежать катастрофических последствий можно только путем жесткого ограничения космической деятельности.
- Общее число: предложенные 1,7 миллиона новых спутников окажут непоправимое воздействие на наземную астрономию. Чтобы этого избежать, необходимо ограничить общее количество как существующих, так и будущих аппаратов числом 100 000.
«Это не жёсткое число... но 100 000 вызывают потери примерно на уровне других технических потерь», — поясняет ученый.
- Яркость: Не менее важным параметром является визуальная яркость спутников. Все аппараты должны быть тусклее 7-й звездной величины. Если же часть группировки будет состоять из более ярких объектов (видимых невооруженным глазом), то их общее количество должно быть пропорционально уменьшено до уровня, не создающего критических помех.
Эти выводы легли в основу официального ответа ESO на заявки компаний SpaceX и Reflect Orbital в Федеральную комиссию по связи США (FCC). Регулятор получил тысячи комментариев от научного сообщества и общественности. «Для оптической астрономии это экзистенциальная угроза», — заявляет офицер по институциональным связям ESO Бетти Киоко.
Глобальные последствия: не только астрономия
Проблема выходит далеко за рамки чистой науки. Генеральный директор ESO Ксавье Барконс напоминает о колоссальной ценности астрономии для человечества: она дает научное понимание нашего места во Вселенной и стимулирует технический прогресс. Кроме того, массовое развертывание спутников несет прямые экологические и биологические риски:
- Атмосферное загрязнение. Для вывода и обслуживания тысяч аппаратов требуются сотни запусков ракет-носителей, что напрямую влияет на качество воздуха и способствует глобальному потеплению.
- Загрязнение при сходе с орбиты. В конце жизненного цикла спутники сгорают в атмосфере, оставляя после себя продукты распада и частицы оксидов металлов.
- Влияние на биосферу. Искусственное осветление ночного неба нарушает циркадные ритмы живых организмов — от насекомых до человека и крупных млекопитающих, дестабилизируя целые экосистемы.
Управление общим ресурсом
Низкая околоземная орбита — это уникальный и ограниченный ресурс человечества. Она обеспечивает глобальную связь и навигацию, но одновременно является «окном» во Вселенную для наземных обсерваторий.
«Низкая околоземная орбита — это небесное морское побережье... Однако мы должны управлять влиянием мега-созвездий... чтобы этот ресурс оставался нетронутым и доступным для будущих поколений», — заключает Оливье Эно.
Будущее темного неба зависит от совместных усилий астрономов, инженеров-ракетостроителей, операторов спутниковой связи и международных регуляторов. Без введения строгих правил по ограничению численности и яркости орбитальных группировок человечество рискует потерять не только возможность изучать космос с Земли, но и само наследие звездного неба над головой.
Резуьтаты исследования — в журнале Astronomy & Astrophysics.
Изображение: Ф. Кампхуэс, ESO/М. Корнмессер
