218 دقیقه
نور بازتابی از ناوگان رو به رشد ماهوارههای تجاری میتواند بخش عمدهای از تصاویر گرفتهشده توسط تلسکوپهای فضایی نزدیک به زمین را آلوده کند، پژوهشگران هشدار میدهند. یک مطالعه جدید مدلسازی میکند که چگونه مگاکنسلههای پیشنهادی — در صورت پرتاب طبق برنامه — رصدهای نجومی را در طیف وسیعی از مأموریتها بسیار دشوار و در برخی موارد غیرممکن میسازد.
آسمانی شلوغ و ارقام پشتِ ریسک
تعداد ماهوارههای فعال در مدار پایین زمین (LEO) از حدود ٢٠٠٠ در سال ٢٠١٩ به تقریبا ١٥٠٠٠ در امروز افزایش یافته است که عمدتاً ناشی از صورتهای فلکی اینترنت تجاری است. اما این افزایش اخیر ممکن است آرامش قبل از طوفان باشد. مطالعهای منتشرشده در نشریه Nature پیشبینی میکند که اگر همه پروندههای جاری نزد مقرراتگذاران به جریان بیفتند، تا اواخر دهه ٢٠٣٠ ممکن است تا ٥٦٠،٠٠٠ ماهواره در مدار وجود داشته باشد.
برای برآورد تأثیر، محققان شبیهسازی کردند که چگونه آن ماهوارهها با رصدهای چهار تلسکوپ فضایی متفاوت تداخل خواهند داشت. نتیجه این شد: بازتاب نور خورشید و رگههای نور از ماهوارهها ممکن است حدود ٩٦ درصد تصاویر ثبتشده توسط چندین ابزار نزدیک زمین را تحتتأثیر قرار دهد، از جمله مأموریت SPHEREx ناسا، تلسکوپ پیشنهادی ARRAKIHS از ESA و تلسکوپ Xuntian برنامهریزیشده چین. تلسکوپ هابل، که میدان دید باریکتری دارد، حدود یکسوم تصاویر خود را آلودهشده خواهد دید.
یک تصویر شبیهسازیشده که نشان میدهد چگونه نورهای ماهوارهای تصاویر کیهان را که توسط تلسکوپهای فضایی گرفته میشوند، آلوده میکنند.
چرا این موضوع برای علم و دفاع سیارهای اهمیت دارد
تلسکوپهای مستقر در فضا اغلب پلتفرم ترجیحی برای اخترشناسی اجسام کمنور هستند، زیرا از تاری و جذب اتمسفری اجتناب میکنند. با این حال، ماهوارههایی که از میدان دید تلسکوپ عبور میکنند، ردهای خطی یا نورهای گذرا ایجاد میکنند که میتوانند بهعنوان سیگنالهای حقیقی اخترفیزیکی اشتباه گرفته شوند. این سردرگمی پیامدهای عملی دارد: نظرسنجیهایی که به دنبال اجسام نزدیک به زمین خطرناک (NEO) هستند ممکن است یک رگه بیضرر ماهواره را با یک سیارک بالقوه خطرناک اشتباه بگیرند، یا بالعکس یک تهدید واقعی را بهدلیل پوشاندهشدن توسط خطوط ماهوارهای از دست بدهند.
برخی مأموریتها در معرض آسیب کمتری هستند. تلسکوپهایی که در نقطه لاگرانژ دوم خورشید-زمین (L2) قرار میگیرند، که تقریباً ١.٥ میلیون کیلومتر از زمین فاصله دارد، تا حد زیادی در اماناند؛ برای مثال، تلسکوپ فضایی جیمز وب از L2 کار میکند و از متراکمترین لایههای ترافیک مدار پایین زمین اجتناب میکند. اما بسیاری از رصدخانههای آینده و ابزارهای متمرکز به سمت زمین در مکانهایی بسیار نزدیکتر قرار خواهند گرفت، دقیقاً جایی که جمعیت رو به افزایش ماهوارهها بیشترین اخلال را ایجاد میکند.
پیامدهای علمی و عملی
آلودگی تصاویر تلسکوپی تنها یک مشکل بصری نیست؛ بلکه بر قابلیتهای علمی تأثیر میگذارد. پیامدها شامل موارد زیر است:
- کاهش کاملت دادهها: رگههای نور میتوانند باعث حذف یا کاهش دامنه سیگنالهای ضعیف شوند، که بهویژه در مطالعات منابع کمسطح مانند کهکشانهای دوردست، سحابیهای ضعیف یا اجرام دمای پایین مضر است.
- افزایش بار پردازشی: برای تشخیص و پاکسازی خطوط ماهوارهای لازم است پردازشهای پیچیده و زمانبر روی دادهها انجام شود؛ این موضوع هزینههای محاسباتی و زمان تحلیل را بالا میبرد.
- ریسک خطا در کشف گذراها: پدیدههای گذرای نجومی مانند ابرنواخترها یا تپاخترهای گذرا ممکن است با ردهای ماهوارهای تداخل کرده و باعث از دست رفتن یا گزارش اشتباه شوند.
- پیچیدگی در ماموریتهای دفاع سیارهای: برنامههای رصدی که برای شناسایی سیارکهای نزدیک طراحی شدهاند ممکن است حساسیت خود را از دست بدهند یا به سیگنالهای کاذب دچار شوند.
جزییات فنی و راهکارهای ممکن
انتخاب ارتفاع
قرار دادن ماهوارهها در ارتفاعاتی پایینتر از مدار تلسکوپها میتواند تعارض را کاهش دهد، اما سطوح بسیار پایینتر با افزایش کشش اتمسفری (drag) همراه است و هزینههای زیستمحیطی ایجاد میکند؛ از جمله احتمالاً تأثیر بر لایه اوزون اگر صورتهای فلکی عظیم نیاز به تقویت مداوم مدار یا عملیات در جو داشته باشند. از سوی دیگر، ارتفاعات بالاتر میتواند باعث طولانیتر شدن زمان حضور ماهواره در میدان دید تلسکوپ و همافزایی نور بازتابی شود.
شفافیت و هماهنگی
اپراتورها میتوانند اپیمرایدس دقیق (ephemerides)، جهتگیری و خواص سطحی ماهوارهها را در اختیار رصدخانهها قرار دهند تا نرمافزارها بتوانند عبور ماهوارهها را پیشبینی و در تصاویر ماسک کنند. این رویکرد به کاهش خسارت کمک میکند، اما از بین بردن کامل از دست رفتن داده یا بار پردازشی اضافی جلوگیری نمیکند. همچنین نیازمند استانداردسازی دادههای تلهمتری و توافقات بینالمللی برای اشتراک در زمان واقعی است؛ مسألهای که از منظر سیاستگذاری و محرمانگی تجاری پیچیده است.
تغییرات طراحی
- روکشهای تیره و مواد کم بازتاب: استفاده از پوششهای مات یا جذبکننده میتواند بازتابپذیری (albedo) ماهوارهها را کاهش دهد، اما این کار ممکن است با نیازهای خنکسازی، تابش حرارتی و الزامات انتقال داده در تناقض باشد.
- سایهبانها و ساختارهای ضدتابش: ایجاد سایهبان یا آرایههایی با طراحی خاص میتواند جهتی که نور بازتاب میشود را کنترل کند، اما افزایش اندازه و پیچیدگی سازه میتواند هزینه و جرم را بالا ببرد.
- استراتژیهای جهتگیری: تدوین الگوریتمهای عملیاتی که ماهوارهها را در مواقع حساس (مثلاً طی پنجرههای رصدی بزرگ) طوری جهتدهی کنند که کمترین بازتاب را داشته باشند، میتواند مؤثر باشد؛ با این حال این رویکرد نیازمند هماهنگی زمانبندی و قابلیت مانور است.
همزمان، روند بزرگتر شدن ماهوارهها برای پاسخگویی به نیاز رو به رشد داده، بهویژه برای هوش مصنوعی و پهنباند، باعث میشود کاهش درخشندگی چالشزاتر شود. اجرامی با مساحت ١٠٠ متر مربع هماکنون به اندازه درخشانترین ستارگان دیده میشوند؛ و برنامههایی برای پلتفرمهایی با مساحت حدود ٣٠٠٠ متر مربع وجود دارد که میتوانند در آسمان به درخشندگی شبیه سیارات برسند. افزایش سطح مقطع مؤثر (effective cross-sectional area) ماهوارهها منجر به افزایش آشکار نور بازتابی و طولانیتر شدن مدت حضور در میدان دید میشود.
راهحلهای نرمافزاری و پردازشی
رندرهای پیشبینیشده عبور ماهواره و الگوریتمهای حذف خودکار خطوط (streak removal) میتوانند بخش بزرگی از مشکل را کاهش دهند، بهویژه زمانی که اپیمرایدس دقیق در دسترس باشد. تکنیکهای یادگیری ماشین برای تفکیک ردهای مصنوعی از سیگنالهای واقعی در حال پیشرفتاند، اما این روشها نیازمند حجم بالایی از دادههای آموزشی، اعتبارسنجی دقیق و زمان محاسباتی زیاد هستند. علاوه بر این، هر روش حذف باید طوری طراحی شود که سیگنال نجومی واقعی حذف نشود؛ یکی از دلایل اهمیت تست و اعتبارسنجی مستقل است.
جنبههای قانونی و سیاستگذاری
کاهش قابلتوجه در پرتاب ماهوارهها از منظر سیاسی و اقتصادی بعید به نظر میرسد، چرا که رقابت بین ارائهدهندگان اینترنت ماهوارهای و تقاضای صنایع پردازش داده شدید است. تقریباً سهچهارم ماهوارههای کنونی LEO متعلق به یک شرکت هستند، اما پیشبینیها نشان میدهند که این نسبت با ورود کشورهای بیشتر و شرکتهای نوپا به بازار کاهش خواهد یافت. این تحول نیازمند چارچوبهای مقرراتی بینالمللی است که هم توسعه اقتصادی و هم حفاظت از میراث علمی نجومی را در نظر بگیرد.
دیدگاههای تخصصی
دکتر النا وارگاس، اخترفیزیکدانی که در نظرسنجیهای رصدی تخصص دارد، میگوید: «مسئله تنها تخریب تصاویر نیست. مسئله این است که کاملت نظرسنجیها و آستانههای کشف گذراها بهصورت غیرقابلپیشبینی تغییر خواهند کرد. این موضوع برنامههای پایش بلندمدت را تضعیف میکند و ممکن است تغییرات اساسی در استراتژی رصد یا طراحی ابزارها را الزامی سازد. هماهنگی در کاهش اثرات و توجه مقرراتی اکنون ضروری است، نه بعداً.»
نکته کلیدی از منظر استراتژیک این است که جامعه علمی، اپراتورهای تجاری، سازمانهای بینالمللی و قانونگذاران باید با هم کار کنند تا راهحلهای قابلاعتمادی بیابند. این شامل الزام به گزارش شفاف اپیمرایدس، تشویق به طراحیهای کمبازتاب و تعریف پنجرههای زمانی هماهنگشده برای پخشهای پرتاب یا عملیات حساس است. همچنین ایجاد سازوکارهای مالی و انگیزشی برای شرکتها که طراحی مُدلها را با معیارهای نجومی سازگارتر کنند، میتواند مفید باشد.
جمعبندی و گامهای عملی پیشنهادی
جامعه نجومی در یک تقاطع قرار دارد. گسترش سریع ظرفیتهای تجاری در مدار پایین زمین وعده اتصال جهانی و خدمات جدید را میدهد، اما در عین حال رصدهایی را که درک ما از کیهان را گسترش میدهند، به خطر میاندازد. گامهای عملی که میتوانند بدترین تأثیرات را کاهش دهند عبارتاند از:
- بهبود بهاشتراکگذاری تلهمتری ماهواره (اپیمرایدس دقیق، جهتگیری و مشخصات بازتابی) بین اپراتورها و رصدخانهها.
- ترویج و الزام طراحیهای کمانعکاس (روکشها، سایهبانها، جهتگیریهای عملیاتی) در توسعه صورتهای فلکی تجاری.
- هماهنگی مقرراتی بینالمللی برای مدیریت رشد کنترلنشده ظرفیتِ LEO و تعریف استانداردهای گزارشدهی و شفافیت.
- سرمایهگذاری در روشهای پردازش داده و الگوریتمهای حذف رگهها و تفکیک گذراها تا اثرات بر علم کاهش یابد.
بدون اتخاذ این اقدامات، تلسکوپهای فضایی نزدیک به زمین و رصدخانههای زمینی ممکن است بهتدریج توانایی خود را برای ثبت تصاویر ضعیف و بکر کیهان از دست بدهند. این موضوع نهتنها یک چالش فناوری است، بلکه یک مسئله سیاستگذاری و اخلاقی است که نیازمند همکاری بینبخشی فوری است تا هم نوآوریهای تجاری و هم حفاظت از دانش نجومی بهطور متوازن پیش بروند.
منابع و ارجاعات پیشنهادی
برای بررسیهای بیشتر و جستجوی مراجع میتوان به مقالههای منتشرشده در نشریاتی مانند Nature، گزارشهای مأموریتهای SPHEREx و مستندات ESA و مقالات مرتبط با تلسکوپ Xuntian مراجعه کرد. همچنین مطالعات فنی در زمینه اپیمرایدس، الگوریتمهای حذف رد و تحلیل ریسک برای اجسام نزدیک به زمین (NEO) میتواند برای برنامهریزان مأموریت و قانونگذاران مفید باشد.
منبع: sciencealert
ارسال نظر