美国商业航天公司SpaceX建设的星链,作为全球规模最大的低轨星座,目前在轨卫星总数已超过一万颗,其终极目标是发射超4万颗卫星,构建全球最大的互联网卫星星座。

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星链建设初期,就引起天文学家的担忧:随着星座规模不断膨胀,最终地面天文观测窗口会受到严重干扰!尽管后期星链卫星在设计上做了一些改进,以降低对地面天文观测的影响,但由于卫星数量庞大,再加上其他低轨星座也如雨后春笋般涌现,现在地面光学望远镜和射电望远镜在观测宇宙天体时,已经受到了不可忽视的干扰。

对于地面光学望远镜,大量低轨卫星不仅会产生光污染,还会在长曝光图像上留下过曝白线,影响观测效率。对于地面射电望远镜,大量低轨卫星发出的无线电信号会产生电磁噪声,过境时还会产生遮挡、暂时屏蔽一小块天区。

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位于贵州平塘县的喀斯特洼坑中的500米口径球面射电望远镜(FAST),被誉为“中国天眼”,它是我国自主建造的世界最大、最灵敏的单口径射电望远镜。自2016年建成以来,科学家利用它已在天文学方面做出了诸多成就,例如迄今已用它发现1000多颗新脉冲星。

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中国天眼”是2016年建成的,而星链是2019年开建的。作为目前世界上最大的射电望远镜之一,以星链为代表的低轨卫星会对其产生严重干扰吗?

“中国天眼”是射电望远镜,星链等低轨卫星带来的干扰肯定是存在的,但并没有大家想象中的那么严重!天眼主要用来接收宇宙长波,相当于宇宙收音机,其工作主频段(70MHz–3GHz)与星链通信主频段(10GHz以上)是错开的,主要是卫星被动泄露的低频电子杂散辐射会产生一定程度的干扰。与这相比,地面的手机、基站、电台、雷达与天上的气象卫星、导航卫星等发出的无线电信号才是主要干扰源,为此天眼所在的方圆数公里区域均属于无线电静默保护区。

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短短几年内,近地轨道的卫星数量增加了上万颗,现在来自天空的干扰确实比以前高很多。但抗干扰能力也在不断增强,通过轨道预报、升级抗干扰算法,星链等低轨卫星产生的电磁噪声基本是可以规避的,只会短暂、局部地产生一点干扰,完全废不掉天眼,天眼的核心科学能力基本不受影响!

随着地球轨道上的卫星越来越多,以后的天文观测阵地肯定要从地面转向太空。不过,在太空或者月球上架设大型天文望远镜,不仅技术难度大,成本也十分高昂,所以“中国天眼”的科研价值仍然十分巨大。

据中国科学院国家天文台副台长、“中国天眼”总工程师姜鹏透露:天眼升级工程已经于2026年4月全面启动了!

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2025年便已建成2台40米样机天线,并完成了与天眼的联合观测,证明方案可行。该升级工程计划在天眼周边建设数十台40米口径的全可动射电天线,组成以天眼为中心的综合口径阵列,使其从“单眼”升级为“复眼”,让不仅能让天眼的分辨率和灵敏度均获得大幅度提升,还能进一步增强其抗电磁干扰能力。

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整个升级工程预计2030年左右才能完工,全面建成后,其观测分辨率预计最高可提升至现在的200倍左右,实现对遥远宇宙天体的高分辨率成像,这将更有利于暗星系、快速射电暴等天文观测,还可服务于近地小行星预警等深空探测。升级完成后,将更加强有力地巩固中国在射电天文学领域的国际领先地位!