太空垃圾将成为维拉鲁宾的一个问题

维拉鲁宾天文台(VRO)与其他大型望远镜不同，这种差异使其更容易受到太空垃圾的影响。其他望远镜，如巨型麦哲伦望远镜和欧洲极大望远镜，则聚焦于遥远的物体。但VRO的工作是在10年内对整个可用夜空进行重复成像，发现瞬变和可变物体。

所有这些太空垃圾看起来都像是短暂事件，会损害VRO的视野并污染其结果。

在一份等待发表的新研究报告中，哈佛大学物理学家/天文学家AviLoeb指出了太空垃圾将如何影响VRO的工作。论文“LSST图像中的空间碎片耀斑”可在预印本服务器arXiv上获取。LSST是传统时空勘测，是VRO的主要观测工作。

这个问题源于太空垃圾以及VRO的极端敏感性，这是其成功的关键部分。

勒布写道：“由于维拉·C·鲁宾天文台的卓越灵敏度，我们预测其即将发布的LSST图像将受到近地轨道(LEO)厘米级空间碎片的大量耀斑污染。”“这些近地轨道天体发出的毫秒级耀斑预计会产生几角秒的可检测图像条纹，AB星等亮度超过14。”

众所周知，我们的太空垃圾问题正在变得越来越严重。ESA表示，截至2023年12月6日，有1.3亿个尺寸在0.1-1厘米范围内的天体绕地球运行。还有100万个1-10厘米之间的物体和36,500个大于10厘米的物体。随着如此多的发射，问题变得越来越严重。太空是一个新兴的经济体，随之而来的是一定数量的垃圾。

并非所有这些物体都位于关键的近地轨道区域，但其中很大一部分位于。勒布表示，这些碎片对VRO具有影响。勒布写道：“在本说明中，我们研究了这些近地轨道碎片对智利维拉·C·鲁宾天文台即将进行的遗留时空巡天(LSST)的影响。”

当谈到VRO的图像时，碎片的大小并不是真正重要的。物体的反照率才是真正的问题。反照率可以随着大小而缩放，但并非总是如此。

没有办法测量太空垃圾碎片的单个反照率，但在这项工作中，勒布通过将物体的半径和距离与其被太阳照射的一侧相结合来计算反照率。这就产生了它将反射的光的比例。

我们已经知道太空垃圾如何反射光，因为我们可以通过兹威基瞬态设施看到它。它与VRO类似，都检测瞬态光源。“来自兹威基瞬态设施(ZTF)的数据表明，来自已知LEO卫星的阳光闪烁会产生持续时间为10-3±0.5秒的闪光。”那是极其短暂的闪光。

但VRO及其LSST将访问天空的每一块30秒，并连续进行15秒的曝光。问题是碎片正在移动，它不只是闪光，而是产生了一条条纹。勒布写道：“因此，耀斑发出的光预计传播时间不会超过几角秒，与LSST曝光时间无关，LSST曝光时间长了4个数量级。”

这对VRO意味着什么?

这不好。根据勒布的说法，能够产生有问题的条纹的物体数量“超过了绕地球运行的大型卫星的数量”一个数量级。美国太空监视网络定期跟踪卫星，并建立了轨道物体目录，可以帮助VRO解决问题。但正如勒布指出的那样，“在整个碎片群中，只有3.515×104(351,500)个物体被太空监视网络定期跟踪和编目。”

图像中的光条纹只是问题的一部分。还有一个更普遍的问题，即来自所有卫星和碎片的综合光。

其他研究人员研究了这个问题及其对地面天文学的影响。《自然天文学》2023年3月发表的一篇论文表明，到2030年，来自太空垃圾和运行卫星的反射光将使VRO的漫射背景亮度增加7.5%。这意味着VRO的LSST效率将降低7.5%。这将使为期10年的LSST的成本增加超过2000万美元。

卫星及其可预测的轨道意味着它们应该更容易处理。事实上，LSST团队有一个应对卫星的计划。他们提出了一个更新的调度程序来缓解这个问题。《天体物理学杂志快报》上的一篇论文的作者写道：“总体而言，牺牲10%的LSST观测时间来避开卫星，可以将LSST访问中出现条纹的比例减少2倍。”

将太空碎片的责任归咎于那些试图透过太空碎片看到天空的人似乎是不合理的。任何长期解决方案都必须包括两件事：清理近地轨道和达成停止进一步污染的国际协议。

欧洲航天局正在解决空间碎片问题。欧空局在宣布零碎片宪章时写道：“1.3亿块比一毫米大的太空碎片绕地球运行，威胁着现在和未来的卫星。”

“每周一次，一颗卫星或火箭体会失控地穿过我们的大气层。太空中的行为必须改变。”虽然该宪章的主要目的是减少碰撞风险，但它将有利于地面天文学。

美国宇航局也在寻求解决方案。他们的“检测、跟踪和修复：小空间碎片的挑战”竞赛正在向全球各地的人们寻求创新的解决方案。

这些都是伟大的举措，但VRO预计将于2025年1月上旬首次亮相。太空卫星和卫星星座问题的解决方案很可能触手可及。但碎片是一个更棘手的问题。

“然而，上述数字表明，未追踪的空间碎片造成的图像污染可能会带来更大的挑战，”勒布总结道。