天文学家想出了减少卫星轨迹影响的巧妙方法

晴朗的天空是大多数天文学家拍摄宇宙的先决条件。然而，随着卫星轨迹的增加，天文学家在他们的图像中看到了更多的条纹。对于使用专业地面和轨道望远镜的人来说尤其如此。当哈勃太空望远镜在天空中睁开眼睛时，只有不到500颗卫星绕着我们的星球运行。现在，已经有近八千只，在长空留下了它们的印记。

HST图像中的铅笔细条纹有可能“遮住”一个关键目标。或者，它们可能会毁掉整个观测过程。这台望远镜运行起来并不便宜，所以一次光轰炸的观察要花掉纳税人大量的钱。那么，如果出现卫星条纹，HST天文学家会怎么做呢?

事实证明，卫星轨迹对那台望远镜来说不像对其他望远镜那样是个大问题。根据STScI的戴夫·斯塔克(DaveStark)的说法，那是因为有一种技巧可用于HST图像校准。“我们开发了一种识别卫星轨迹的新工具，它比以前的卫星软件有所改进，因为它更加敏感。因此我们认为它会更好地识别和删除哈勃图像中的卫星轨迹，”他说。

Stark使用的工具基于一种广泛的图像分析技术，称为氡变换。这是一个类似于傅里叶变换的数学“技巧”。两者都可用于重建图像。而且，这意味着卫星轨道目前还不会对望远镜的持续观测构成巨大威胁。

斯塔克将该工具应用于哈勃高级巡天相机(ACS)的卫星轨迹。每一次哈勃科学观测都来自同一天体目标的多次曝光。穿过视野的卫星通常出现在一个帧中，而不是下一个连续的帧中。今天，HST大约百分之十的观测受到卫星轨迹的影响。

“我测量的卫星平均宽度为5到10个像素，”Stark说。“ACS的最宽视野是4,000像素，因此典型的轨迹将影响不到0.5%的单次曝光。因此我们不仅可以标记它们，而且它们不会影响单个哈勃图像中的大部分像素。即使作为卫星数量增加，我们清理图片的工具仍然有用。”

查找和屏蔽卫星轨迹

Stark和合作者开发了一种屏蔽程序，可以识别坏像素的位置、它们对图像的影响程度，然后将它们调出。“当我们标记它们时，在结合所有曝光的数据后，我们应该能够毫无问题地恢复整个视野，”斯塔克说。

就目前而言，该软件工具汇总了给定HST图像上每条可能直线路径上的所有光线。通过这种方式，它可以识别和表征图像中的线性特征。这种方法结合了来自卫星轨迹的所有光线，使其在转换后的图像中“弹出”。这种方法甚至适用于那些在原始图像中非常微弱的图像。它加入了天文学家多年来用来“清理”HST观测的广泛工具目录。

2019年5月25日星期六晚上，美国亚利桑那州洛厄尔天文台的望远镜拍摄了NGC5353/4星系群的图像。穿过图像的对角线是超过25颗Starlink卫星反射光的卫星轨迹当他们穿过望远镜的视野时。图片来源：VictoriaGirgis/洛厄尔天文台

地面望远镜和卫星轨道怎么样?

困扰HST的卫星让天文学家在使用专业地面望远镜进行观测时犹豫不决。事实证明，他们可以适应巨型星座。然而，它需要大量关于这些卫星的遥测数据。这将允许天文学家在计划观测时“围绕”卫星“编程”。而且，大多数设施将需要制定类似的数学解决方法来事后修复图像。

显然，减轻卫星的影响很有意义，这样它们就不会对天文学构成如此大的挑战。也有人建议卫星系统运营商试图限制其天基资产的可见性，以使条纹不那么明显。

这些卫星对地面设施的最终影响是什么?例如，智利VeraC.Rubin望远镜的操作员担心该望远镜至少30%的观测会受到卫星条纹的影响。这尤其具有挑战性，因为望远镜的建造是为了观察从遥远(而且非常微弱)的星系到具有潜在威胁的近地小行星的一切事物。Rubin的工作人员正在与SpaceX工程师合作(例如)找出减轻Starlink卫星影响的方法。此外，他们必须找出软件变通办法，就像HST人员为他们的观察所做的那样。

避免卫星轨迹的行业指南

有一些既定指南可以帮助减少各种设施的卫星路径。除了使卫星反射率变暗和提供准确的遥测外，它们还包括将轨道高度保持在600公里以下(以减少晚些时候可见的卫星数量)，调整太阳能电池板等反射面的方向，使其不会将阳光反射回地球，并减少卫星的数量。

从理论上讲，采用所有减少卫星轨迹的指导方针应该会使每个人更容易拍摄夜空，同时仍能满足对这些卫星星座提供的服务不断增长的需求。