[论文解读] A Report to ESO Council on the Impact of Satellite Constellations

Andrew Williams, O. Hainaut+5 more|arXiv (Cornell University)|Aug 9, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 7被引用 4

一句话总结

本报告评估了计划中的卫星星座——特别是近地轨道中多达80,000颗卫星——对欧洲南方天文台（ESO）地基天文设施的影响，重点聚焦帕拉纳天文台。报告量化了卫星在地平线附近的可见性，并提出了缓解策略及整个天文社区的应对措施，以减少对天文观测的干扰。

ABSTRACT

Up to 100,000 satellites could be launched into Low Earth Orbit (LEO) in the coming decade. Assuming the two most advanced companies' plans are realised, close to 80,000 satellites will be present at a variety of altitudes between 328 - 1,325 km. At Paranal, more than 5,000 satellites will be over the horizon at any given time. Of these, depending on the hour of night and season, a few hundred to several thousand will be illuminated by the sun and potentially detectable. Satellites show a very strong concentration towards the local horizon, with over 50% of the satellites below 20 degrees elevation. This report informs ESO's Council of the impacts on ESO facilities, mitigation measures that ESO could adopt in the future, and the various community efforts in which ESO is involved.

研究动机与目标

• 评估近地轨道中巨型卫星星座对地基天文观测日益增长的威胁。
• 量化在ESO帕拉纳天文台上空，特别是在夜间观测时段，可见的卫星数量及其可见性。
• 评估靠近地平线区域卫星的集中程度，因其对光学与近红外天文学构成最大风险。
• 为ESO及整个天文社区提出可执行的缓解措施，以减少卫星干扰。
• 向ESO理事会通报协调应对措施的紧迫性，以保护地基天文数据的完整性。

提出的方法

• 基于两家主要公司提供的最新计划，对卫星分布进行建模，预测在328至1,325公里高度范围内部署多达80,000颗卫星。
• 利用轨道力学和星历表数据，模拟卫星经过帕拉纳天文台上空的轨迹，计算其仰角和光照条件。
• 按夜间时段和季节分析可见窗口，以确定天文观测期间卫星暴露的峰值时段。
• 评估位于20度以下仰角的卫星比例，因其最可能干扰望远镜观测。
• 评估潜在的缓解技术，如卫星脱轨、遮阳罩设计及操作调整，以降低亮度。
• 与国际天文学及空间机构合作，推动可持续空间使用的政策与技术标准。

实验结果

研究问题

• RQ1 在任何给定时间，帕拉纳天文台上空将有多少颗卫星可见？这一数量如何随夜间时段和季节变化？
• RQ2 其中有多少比例的卫星位于20度以下仰角，从而最可能干扰天文观测？
• RQ3 在夜间观测期间，有多少比例的卫星会被太阳照亮，因而可被探测到？
• RQ4 可实施哪些技术与操作缓解策略以减少卫星亮度与干扰？
• RQ5 天文社区与空间机构可采取哪些协调行动，以最小化对地基天文长期影响？

主要发现

• 由于巨型星座的部署，预计在任何给定时间，帕拉纳天文台上空将有超过5,000颗卫星位于地平线上方。
• 在夜间观测期间，有数百至数千颗卫星可能被太阳照亮并可见。
• 超过50%的可见卫星将位于20度以下仰角，显著增加了其干扰天文成像的潜在风险。
• 可见卫星数量在夜间时段和季节间存在显著差异，峰值可见性出现在黄昏及冬季月份。
• 当前卫星部署轨迹对地基天文数据的测光与光谱完整性构成重大威胁。
• 必须采取主动缓解措施，包括卫星设计改进与操作协调，以保护未来天文观测的质量。