Количество искусственных спутников на околоземной орбите продолжает стремительно расти. Если ещё несколько десятилетий назад астрономы имели дело лишь с несколькими тысячами космических аппаратов, то сегодня их число измеряется десятками тысяч, а в ближайшие годы может увеличиться до сотен тысяч. Такой рост вызывает серьёзную обеспокоенность научного сообщества, поскольку спутники всё чаще мешают работе наземных телескопов.
Во время наблюдений яркие аппараты оставляют на снимках длинные светящиеся полосы, закрывают слабые объекты и снижают качество астрономических данных. Особенно остро проблема стоит для новых широкоугольных обзоров неба, которые должны регулярно фотографировать огромные участки небесной сферы.
Новое исследование предлагает один из наиболее перспективных способов решения этой проблемы. Учёные разработали специальное ультрачёрное покрытие, способное значительно уменьшить отражение солнечного света от поверхности спутников и сделать их гораздо менее заметными для наземных обсерваторий.
Почему спутники стали проблемой для астрономии
Большинство искусственных спутников сами не излучают свет.
Мы видим их потому, что солнечные лучи отражаются от металлических конструкций, солнечных батарей и других элементов аппарата.
Когда спутник проходит через поле зрения телескопа, на изображении появляется яркая линия.
Для обычных фотографий это может быть лишь небольшим дефектом.
Однако для научных наблюдений подобные следы становятся серьёзной проблемой.
Современные телескопы способны фиксировать чрезвычайно слабое свечение далёких галактик, астероидов и других объектов. Даже один яркий спутник способен испортить часть полученных данных.
Масштаб проблемы быстро растёт
Особенно сильно ситуация изменилась с появлением крупных спутниковых группировок.
Компании и государственные организации активно разворачивают системы спутниковой связи, навигации и дистанционного зондирования Земли.
Количество аппаратов на низкой околоземной орбите увеличивается практически каждый месяц.
По оценкам специалистов, в будущем их число может возрасти ещё многократно.
Это означает, что вероятность появления спутника в кадре во время наблюдений будет постоянно увеличиваться.
Для некоторых телескопов подобные пересечения уже стали обычным явлением.
Почему нельзя просто сделать спутники меньше
На первый взгляд решение кажется очевидным — уменьшить размеры аппаратов.
Однако современные спутники должны выполнять множество сложных задач.
Им необходимы:
- солнечные панели;
- антенны;
- системы ориентации;
- радиаторы охлаждения;
- научные приборы;
- оборудование связи.
Все эти элементы имеют определённые размеры и зачастую хорошо отражают солнечный свет.
Поэтому полностью избавиться от проблемы только за счёт уменьшения спутников невозможно.
В чём заключается новая разработка
Авторы исследования сосредоточились на другом подходе.
Они создали специальное ультрачёрное покрытие, которое отражает чрезвычайно малую долю падающего света.
Подобные материалы уже используются в некоторых научных приборах, однако новое решение разрабатывалось специально с учётом условий космического пространства.
Главная задача покрытия — максимально поглощать солнечный свет вместо того, чтобы отражать его обратно в сторону Земли.
Если большая часть поверхности спутника перестанет ярко блестеть, аппарат станет значительно менее заметным для телескопов.
Почему создать такое покрытие непросто
Космос предъявляет к материалам исключительно жёсткие требования.
Покрытие должно выдерживать:
- резкие перепады температуры;
- воздействие ультрафиолетового излучения;
- поток заряженных частиц;
- вакуум;
- многолетнюю эксплуатацию без обслуживания.
Кроме того, оно не должно значительно увеличивать массу спутника или ухудшать работу его оборудования.
Именно поэтому разработка подобных материалов требует большого количества испытаний.
Что означает «ультрачёрный материал»
Обычные тёмные краски всё равно отражают заметную часть света.
Ультрачёрные покрытия работают иначе.
Их микроскопическая структура заставляет свет многократно отражаться внутри материала, постепенно теряя энергию.
В результате наружу возвращается лишь очень небольшая часть падающего излучения.
Для человеческого глаза такие поверхности выглядят почти абсолютно чёрными.
Если аналогичное покрытие использовать на внешних элементах спутников, их яркость может существенно снизиться.
Какие преимущества это даст астрономии
Даже частичное уменьшение яркости спутников способно заметно улучшить качество наблюдений.
Особенно выиграют крупные обзорные телескопы, которые регулярно фотографируют большие участки неба.
Меньшее количество ярких полос позволит:
- повысить качество научных снимков;
- сократить время последующей обработки данных;
- уменьшить вероятность потери слабых объектов;
- повысить эффективность поиска астероидов;
- улучшить наблюдения далёких галактик.
Для некоторых научных программ это имеет принципиальное значение.
Почему проблема касается не только профессиональных астрономов
Яркие спутники становятся всё заметнее и для обычных любителей астрономии.
Во время наблюдений они могут пересекать поле зрения телескопа или появляться на астрофотографиях.
Чем больше аппаратов выводится на орбиту, тем чаще подобные ситуации происходят.
Поэтому снижение яркости спутников будет полезно не только крупнейшим мировым обсерваториям, но и тысячам любителей, занимающихся наблюдениями ночного неба.
Одного покрытия недостаточно
Авторы исследования подчёркивают, что ультрачёрное покрытие не является универсальным решением.
Для уменьшения влияния спутников потребуется целый комплекс мер.
Среди возможных направлений:
- выбор оптимальной ориентации аппаратов относительно Солнца;
- изменение конструкции отдельных элементов;
- использование менее отражающих материалов;
- обмен информацией между спутниковыми операторами и обсерваториями;
- разработка новых алгоритмов обработки изображений.
Только сочетание различных технологий позволит существенно снизить влияние спутниковых группировок на астрономию.
Баланс между развитием космоса и наукой
Современные спутниковые системы приносят огромную практическую пользу.
Они обеспечивают:
- глобальную связь;
- навигацию;
- прогнозирование погоды;
- мониторинг природных катастроф;
- дистанционное наблюдение Земли.
Поэтому речь не идёт об отказе от развития космической инфраструктуры.
Главная задача состоит в том, чтобы сделать её максимально совместимой с научными исследованиями.
Почему эта проблема становится всё актуальнее
Следующее поколение наземных телескопов будет значительно чувствительнее нынешних.
Они смогут обнаруживать всё более слабые и удалённые объекты, искать потенциально опасные астероиды, изучать структуру далёких галактик и исследовать природу тёмной материи и тёмной энергии.
При этом даже относительно слабые отражения от спутников способны снижать эффективность таких наблюдений.
Поэтому разработка новых материалов уже сегодня становится важной частью подготовки к будущим астрономическим проектам.
Шаг к более «тёмному» небу
Новое исследование показывает, что современные материалы способны помочь решить одну из самых быстрорастущих проблем наблюдательной астрономии. Ультрачёрное покрытие не устранит влияние спутников полностью, но может значительно уменьшить их яркость и сделать прохождение аппаратов через поле зрения телескопов гораздо менее заметным.
По мере роста числа спутников подобные технологии будут приобретать всё большее значение. Они позволяют сохранить возможности наземной астрономии без отказа от дальнейшего освоения околоземного пространства, помогая найти баланс между развитием космических технологий и сохранением качества научных наблюдений ночного неба.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
