Астрономы выражают тревогу в связи с планами запуска спутников, которые будут целенаправленно создавать световое загрязнение. В отличие от современных спутников, отражающих солнечный свет и загрязняющих окружающую среду как побочный эффект, новые аппараты американского стартапа Reflect Orbital будут специально предназначены для этого.
Компания обещает «солнечный свет по требованию», используя зеркала для направления солнечного света на Землю, чтобы поддерживать работу солнечных электростанций после захода солнца. Запуск первого 18-метрового спутника Earendil-1 запланирован на 2026 год. По последним данным, к 2030 году на орбите может появиться около 4000 таких спутников.
Возникает вопрос: насколько сильным будет световое загрязнение? И сможет ли Reflect Orbital выполнить свои обещания?
Отражающийся солнечный свет
Спутники Reflect Orbital, как солнечные лучи, отражающиеся от циферблата часов, будут использовать зеркала для направления света на участки Земли. Однако их масштаб гораздо значительнее. Эти спутники будут вращаться на орбите на высоте около 625 километров над Землей, а их зеркала будут достигать диаметра 54 метра.
Если направить свет от часов на ближайшую стену, пятно будет ярким. Но если попытаться осветить дальнюю стену, пятно станет больше и слабее.
Солнце — не точка на небе, а диск, занимающий полградуса. Это значит, что на больших расстояниях солнечный луч, отражённый от плоского зеркала, тоже расходится под углом в полградуса.
Как это работает? Рассмотрим спутник, который отражает солнечный свет на расстояние около 800 км. Спутник находится на высоте 625 км, поэтому он не всегда прямо над головой. Из-за этого освещённый участок земли будет иметь диаметр не менее 7 км.
Даже изогнутые зеркала или линзы не могут сфокусировать свет в более узкую точку из-за большого расстояния и угла падения солнечных лучей.
Насколько ярким будет этот отражённый свет? Для 54-метрового спутника он будет в 15 000 раз тусклее полуденного Солнца, но всё равно значительно ярче полной Луны.
Тест с воздушным шаром
В прошлом году Бен Новак, основатель Reflect Orbital, опубликовал короткое видео. В нём он рассказал об испытании «последнего элемента перед запуском в космос» — отражателя, который транспортировали на воздушном шаре.
В ходе эксперимента плоское квадратное зеркало диаметром около 2,5 метра направляло луч света на солнечные панели и датчики. В одном из опытов команда зафиксировала 516 ватт света на квадратный метр, когда воздушный шар находился на высоте 242 метров.
Для сравнения, полуденное Солнце производит около 1000 ватт на квадратный метр. Поэтому 516 ватт — это примерно половина, что вполне достаточно.
Однако, если бы мы перенесли этот эксперимент в космос, возникли бы сложности. Спутники находятся на расстоянии 800 км от исследуемой области. Чтобы достичь такого же эффекта, рефлектор должен быть размером 6,5 на 6,5 км — это 42 квадратных километра. Строительство такого огромного рефлектора было бы крайне сложно и нецелесообразно. Поэтому испытания с воздушным шаром имеют свои ограничения.
Что планирует сделать Reflect Orbital?
Reflect Orbital предлагает концепцию «простых спутников в правильной группировке», которые будут освещать солнечные электростанции. Их цель — обеспечить освещение мощностью 200 Вт на квадратный метр, что составляет 20% от полуденного солнечного света.
Но смогут ли спутники меньшего размера справиться с этой задачей? Один 54-метровый спутник излучает свет в 15 000 раз слабее полуденного солнца. Для достижения желаемого уровня освещения потребуется 3000 таких спутников. Это слишком много для освещения одного региона.
Кроме того, спутники на высоте 625 км летают со скоростью 7,5 км/с. Это значит, что спутник будет находиться в пределах 1000 км от заданной точки не более 3,5 минут. Следовательно, 3000 спутников обеспечат освещение лишь на несколько минут. Чтобы осветить хотя бы час, потребуется ещё тысячи спутников.
Компания Reflect Orbital амбициозно заявляет, что на орбитах высотой 600 км разместит 250 000 спутников. Это больше, чем всех каталогизированных спутников и крупных кусков космического мусора вместе взятых.
Однако, исходя из наших расчётов, такое количество спутников сможет осветить лишь 20% полуденного солнечного света в 80 местах одновременно. На практике из-за облачности освещённых мест будет ещё меньше.
Кроме того, из-за высоты спутников они смогут освещать большинство мест только вблизи сумерек и рассвета, когда зеркала на низкой околоземной орбите будут освещены солнцем.
Понимая это, Reflect Orbital планирует разместить своё созвездие спутников выше линии дня и ночи на солнечно-синхронных орбитах, чтобы они постоянно находились под солнечным светом.
Яркий свет
Зеркальные спутники не станут практичным решением для производства солнечной энергии ночью. Зато они могут вызвать световое загрязнение.
Уже сейчас вечером спутники и космический мусор заметны на небе, хотя они не предназначены для яркости. По плану Reflect Orbital, тестовый спутник иногда будет светить ярче полной Луны.
Созвездие таких зеркал разрушит астрономию и будет опасно для астрономов. Для тех, кто смотрит в телескоп, поверхность зеркала может быть ярче Солнца, что грозит слепотой.
Световое загрязнение помешает людям видеть космос и нарушит суточные ритмы животных.
Хотя Reflect Orbital хочет освещать конкретные места, лучи спутников будут охватывать всю Землю. Ночное небо может сверкать ярче лунного.
Компания не ответила на опасения The Conversation, но сообщила Bloomberg, что будет направлять солнечный свет «кратковременно, предсказуемо и целенаправленно», избегать обсерваторий и сообщать о местоположении спутников, чтобы учёные могли планировать работу.
Число спутников, видимых вечером, резко возросло.
Пока неизвестно, сдвинется ли проект Reflect Orbital с мёртвой точки. Компания, возможно, запустит испытательный спутник, но до того, как 250 000 огромных зеркал будут постоянно вращаться вокруг Земли, чтобы обеспечивать работу некоторых солнечных электростанций на несколько дополнительных часов в день, ещё далеко.
Майкл Дж. И. Браун , доцент кафедры астрономии Университета Монаша
Мэтью Кенворти , доцент кафедры астрономии Лейденского университета