في غضون بضع سنوات فقط، مجموعات ضخمة من الأقمار الصناعية لقد تحولت من كونها وعدًا عظيمًا للاتصالات العالمية إلى مصدر قلق بالغ لعلم الفلك. ما كان في السابق نقاشًا تقنيًا بحتًا، تحول إلى تحذير واضح من المجتمع العلمي: إذا لم يُتخذ إجراء في الوقت المناسب، فقد تصبح الأقمار الصناعية أكثر وضوحًا من النجوم نفسها في الصور العلمية.
عمل جديد نشر في المجلة الطبيعة لقد حددت بوضوح مشكلة كان العديد من علماء الفلك ينتقدونها بشكل مجزأ. وخلصت الدراسة إلى أن مدارات أرضية منخفضةإن الفضاء المشبع بالأقمار الصناعية المخصصة للاتصالات والمراقبة، يمكن أن يعرض للخطر بشكل خطير فائدة التلسكوبات الفضائية، بما في ذلك بعض المشاريع الرئيسية التي تشارك فيها أوروبا والتي تشارك إسبانيا في تنسيقها.
سماء مليئة بالأقمار الصناعية: من 2.000 إلى مئات الآلاف
لقد حذر الاتحاد الفلكي الدولي بالفعل منذ بضع سنوات من أن الوقت سيأتي عندما ستكون مسارات الأقمار الصناعية أكثر وفرة من النجوم في العديد من الملاحظات. ما بدا آنذاك تحذيرًا طويل الأمد بدأ يتحقق أسرع بكثير من المتوقع، نظرًا لمعدل نمو أسطول المركبات الفضائية في المدار.
في عام 2019 تم تقدير وجود حوالي 2.000 قمرا صناعيا تعمل حول العالم. واليوم، تتراوح الأرقام بين 12.000 ألفًا و15.000 ألف وحدة، وهي قفزة مدفوعة بـ خفض تكاليف الإطلاق ولكن في الواقع، فإن هذا ليس هو الحال دائما، ويرجع ذلك إلى التنظيم الدولي المتراخي للغاية، والذي سهّل توسع المشاريع الخاصة مثل ستارلينك (سبيس إكس) أو ون ويب أو غيرها من الأنظمة الوطنية والتجارية.
أقل ما يمكن قوله هو أن أحدث التوقعات مثيرة للقلق. ووفقًا لقواعد بيانات الإطلاقات المخطط لها والتقديرات المستخدمة في الدراسة، قد يصل عدد الانبعاثات بحلول منتصف القرن إلى ما يصل إلى 560.000 قمرا صناعيا في مدار أرضي منخفض، على ارتفاعات تتراوح بين 160 و2.000 كيلومتر تقريبًا. كما تدرس وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) سيناريوهات تتضمن أكثر من 100 ألف مركبة فضائية بحلول ثلاثينيات القرن الحادي والعشرين.
يؤدي هذا النمو الأسّي إلى تحويل مدار الأرض المنخفض إلى نوع من الطريق السريع مشبع بالأشياء الاصطناعيةحيث لا يزداد خطر الاصطدامات والحطام الفضائي فحسب، بل ويزداد أيضًا تأثير الضوء على التلسكوبات التي تحتاج إلى أنظف سماء ممكنة لإجراء العلوم المتطورة.
دراسة جديدة: هابل، وSPHEREx، وARRAKIHS، وXuntian في دائرة الضوء
العمل الذي قاده أليخاندرو بورلاف، وهو باحث في وكالة ناساتُحلل هذه الدراسة، ولأول مرة، تأثير هذه الأبراج الضخمة على أربعة تلسكوبات فضائية محددة. اثنان منها يعملان بالفعل في الفضاء - التلسكوب المخضرم هابل ومشروع SPHEREx المستقبلي، وكلاهما من الوكالة الأمريكية - واثنان آخران يتوافقان مع بعثات من الصين (Xuntian) ووكالة الفضاء الأوروبية: المشروع أراكيهس، تم تنسيقه علميًا من إسبانيا.
ولتحديد حجم المشكلة، استخدم الفريق محاكاة مفصلة تُحاكي هذه النماذج تطور أعداد الأقمار الصناعية في المدار الأرضي المنخفض من حوالي عام ٢٠١٩ إلى السيناريوهات المتوقعة للعقود القادمة. باستخدام ملفات تعريف الأبراج المتاحة للعامة وأدوات مثل وحدات الحساب الفلكي سكايفيلد، وضع الباحثون نموذجًا لكيفية ظهور الصور التي يلتقطها كل تلسكوب مع ازدياد عدد الأقمار الصناعية.
وهذا ليس النهج الأول المعزول. تلوث الأقمار الصناعية في علم الفلك الأرضي إنها موثقة جيدًا، وينطبق الأمر نفسه على الآثار التي تظهر بالفعل في العديد من صور التلسكوبات الفضائية الحالية. الفرق هو أنه حتى الآن، لم يكن هناك... رؤية عالمية وكمية من المشكلة المطبقة على المراصد الفضائية التي تتقاسم الارتفاع مع الأبراج الضخمة.
النتائج، وفقًا للعديد من الخبراء الذين تمت استشارتهم، ليست مطمئنة على الإطلاق. وخلصت الدراسة إلى أنه في حال تنفيذ خطط النشر التي أعلنتها الصناعة، فإن تلسكوبات الفضاء المرجعية وسوف يرون جزءًا كبيرًا من ملاحظاتهم ملوثًا.، مع عواقب علمية يصعب قبولها.
تأثر ما يصل إلى 96% من الصور وفقدان البيانات العلمية
الأرقام المعروضة في الدراسة مقنعة. في حالة تلسكوب هابل الفضائيمن المتوقع أن يحتوي حوالي 39% من صورها مستقبلًا على مسار قمر صناعي واحد على الأقل، بمتوسط يزيد قليلًا عن جهازين لكل تعريض (2,14). هذا يعني أن جزءًا كبيرًا من البيانات سيكون غير صالح للاستخدام جزئيًا أو كليًا في بعض الدراسات.
ويبدو الوضع أكثر خطورة بالنسبة للتلسكوبات الثلاثة الأخرى التي تم تحليلها. SPHEREx و ARRAKIHS و Xuntianيشير النموذج إلى أن ما يصل إلى 96% من صوره قد تُظهر مسارات أقمار صناعية. من حيث متوسط عدد الأجهزة لكل صورة، تشير عمليات المحاكاة إلى وجود حوالي 5,6 مسارات مرئية لـ SPHEREx، أي ما يقارب 70 قمرًا صناعيًا لكل صورة في ARRAKIHS وحوالي 90 في حالة Xuntian، وهي أرقام توضح مستوى تشبع البيئة المدارية التي سوف تعمل فيها.
ويؤكد المؤلفون أن التلسكوبات الفضائية تعتمد على التعرضات الطويلة والتباين الشديد للكشف عن أجسام خافتة جدًا، مثل المجرات البعيدة، أو المادة المظلمة، أو البُنى الدقيقة المحيطة بالكواكب الخارجية. عندما يخترق خطٌّ ساطع مجال الرؤية، قد يُفقد الصورة قيمتها العلمية تمامًا، خاصةً في برامج الرصد التي تتطلب دمج العديد من اللقطات عالية الجودة.
يشير العديد من الباحثين أيضًا إلى أن تقديرات الدراسة قد تكون متحفظة. ويشير أليخاندرو سانشيز دي ميغيل، من معهد الأندلس للفيزياء الفلكية (IAA-CSIC)، إلى أن هناك مجموعات من النجوم ومشاريع خاصة لم يتم حتى النظر فيها ونظراً لصعوبة مواكبة كافة المبادرات الناشئة، فإن التأثير الحقيقي قد يكون أكبر.
سطوع مرئي حتى بدون ضوء الشمس المباشر
لا يقتصر العمل على إحصاء عدد الأقمار الصناعية، بل يحلل أيضًا بالتفصيل سطوع الآثارولتحقيق ذلك، تم محاكاة توزيع الطاقة الطيفية من خلال الجمع بين عدة مصادر: الضوء المنعكس من الشمس والقمر، وبياض الأرض، والضوء المرئي. انبعاث الأشعة تحت الحمراء الحرارية تنشأ من المكونات الإلكترونية للأقمار الصناعية نفسها.
تظهر النتائج أن نسبة كبيرة جدًا من هذه الأجهزة لا تعمل بشكل صحيح. يمكن اكتشافها حتى عندما لا تكون مضاءة مباشرة بواسطة الشمسوفي مجال الأشعة تحت الحمراء، حيث تعمل بعض هذه التلسكوبات، فإن الانبعاثات الحرارية تجعل العديد من المسارات ساطعة بشكل خاص، مما يزيد من تعقيد مهمة تنظيف الصور.
هذا يعني أن مجرد جدولة عمليات الرصد في أوقات محددة من الليل أو في مواقع هندسية محددة لتجنب وهج الأقمار الصناعية لا يكفي. تصبح المشكلة عمليًا كلي الوجود في نطاقات معينة من الطيف وفي مناطق السماء المزدحمة بشدة بالمسارات المدارية للأبراج الضخمة.
إن الجمع بين الكثافة المتزايدة للأدوات والسطوع الكبير عند أطوال موجية مختلفة ومطابقة الارتفاعات مع التلسكوبات يؤدي إلى احتمالية فقدان كميات هائلة من البيانات، سواء من حيث الكمية أو الجودة، مع تأثير مباشر على مجالات البحث المتطورة.
إسبانيا وأوروبا: ARRAKIHS والعلم على المحك
أحد النقاط التي تهم المجتمع العلمي الأوروبي بشكل خاص هو التأثير على أراكيهس، تلسكوب تابع لوكالة الفضاء الأوروبية، يقع مقر تنسيقه العلمي في إسبانيا. صُممت هذه المهمة لدراسة هياكل خافتة للغاية في هالات المجرات القريبة، وتقديم أدلة حول المادة المظلمة، وهو ما يتطلب صورًا نظيفة وعميقة للغاية.
وفقًا للمحاكاة، قد يجد ARRAKIHS نفسه في سيناريو حيث كل ملاحظاته تقريبًا تحتوي هذه الصور على مسارات ضوئية من الأقمار الصناعية، حيث تتقاطع عشرات الأجهزة مع كل تعريض ضوئي. بالنسبة لمشروع مصمم لالتقاط إشارات دقيقة، يُمثل هذا المستوى من التداخل تحديًا هائلًا قد يُضر ببعض أهدافه العلمية.
من مراكز الأبحاث الإسبانية المعنية، مثل معهد الفيزياء الفلكية في جزر الكناري (IAC) و IAA-CSIC، يتم التأكيد على أنه العلوم الأوروبية ذات التأثير العالي قد يتأثر أداء هذا التلسكوب بشكل خطير إذا لم يُؤخذ تنظيم البيئة المدارية على محمل الجد. ولا يُعدّ تلسكوب ARRAKIHS حالةً معزولة: إذ ستواجه تلسكوبات فضائية أخرى تابعة لوكالة الفضاء الأوروبية، حاليةً ومستقبليةً، مشاكل مماثلة إذا استمرت المدارات في الامتلاء بالمعدل المتوقع.
أولغا زامورا، عالمة فلك في المركز الفلكي الدولي، تعرف نتائج الدراسة بأنها "مدمر" و"مثير للقلق"يُذكرنا هذا أيضًا بتصريحات إيلون ماسك السابقة، حين زعم أن مجرد وضع تلسكوبات في الفضاء كافٍ لتجنب تلوث الأرض الضوئي. يُظهر السيناريو الجديد أن هذا الحل لم يعد فعالًا: التلوث يصل أيضًا إلى مراصد الفضاء، والتي تعمل في نفس البيئة التي تعمل فيها الأبراج الضخمة.
بالنسبة لزامورا، فإن الوضع واضح: إذا تم الحفاظ على خطط النشر الجماعي، «إن علم المستقبل على المحك."إن تأجيل القرارات أو الاعتماد كليًا على حلول تكنولوجية جزئية قد يؤدي إلى ترك جيل كامل من الأجهزة تعمل في ظروف أقل بكثير مما تسمح به تصميماتها."
صوت الخبراء: من التلوث إلى التراث الثقافي
يتجاوز قلق المجتمع العلمي المتاعب التقنية. يصف باحثون مثل أليخاندرو سانشيز دي ميغيل النشر الهائل للأقمار الصناعية بأنه نوع من "تجربة هندسة جيولوجية غير خاضعة للرقابة"، حيث يتم تعديل البيئة القريبة من الأرض دون إجراء تقييم شامل لعواقبها.
لا يقتصر هذا التأثير على علم الفلك المهني فحسب. يؤكد الباحث خورخي هيرنانديز بيرنال، من المركز الوطني الفرنسي للبحث العلمي وجامعة السوربون، أن الأبراج النجمية الضخمة وهم يهينون التراث الثقافي الذي تمثله السماء الليلية.يُعدّ رصد النجوم عنصرًا أساسيًا في العديد من الثقافات حول العالم. بعض التقاليد، حتى تلك المُصنَّفة كتراث ثقافي غير مادي، تُلزم بتوارث رصد النجوم جيلًا بعد جيل.
ويحذر هيرنانديز بيرنال أيضًا من المخاطر الأخرى المرتبطة زيادة كثافة المدار: إمكانية إثارة متلازمة كيسلر - وهي عبارة عن سلسلة من الاصطدامات التي تولد المزيد من الحطام الفضائي - أو زيادة عمليات الإطلاق مع الانبعاثات المرتبطة بها، أو تأثير تفكك الحطام المداري على الغلاف الجوي للأرض.
بالنسبة للعديد من المتخصصين، فإن هذه المشكلة تشبه إلى حد كبير التحديات العالمية الأخرى: هناك نظام اجتماعي واقتصادي يحرك النمو المستمرإن التنافس الشديد بين الشركات الكبرى والدول، وغياب آليات الحوكمة القادرة على فرض حدود واضحة وعادلة على استخدام الفضاء، يشكلان تحديا كبيرا.
الحلول الجزئية والحاجة إلى التنظيم الدولي
وتستكشف الدراسة المنشورة في مجلة Nature أيضًا السبل الممكنة لـ التخفيف من التأثير من الأبراج الضخمة على التلسكوبات الفضائية. أحد المقترحات المطروحة هو نشر الأقمار الصناعية في مدارات سفلية من تلك الموجودة في المراصد العلمية، بحيث لا تتخطى آثارها مجالات الرؤية بشكل متكرر.
ومع ذلك، فإن لهذه الاستراتيجية جانبًا سلبيًا. فالعمل على ارتفاعات منخفضة قد يتطلب المزيد من الجهد. العودة إلى الغلاف الجويمع انبعاثات ونفايات قد تؤثر على طبقة الأوزون، بالإضافة إلى حاجتها إلى مزيد من الوقود للحفاظ على مداراتها. يرى العديد من الخبراء أن هذه الأنواع من التدابير، في أحسن الأحوال، "التصحيحات" التي لا تعالج جذور المشكلة: العدد الإجمالي للأقمار الصناعية والنموذج لاستغلال البيئة الفضائية.
إن المؤسسات مثل IAA-CSIC تدعو بإصرار إلى اتخاذ إجراءات للبدء تطبيق التشريعات الفضائية الحالية وأن يتم تعزيز الاتفاقيات الدولية للحد من النشر غير المنضبط. والفكرة هي أن يُدار الفضاء القريب من الأرض كـ مورد مشتركوليس كمنطقة يسود فيها قانون الوصول الأول والإقلاع الأسرع.
يزعم هيرنانديز بيرنال أن الحل الواقعي الوحيد يكمن في الديمقراطية الفعالة للفضاءحيث تُتخذ القرارات المتعلقة بما يُطلق، وعدد الأقمار الصناعية، والأغراض، بشكل متعدد الأطراف، وبشفافية، وبمشاركة المجتمع المدني. وإلا، يُحذر من خطر أن تُملي بضع شركات وقوى مؤثرة مستقبل مراقبة السماء للبشرية جمعاء.
وفي الوقت نفسه، يصر علماء الفلك على ضرورة الاستعجال لوقف وتيرة الإصدارات الحاليةإن النمو الهائل تقريبا للمجموعات النجمية الضخمة يترك مجالا أقل وأقل للرد: فكلما كان المدار المنخفض مكتظا بالسكان، كلما أصبح من الصعب تصحيح المسار دون تكبد تكاليف باهظة، سواء اقتصادية أو علمية.
وترسم الدراسة الجديدة وتقييمات الخبراء صورة حيث مجموعات ضخمة من الأقمار الصناعية إنها تُهدد بتغيير جذري في قدرة التلسكوبات الفضائية على استكشاف الكون. فبدون اتخاذ إجراءات حاسمة، قد ترى البشرية بعضًا من أكثر أدواتها طموحًا تعمل في سماءٍ مُشوّهة بالضوء، مما يُبدد عمليات رصد بالغة الأهمية ويُعرّض للخطر تراثًا علميًا وثقافيًا استغرق بناؤه قرونًا.
