الأقمار الصناعية تهدد علم الفلك ، لكن قلة من العلماء ترى فرصة

كل ليلة ، تتنافس نجوم السماء مع آلاف الأقمار الصناعية. يتزايد عدد المتسللين فقط مع انتشار مجموعات الأقمار الصناعية ، حيث تخطط الشركات لإطلاق المدارات بعشرات الآلاف لنقل إشارات الإنترنت وغيرها من الاتصالات إلى الأرض. من بينها SpaceX ، التي أطلقت بالفعل الآلاف من أقمار Starlink الصناعية ، و Amazon ، التي تخطط لبدء مشروع كوكبة Kuiper في وقت لاحق من هذا العام.

بالنسبة لعلماء الفلك الذين يدرسون الكون من على سطح عالمنا ، فهذه مشكلة متزايدة.

“إنه موضوع ساخن” ، هذا ما قاله إريك بيرنز ، عالم الفلك بجامعة ولاية لويزيانا. “نحن نتعامل مع عدد كبير من الأقمار الصناعية لدرجة أنها تحد من حساسية التلسكوبات الأرضية.”

وجه العديد من علماء الفلك انتقادات شديدة للتأثيرات الحالية والمستقبلية للأبراج الساتلية على دراساتهم. لكن الدكتور بيرنز وعلماء آخرين يفكرون في صنع عصير الليمون الكوني من الليمون المداري. يتساءلون ماذا لو أن كل تلك الأقمار الصناعية المتداخلة يمكن أن تساعد في تقدم مجال علم الفلك لأنها توسع الوصول على الأرض إلى إشارات الأقمار الصناعية؟

ما يراه علماء الفلك هو إمكانية وجود نوع جديد من التلسكوبات يمكن أن توفره الأبراج الضخمة. في اقتراح قادم يعتزم الدكتور بيرنز وزملاؤه مشاركته مع الشركات الخاصة التي تبني مجموعات من الأقمار الصناعية ، يأملون في أن تتمكن الآلاف من أجهزة الكشف عن أشعة غاما الصغيرة من الانتقال إلى الفضاء باستخدام الأقمار الصناعية. إذا تم أخذها بمفردها ، فإن كل كاشف فردي سيكون ضعيفًا. لكن بالعمل معًا داخل كوكبة ضخمة من عدة آلاف من الأقمار الصناعية ، فإن قوة مثل هذا النظام ستنافس Swift و Fermi ، وهما مرصدان لأشعة غاما في الفضاء تديرهما وكالة ناسا.

سيكون التأثير كبيرا. انفجارات أشعة جاما هي السمة المميزة لأكثر أحداث الكون كارثية منذ الانفجار العظيم. يمكن أن يساعد تعميق البحث في الظواهر في الإجابة عن أكبر الأسئلة اليوم ، مثل ما الذي يتكون منه قلب النجوم النيوترونية أو كيف يمكن لسلوك الطاقة المظلمة أن يكشف عن شكل الكون.

قال الدكتور بيرنز: “هذه مجموعة من الأسئلة مهمة بقدر ما يمكن طرحها في علم الفلك”. “سنكون قادرين على التعامل مع الآلاف من أجهزة الكشف عن أشعة غاما كتلسكوب واحد قوي للغاية متماسك يبحث في جميع أنحاء الكون ، والذي سيكون أكثر حساسية من أي شيء تم القيام به من قبل.”

الفكرة لا تخلو من سابقة. في عام 2011 ، عملت شركة Iridium Communications مع العلماء على استخدام أدوات البحث في الفضاء. يستضيف حوالي 30 قمرًا صناعيًا من نوع Iridium – والتي عادةً ما ترسل اتصالات الصوت والبيانات إلى الأرض – مقاييس الجرعات التي تقيس الإشعاع في مدار أرضي منخفض في إطار برنامج REACH ، وهو تعاون بين القوات الجوية الأمريكية والعلماء.

وجميع أقمار إيريديوم التي يزيد عددها عن 60 تحمل مقاييس مغناطيسية لبرنامج AMPERE ، الذي يديره مختبر جونز هوبكنز للفيزياء التطبيقية ، والذي يدرس كيفية دخول الطاقة إلى الغلاف الجوي المتأين للأرض من غلافها المغناطيسي.

يقول أليكسا هالفورد ، رئيس مختبر مشارك في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا ، إن قراءات إيريديوم هي مصدر مهم لبيانات الإشعاع. يكشف عملها عن العلاقة بين الغلاف المغناطيسي للأرض وغلافها الجوي وكيف يعمل الاثنان معًا لحماية الأرض من زخات الإشعاع القوي من الفضاء.

قال الدكتور هالفورد إن الطرق التي تتداخل بها الأبراج الضخمة التابعة للأقمار الصناعية مع التلسكوبات على سطح الأرض تحتاج إلى مزيد من الدراسة.

قالت: “علم الفلك الأرضي مهم للغاية ، ونحن بحاجة إلى أن نكون مسؤولين”.

من ناحية أخرى ، ترى إمكانات كبيرة من وضع أدوات علمية على المزيد من الأقمار الصناعية.

قال الدكتور هالفورد: “المزيد من البيانات يمكن أن تعطينا صورة أكثر اكتمالاً”. “كنت أجد صعوبة في قول لا.”

تشارك SpaceX بالفعل بعض البيانات مع العلماء بترتيب يمكن أن يفيد كلا الطرفين.

بدأ Tzu-Wei Fang ، العالم في الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي والمتخصص في التنبؤ بطقس الفضاء ، التعاون مع SpaceX بعد إطلاق كارثي في ​​فبراير 2022. وشاهدت SpaceX 38 من الأقمار الصناعية الـ 49 التي تم نشرها حديثًا من Starlink وهي تنفجر.

وقد وثق تشريح الدكتور فانغ بعد الوفاة كيف أدت عاصفة مغناطيسية أرضية طفيفة إلى زيادة كثافة الهواء عند الارتفاعات التي تحدث فيها مدارات الأرض المنخفضة. لذا بدلاً من الإبحار في المدار ، انطلقت أقمار ستارلينك في هواء كثيف وساخن وانفصلت.

قالت: “لا أحد يستطيع القيام بالسحب في مدار أرضي منخفض جيدًا في الوقت الحالي لأننا لا نمتلك الأقمار الصناعية المناسبة”.

بعد تلك الحادثة ، وافقت سبيس إكس على مشاركة بيانات تحديد المواقع والسرعة لما يقرب من 4000 من الأقمار الصناعية ستارلينك لمدة عام ، مما يمنح الدكتورة فانغ وزملائها الفرصة لدراسة نوع السحب المداري الذي دمر الأقمار الصناعية. وقال الدكتور فانغ إن ذلك يمكن أن يؤدي إلى تنبؤات أفضل بطقس الفضاء ، مما يمنح الأقمار الصناعية مزيدًا من الوقت للرد على زيادة كثافة الهواء من خلال الارتقاء إلى ارتفاع مداري أكثر أمانًا ، “مما سيفيد الجميع في النهاية”.

يمثل الحصول على بيانات مفيدة علميًا من مجموعات الأقمار الصناعية عقبات فنية. تتحرك الأقمار الصناعية في مدار أرضي منخفض بسرعة كبيرة ، لتكمل دائرة مدارية كاملة في حوالي 90 دقيقة. لذا فإن تجميع البيانات من كوكبة من العديد من الأقمار الصناعية ليس بالأمر السهل.

ولكي تسير المعدات العلمية في المدار ، هناك قيود صارمة. أقمار الاتصالات ذات المدار الأرضي المنخفض ، مثل Starlink التابعة لشركة SpaceX ، لها فترات حياة قصيرة تبلغ حوالي خمس سنوات ، لذلك يجب أن تكون الكواشف غير مكلفة. على النقيض من ذلك ، كلف تلسكوب هابل الفضائي حوالي 16 مليار دولار بدولارات اليوم ولكن من المتوقع أن يستمر حوالي 40 عامًا.

لا يمكن معالجة أي إضافات في اللحظة الأخيرة. سيحتاج مهندسو الأقمار الصناعية إلى تعديل تصميماتهم لاستيعاب الحمولات الجديدة مع ترقيات مثل مصادر الطاقة الأكبر وروابط البيانات.

لم تقل أي من الشركات التي تبني مجموعات ضخمة من الأقمار الصناعية أنها مستعدة لنشر كاشفات أشعة غاما أو غيرها من أجهزة الاستشعار الجديدة التي من شأنها أن تساعد العلماء. عندما طُلب من سبيس إكس التعليق على الفكرة ، رفض الرد ، ولم يستجب OneWeb ، الذي أكمل مؤخرًا كوكبة أخرى أصغر. قالت مجموعة Project Kuiper ، وهي مجموعة من شركة Amazon للبيع بالتجزئة على الإنترنت والتي قد تطلق أول أقمارها الصناعية في وقت لاحق من هذا العام ، إنها دعت الدكتور بيرنز إلى تقديم اقتراحه.

اقترح الدكتور هالفورد أن زيادة عدد الشراكات مع مشغلي الكوكبة كان وسيلة لإفادة الجميع دون زيادة الفوضى في السماء. قالت “هذه ليست إجابة رائعة ، لكنني أعتقد أنها أفضل ما لدينا”.

حتى الآن ، أدى عبء التفاوض الفردي مع الشركات المترددة مثل SpaceX إلى إحباط علماء الفلك. يعتقد الدكتور بيرنز أن الوقت قد حان للرقابة الحكومية لضمان الحد الأدنى من الضرر للعلم من الأبراج الضخمة.

مع مشاركة أكبر ، يأمل الدكتور بيرنز أن يتمكن العلماء وصانعو الأقمار الصناعية من تعلم العمل معًا. قال: “أعتقد أن فكرة الأدوات العلمية على الأبراج الضخمة نفسها ستكون مفيدة لكلا الجانبين”. “إذا كانوا منفتحين عليها ، فهذا حل أكبر.”