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“人造月亮”?你是不是在搞笑?

撰文 | 张及晨(世界联合学院) 任小东(中国生物多样性保护与绿色发展基金会星空工作委员会)
责编 | 程   莉
近日,四川成都天府系统科学研究会称:该研究会参与构想的“人造月亮”有望在2022年初步实现——2020年首颗“人造月亮”将完成从发射、入轨、展开到照明的整体系统演示验证并发射,如果成功,将在2022年继续发射3颗“人造月亮”。
“人造月亮”的构想论证以及设计实施,是尖端航天科技,但笔者认为,用于为人类造福的科学研究与科技创新和进步,应该在尊重自然,了解自然,顺应自然规律的前提下全面分析、充分论证后开展工作。
 
“人造月亮”所产生的人为照明,是否会成为光污染从而对所涉及区域甚至周边区域的生态系统产生影响?中国绿发会星空工作委员会长期倡导科学控制和治理光污染,在暗夜保护方面开展工作,一直关注夜间环境、关注生物多样性保护与生态系统安全,为此,本文从生物多样性保护与暗夜保护的角度针对“人造月亮”项目阐述一些观点,同时也欢迎社会各界发表见解,参与讨论。
 
存在影响天文观测的风险
 
自古以来,人类仰望星空发现并积累了许多重要的科学文化知识。但现在城乡的夜间照明导致夜空亮若白昼,光污染迅速蔓延,人眼无法看到需暗夜才能看到的夜空景象。
 
这个“人造月亮”的亮度宣称可以达到“8倍月光亮度” ,而月球为视直径为0.5度的面光源,人造卫星近似为点光源,会更亮更刺眼。如此强的人造光源,必定会形成强烈的光污染。这种大气层外的强光源,在经过大气层的散射后,将会让星空黯淡失色,与月明星稀同理。
 
如今,因为光污染,许多天文台已经受到干扰甚至不再能使用,人类数千年来仰望、观测的星空资源及其文化正在消失。“人造月亮”无疑会加剧光污染的蔓延。
 
存在影响夜间环境和生态系统的风险
 
几十亿年来,地球上的所有生命都依赖于日夜交替的规律变化,这一特性存在于所有动植物的基因序列中。然而,人为照明使得夜晚被照亮,日益严重的光污染严重干扰了夜间环境和生态系统。
 
众所周知,很多野生动物依赖于每天光明与黑暗循环的节奏,来支配自身的生命行为,例如繁殖、进食、睡眠以及躲避捕食者,甚至迁徙。2006年出版的《夜晚人工照明的生态学后果》(Ecological Consequences of Artificial Night Lighting),美国植物学家Winslow Briggs撰写的有关植物反应的章节中指出,对昆虫、乌龟、鸟类、爬行动物等其他野生物种的研究显示,不仅仅在市中心,农村地区的光污染同样可以改变它们的生活习性、觅食地以及生育周期。
 
“当我们人为地把光引入自然环境时,有可能毁坏栖息地,就如同用推土机推平一处景观一样。”
 
——前美国国家公园管理局Chad Moore
 
夜间迁徙或捕食的鸟类通过月光或者星光来导航。人工光源会导致它们偏离航线,向着危险的城市夜空飞行。每年有几百万的鸟类死于碰撞高楼或高塔,而这些建筑都有非必要的照明。候鸟依赖于四季合理更替的时空信息,而人工光源会导致它们迁徙过早或者过晚,错过了筑巢、捕食和其它活动的最佳环境条件。
 
许多昆虫都有趋光性,然而人工光源会成为致命的引导。昆虫数量的下降对以它们为食以及靠它们传粉的物种都有负面影响。有些捕猎者,比如以昆虫为食的动物,以及人类,将这种引导作为自己的优势加以利用,将食物链引向不可测的发展方向。
 
存在影响人类健康的风险
 
“包括人类在内的许多物种都需要在黑暗环境下休养生息。”
 
——美国医学协会公共卫生委员会
 
光污染同样对人类健康产生影响。人类进化的过程中已经习惯了白天和黑夜的更替,而人造光的增加意味着我们不再经历完全黑暗的环境。研究表明,人造光会对人类的健康造成许多负面影响,增加肥胖症、抑郁、睡眠紊乱、糖尿病等疾病的几率。
 
黑暗对于这颗星球上的多种生态系统极其重要。人造月亮如果真的按照计划升空工作,到时候夜晚的光亮程度可能是恒定状态,即夜晚不再是夜晚,造成的后果恐怕是地球上的生物包括人类无法承受的。
 
科学性及技术可行性
 
就算抛开光污染不讲,根据目前公开的信息,笔者作为一个天文爱好者,对该项目的可行性也深表怀疑。
 
该项目采用的是卫星反射太阳光的原理。目前在轨道上的铱星卫星就因为天线形状类似平面镜,被业余天文爱好者们所喜爱观测。铱星的最大亮度星等可以达到-8等,比全天最亮的恒星天狼星(-1等)亮一千倍,约为满月亮度(-12.7等)的百分之一,在傍晚或清晨的夜空中会十分明亮。“人造月亮”号称的亮度要比铱星亮600倍,我们不妨简单估算一下。
 
铱星的轨道高度为780km,“人造月亮”的高度为500km(以下)。如果把铱星放到500km高度的轨道上,亮度随距离平方反比增加,星等取对数(注:星等每差一等亮度差2.512倍),故这时的铱星的星等约-9等,这距离宣传中的“人造月亮”的-15等亮度还差251倍。于是我们只好把反射镜的尺寸增加,铱星的尺寸为1米量级,我们不妨设铱星的天线面积约0.5平方米,那么这个人造月亮需要百平米级反射镜才能达到其宣称的反光亮度,这在技术上是充满挑战的。
 
即使反光亮度达到了,照明效率也会是个问题。500km高度轨道的卫星,不到两个小时就会绕地球公转一圈。人造卫星在夜空中是以肉眼可见的速度快速移动,如果像铱星一样镜面反射的话,同一个地点每天晚上只能有几秒钟的时间能被最亮的反射光直射,剩余的时间卫星是不可见的。同时,每次反射光也只能扫过十分狭窄的地区,而且相差中心区域一公里,地面看到的亮度就会差数十倍。此外,由于人造卫星不能自身发光,反射太阳光的必要前提是能被太阳光照射到,深夜由于人造卫星会进入地球的阴影,也就无从反光了,所以,人造卫星反光的现象,大多发生在日落后或日出前的定一段时间段内。“人造月亮”毕竟也是卫星,要符合物理规律。
 
最后建议有关部门做好科学调研和公众听证,让好的科学为全人类造福。 
 
感谢中国生物多样性保护与绿色发展基金会星空工作委员会戴建峰老师对此文提出的修改意见。
 
相关媒体报道:
https://mp.weixin.qq.com/s/-7rvyww1NR1JJn40Rsy7RA
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