QUÁ SÁNG CHO BẦU TRỜI ĐÊM

Chỉ trong vài năm, số vệ tinh trên quỹ đạo đã tăng vọt, gần như hoàn toàn do các chòm vệ tinh khổng lồ (constellation) như Starlink, OneWeb và Guowang. Chúng mang internet đến những vùng xa xôi, nhưng cũng để lại những vệt sáng trên ảnh của các nhà thiên văn.

Chưa đầy một năm sau những lần phóng Starlink đầu tiên vào năm 2019, các nhà thiên văn đã đề xuất một quy tắc đơn giản: một vệ tinh được thấy nhờ ánh sáng Mặt Trời phản xạ không nên sáng hơn cấp sao 7 — mờ hơn một chút so với những ngôi sao mờ nhất mà một người có thể thấy dưới bầu trời tối — với giới hạn mờ hơn một chút cho các quỹ đạo cao hơn. Trung tâm bảo vệ bầu trời tối của Liên đoàn Thiên văn Quốc tế (IAU) đã thông qua khuyến nghị này. Tuy nhiên, cho đến nay, có rất ít phép đo kiểm tra xem các vệ tinh có thực sự tuân thủ hay không: các chiến dịch trước đây chỉ theo dõi một số ít mục tiêu được chọn thủ công.

Tấm lưới bắt sao băng, quay sang vệ tinh

Denis Vida, Peter Brown và các đồng nghiệp tại Đại học Western ở Canada, cùng Cơ quan Nghiên cứu và Phát triển Quốc phòng Canada, đã dùng Luciole, một hệ thống camera bắt nguồn từ Mạng lưới Sao băng Toàn cầu (Global Meteor Network). Như các tác giả nói, có thể xem vệ tinh như những sao băng rất chậm và kéo dài. Thay vì hướng vào các vệ tinh đã biết, Luciole giăng một tấm lưới quang học trên bầu trời và ghi lại mọi thứ chuyển động, 25 lần mỗi giây.

Từ ngày 7 tháng 10 đến ngày 11 tháng 11 năm 2024, sáu camera nhạy tại Đài quan sát Elginfield, Ontario, đã ghi được 24.812 vệt của 5.118 vệ tinh khác nhau trong 230 giờ trời quang. Độ sáng của mỗi vệ tinh được hiệu chuẩn theo các ngôi sao trong cùng bức ảnh.

Ai vượt giới hạn

Quần thể được quan sát sáng hơn một cách có hệ thống so với giới hạn khuyến nghị, nhất là ở tầng quỹ đạo đông đúc từ 500 đến 600 kilomet. Để so sánh công bằng giữa các nhà vận hành, nhóm đã đếm tần suất mỗi nhóm vượt giới hạn trong tất cả các lần bay qua mà nó có thể được nhìn thấy:

• Starlink: khoảng 25% số lần bay qua có thể quan sát — và, do quy mô khổng lồ, chiếm khoảng hai phần ba tổng số lần bay qua quá sáng được ghi nhận.
• Thân tên lửa đã qua sử dụng: khoảng 21%. Các tầng tên lửa Breeze và Trường Chinh (Long March) vượt giới hạn trong 97–99% số lần bay qua thực sự được quan sát.
• Guowang/Hulianwang, chòm vệ tinh mới nổi của Trung Quốc: hơn một nửa số lần bay qua có thể quan sát, và mọi lần bay qua được quan sát. Với 13.000 vệ tinh được lên kế hoạch, các tác giả cảnh báo nó có thể trở thành nguồn ô nhiễm quang học bầu trời chủ yếu nếu không được làm mờ.
• OneWeb: chỉ khoảng 6%. Quỹ đạo cao hơn của nó không phải là toàn bộ lời giải thích, vì các chòm vệ tinh khác ở độ cao tương tự hoặc cao hơn trông sáng hơn nhiều.

Tiến bộ cũng không được bảo đảm. Các vệ tinh Starlink đã mờ dần từ năm 2020 đến đầu năm 2024, nhưng các mẫu “Direct-to-Cell” mới hơn sáng gần bằng những chiếc đầu tiên. Cách độ sáng của chúng thay đổi theo góc nhìn cho thấy những ánh lóe mạnh như gương, mà các tác giả cho rằng nhiều khả năng đến từ các ăng-ten phẳng lớn của Starlink — vì vậy chỉ làm tối bề mặt có thể là chưa đủ.

Nút thắt lúc chạng vạng

Phần lớn vệ tinh quỹ đạo thấp chỉ nhìn thấy được khi chúng vẫn còn trong ánh nắng trong khi mặt đất đã tối: trong hai giờ sau hoàng hôn và trước bình minh. Một mô hình của tầng 550 kilomet cho thấy khoảng 3,3 giờ hiển thị mạnh mỗi đêm, quanh năm, giữa vĩ độ 35 độ nam và 35 độ bắc. Các vệ tinh cao hơn, khoảng 1.200 kilomet, vẫn được chiếu sáng trong phần lớn đêm.

Lúc chạng vạng rất quý với các nhà thiên văn: đó là lúc họ chụp ảnh hiệu chuẩn và săn các tiểu hành tinh tiến gần Trái Đất. Các tác giả dự đoán rằng một người dưới bầu trời tối sẽ thấy khoảng 44 vệ tinh sáng trong tầm nhìn của mình vào bất kỳ thời điểm nào lúc chạng vạng. Với Đài quan sát Vera C. Rubin, khoảng một trong ba ảnh 30 giây chụp lúc chạng vạng sẽ có một vệt vệ tinh.

Những con số tối thiểu

Cuộc khảo sát đến từ một địa điểm duy nhất ở vĩ độ trung bình bắc bán cầu trong 36 đêm, với các camera cố định. Nó cũng bỏ sót các vệ tinh vẫn đang nâng lên quỹ đạo cuối cùng, thường là những chiếc sáng nhất — nên các con số, nếu có sai lệch, là bị đánh giá thấp. Các tác giả đề xuất “thông lượng vệ tinh” (satellite flux) của họ như một tiêu chuẩn mà bất kỳ đài quan sát nào cũng có thể dùng, và xem kết quả của OneWeb là một chuẩn mực mà phần còn lại của ngành đã có thể đạt được ngay bây giờ.