MỘT TRIỆU TRUNG TÂM DỮ LIỆU TRÊN QUỸ ĐẠO, QUA ỐNG KÍNH RUBIN
Ở độ cao 2.663 mét trên đỉnh Cerro Pachón, Chile, Đài quan sát Vera C. Rubin bắt đầu hoạt động từ năm 2025. Kính thiên văn trường rộng của đài, với gương chính 8,36 mét, cùng chiếc máy ảnh cực kỳ nhạy, thực hiện Khảo sát Di sản về Không gian và Thời gian (Legacy Survey of Space and Time, LSST). Chỉ riêng trong năm đầu tiên, cuộc khảo sát này sẽ thu thập nhiều dữ liệu hơn tất cả các quan sát thiên văn quang học trước đây cộng lại.
Trong khi đó, các nhà khai thác đang chạy đua phóng một loại vệ tinh mới: trung tâm dữ liệu trên quỹ đạo, những tàu vũ trụ chở máy tính. Các hồ sơ nộp cho Ủy ban Truyền thông Liên bang Mỹ từ SpaceX và Starcloud, cùng các kế hoạch của Axiom Space, Orbital, Blue Origin, Project Suncatcher và những bên khác, gộp lại đề xuất hơn một triệu vệ tinh như vậy trên quỹ đạo thấp. Vào tháng 6 năm 2026, mới chỉ có vài nguyên mẫu được phóng lên.
Một bầy vệ tinh dựng từ một hồ sơ
Nayan Jangid và Siegfried Eggl (Đại học Illinois Urbana-Champaign), Meredith Rawls và Peter Yoachim (Đại học Washington và Đài quan sát Rubin) cùng Connie Walker (NSF NOIRLab), tất cả cũng là thành viên Trung tâm Bảo vệ Bầu trời Tối và Yên tĩnh của IAU, đã xây dựng một chòm vệ tinh mô hình dựa trên hồ sơ của SpaceX: 998.240 vệ tinh trên 94 lớp quỹ đạo (các tầng độ cao) ở độ cao từ 686 đến 1.002 km. Một nửa nằm trên các quỹ đạo nghiêng khoảng 30 độ so với xích đạo. Nửa còn lại đồng bộ Mặt Trời: quỹ đạo của chúng đi dọc theo ranh giới giữa ngày và đêm.
Mỗi vệ tinh được mô hình hóa như một phiên bản phóng to của tàu kiểu Starlink: thân khoảng 7 x 3,5 mét, các tấm pin mặt trời có công suất 400 kilowatt, và một bộ tản nhiệt màu trắng hoặc tráng bạc có hai mặt, mỗi mặt 110 mét vuông, để thải nhiệt của các máy tính.
Sau đó, một quy trình sáu bước theo dõi từng vệ tinh qua một năm mô phỏng theo lịch quan sát của Rubin: nó cắt ngang những lần phơi sáng 30 giây nào, nó có được Mặt Trời chiếu sáng không, vệt của nó sáng đến đâu trong mỗi bộ lọc màu của máy ảnh, và nó làm hỏng bao nhiêu điểm ảnh.
Bốn trên năm ảnh, vào những đêm tệ nhất
Trung bình, mô phỏng đếm được khoảng 180.000 lượt vệ tinh đi qua trường nhìn của Rubin và 60.000 vệt sáng được Mặt Trời chiếu rọi mỗi đêm. Vào một số đêm, tùy thời điểm trong năm, có tới 80% số ảnh của Rubin chứa ít nhất một vệt sáng; tính trung bình cả năm, tỷ lệ này gần với 20%. Con số đó bao gồm toàn bộ chòm vệ tinh và mọi bộ lọc; bài báo không nêu tên một đêm cụ thể nào, và các đỉnh rải rác trong suốt năm.
Từng đêm qua một năm mô phỏng: màu xanh lục là tỷ lệ ảnh của Rubin bị bất kỳ vệ tinh nào cắt ngang; màu đỏ là tỷ lệ bị một vệ tinh được chiếu sáng, nhìn thấy được cắt ngang. Những khoảng trống là các đêm không quan sát. — Figure 1, Jangid et al. (2026), arXiv:2610.31772.
Các vệ tinh đồng bộ Mặt Trời gây thiệt hại không cân xứng: đi dọc ranh giới ngày-đêm, chúng vẫn được chiếu sáng khi đài quan sát đã chìm trong bóng tối.
Độ sáng tuân theo hai chế độ. Phản xạ khuếch tán thường cho cấp sao khoảng 6; trên thang này, con số càng nhỏ thì càng sáng. Những tia lóe kiểu gương phản chiếu từ các tấm pin mặt trời khổng lồ đạt cấp sao 2 đến 4. Trong cả năm, 83,9% trong số khoảng 9 triệu vệt sáng được Mặt Trời chiếu rọi có độ sáng vượt cấp sao 7, giới hạn do Liên đoàn Thiên văn Quốc tế khuyến nghị, và hơn 229.000 vệt sáng hơn cấp sao 2, nhìn thấy rõ bằng mắt thường; với những vệt này, mô hình coi như mất trắng từng chip cảm biến mà vệt đó cắt qua (máy ảnh có 189 chip).
Lúc chạng vạng, một bức ảnh điển hình chứa khoảng 100 vệt nhìn thấy được cùng một lúc. Rubin sẽ mất 5 đến 10% số điểm ảnh chụp lúc chạng vạng trong một đêm điển hình, và từng bức ảnh riêng lẻ có thể mất hơn 90%. Các tác giả lưu ý rằng phương pháp của họ có lẽ đã đánh giá quá cao số vệt đủ sáng để làm tràn điểm ảnh (bão hòa).
Một buổi chạng vạng rực sáng
Cộng ánh sáng của mọi vệ tinh được chiếu sáng phía trên đường chân trời, nhóm nghiên cứu cũng tính được bản thân bầu trời sáng thêm bao nhiêu. Vào một đêm không trăng tiêu biểu, ngày 15 tháng 7 năm 2026, các vệ tinh làm tăng thêm hơn 1.000% độ sáng nền tự nhiên của bầu trời lúc chạng vạng ở các bộ lọc u (cận tử ngoại), g (lục) và r (đỏ); trong hình 11, dải g đạt đỉnh trên 3.000% trước bình minh. Các bộ lọc g và r thường là những bộ lọc được dùng lúc chạng vạng để phát hiện các thiên thể có khả năng gây nguy hiểm trong Hệ Mặt Trời. Vào phần sâu nhất của đêm, khi các vệ tinh rơi vào bóng của Trái Đất, phần vượt trội giảm xuống gần như bằng không. Ngay cả khi trăng tròn, độ sáng nền của bầu trời vẫn tăng hơn 100% ở một số bộ lọc. Các tác giả cho rằng sự sáng lên này có thể hóa ra là tác hại lớn nhất đối với khoa học.
Độ sáng bầu trời qua đêm không trăng ngày 15 tháng 7 năm 2026, từ bộ lọc u (trên cùng) đến bộ lọc y (dưới cùng): màu xanh lam là bầu trời tự nhiên, màu đỏ là khi có vệ tinh; bên phải là tỷ lệ phần trăm tăng, cao nhất lúc hoàng hôn và bình minh. — Figure 11, Jangid et al. (2026), arXiv:2610.31772.
Không có cách khắc phục dễ dàng
Nhóm đã thử các biện pháp khắc phục thông thường. Với chỉ 10% chòm vệ tinh, khoảng 100.000 vệ tinh, ảnh chụp lúc chạng vạng vẫn mất 2,33% số điểm ảnh mỗi đêm, so với 6,88% khi có toàn bộ đội vệ tinh, và một bức ảnh mất tới 87%. Cắt giảm mười lần không chia thiệt hại cho mười, vì chỉ một tia lóe sáng là đủ để lấn át một bức ảnh. Quỹ đạo thấp hơn giữ vệ tinh trong bóng tối lâu hơn, nhưng các tia lóe vẫn còn lúc chạng vạng, và tuổi thọ ngắn hơn đồng nghĩa với phải phóng nhiều hơn. Các nhà khai thác có thể điều hướng tia lóe tránh xa Chile, nhưng chỉ cho một công ty và một đài quan sát mỗi lần. Hướng Rubin về phía đông lúc hoàng hôn và phía tây lúc bình minh có vẻ hứa hẹn, nhưng chưa được mô phỏng.
Nghiên cứu cũng có những điểm mù riêng: các quỹ đạo lý tưởng hóa mà mọi vị trí đều được biết chính xác, không có rác vũ trụ, không có vệ tinh tối đi ngang trước các ngôi sao, không có thiên văn vô tuyến. Và một trong những tác hại mà nghiên cứu liệt kê là không thể đảo ngược: với một hiện tượng chỉ xuất hiện một lần, một vệt sáng cắt ngang nhầm cảm biến đồng nghĩa với việc sự kiện đó bị bỏ lỡ hoàn toàn, không có cơ hội quan sát lại.