เมื่อดาวเทียมหนึ่งล้านดวง อาจกำลังรบกวนท้องฟ้ายามค่ำคืน

ปัจจุบันมีดาวเทียมปฏิบัติการอยู่ในวงโคจรมากกว่า 14,000 ดวง (และหากนับรวมขยะอวกาศและดาวเทียมที่ปลดระวางแล้วจะมีจำนวนสูงถึงประมาณ 32,000 ชิ้น) ส่วนมากเป็นเครือข่ายดาวเทียมโทรคมนาคมเพื่อให้บริการอินเทอร์เน็ต อย่างไรก็ตาม สิ่งเป็นเพียงจุดเริ่มต้น

ข้อมูลจากการประเมินของหอดูดาวยุโรปใต้ (European Southern Observatory หรือ ESO) ระบุว่า ปัจจุบันมีข้อเสนอและแผนการเตรียมปล่อยดาวเทียมรวมกันกว่า 1.7 ล้านดวง เช่น แผนการขยายเครือข่ายสำหรับศูนย์ข้อมูลอวกาศ โครงการดาวเทียมกลุ่มใหม่จากประเทศจีนอย่างเครือข่าย Cinnamon และเครือข่ายดาวเทียม CTC การเพิ่มขึ้นของดาวเทียมในระดับนี้ จะทำให้ปริมาณวัตถุที่สามารถสะท้อนแสงอาทิตย์บนท้องฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

ผลกระทบต่อวงการดาราศาสตร์ไม่ได้เกิดจากการที่ดาวเทียมมีขนาดใหญ่จนบดบังดวงดาว แต่คือการก่อกวนระบบรับแสงของกล้องโทรทรรศน์

กล้องโทรทรรศน์สมัยใหม่ เช่น Very Large Telescope (VLT) ของ ESO หรือกล้องของหอดูดาวเวรา ซี. รูบิน (Vera C. Rubin) อาศัยการเปิดหน้ากล้องรับแสงเป็นเวลานาน (long exposure) เพื่อรวบรวมอนุภาคโฟตอนจากกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกล เมื่อดาวเทียมซึ่งได้รับแสงสว่างจากดวงอาทิตย์เคลื่อนที่ตัดผ่านพื้นที่สังเกตการณ์ แสงสะท้อนนั้นจะถูกบันทึกลงบนเซนเซอร์รับภาพ เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่ารอยทางสว่าง (satellite trails)

การจำลองข้อมูลโดย โอลิวิเยร์ เอโนต์ (Olivier Hainaut) นักดาราศาสตร์จาก ESO พบว่า หากมีกลุ่มดาวเทียมขนาดใหญ่โคจรอยู่ ภาพถ่ายทางดาราศาสตร์ที่บันทึกในช่วงสองชั่วโมงแรกหลังจากเข้าสู่ความมืด จะมีรอยทางดาวเทียมปรากฏขึ้นหลายสิบเส้น ซึ่งอาจทำให้สูญเสียข้อมูลในขอบเขตการมองเห็น (field-of-view) สูงถึง 28% นอกจากนี้ ในระบบเซนเซอร์ที่มีความหนาแน่นและซับซ้อนสูง แสงที่สว่างจ้าเกินไปอาจทำให้เกิดภาพซ้อน (ghost trails) รบกวนพิกเซลข้างเคียง จนทำให้ข้อมูลในภาพนั้นไม่สามารถนำมาวิเคราะห์ทางวิทยาศาสตร์ได้

นอกเหนือจากรอยทางสว่างที่เห็นได้ชัดเจนและรบกวนงานทางดาราศาสตร์แล้ว งานวิจัยยังได้คำนวณผลกระทบอีกมิติหนึ่งที่เป็นอันตรายไม่แพ้กัน นั่นคือ การเพิ่มขึ้นของความสว่างพื้นหลังของท้องฟ้า

แม้ดาวเทียมจำนวนมากมีความสว่างน้อยเกินกว่าที่ตามนุษย์สังเกตเห็นได้ แต่เมื่อมีจำนวนดาวเทียมที่เป็นแหล่งกำเนิดแสงขนาดเล็กจำนวนมหาศาลอยู่บนท้องฟ้าแล้ว แสงเหล่านี้เมื่อกระทบกับอนุภาคในชั้นบรรยากาศโลกจะเกิดการกระเจิง (scattering) สร้างแสงม่านแบบกระจาย ปกคลุมทั่วทั้งท้องฟ้า ปรากฏการณ์นี้จะลดค่าความเปรียบต่าง (contrast) ระหว่างวัตถุอวกาศที่สลัวมาก ๆ กับพื้นหลังของท้องฟ้า ทำให้การค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะหรือการตรวจจับดาวเคราะห์น้อยที่อาจเป็นภัยคุกคามต่อโลก ทำได้ยากลำบากยิ่งขึ้น

แผนภาพจำลองแสดงจำนวนดาวเทียมที่จะมองเห็นได้เหนือกล้องโทรทรรศน์ VLT ของ ESO หาก SpaceX ปล่อยกลุ่มดาวเทียมตามแผน 1 ล้านดวง ภาพจาก ESO

โครงการดาวเทียมสะท้อนแสงอาทิตย์สำหรับเวลากลางคืน

หนึ่งในโครงการที่นักดาราศาสตร์ให้ความสนใจอย่างใกล้ชิดคือ ข้อเสนอของสตาร์ตอัป Reflect Orbital ซึ่งมีเป้าหมายในการพัฒนาเครือข่ายดาวเทียมกระจกสะท้อนแสงอาทิตย์ เพื่อฉายลำแสงลงมายังพื้นที่ต่าง ๆ บนโลกในเวลากลางคืน (ครอบคลุมพื้นที่ราวห้ากิโลเมตรต่อดาวเทียมหนึ่งดวง) และมีแผนขยายจำนวนดาวเทียมให้ถึง 50,000 ดวงภายในปี 2035

ตามหลักฟิสิกส์ หากสังเกตการณ์จากพื้นที่ที่ลำแสงฉายลงมา ดาวเทียมต้นกำเนิดแสงจะมีความสว่างปรากฏมากกว่าดวงจันทร์เต็มดวงถึงสี่เท่า และแม้จะสังเกตจากพื้นที่ที่อยู่นอกลำแสง ดาวเทียมแต่ละดวงก็จะยังคงมีความสว่างเทียบเท่าดาวศุกร์ แบบจำลองของ ESO ประเมินว่า หากโครงการลักษณะนี้ดำเนินการเต็มรูปแบบ อาจส่งผลให้ความสว่างโดยรวมของท้องฟ้ายามค่ำคืนเพิ่มขึ้นจากระดับปกติถึง 3–4 เท่า ซึ่งถือเป็นการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมทางแสงของท้องฟ้าอย่างมีนัยสำคัญ

ภาพถ่ายแสงสะท้อนของดาวเทียมพาดเหนือน่านฟ้าในยามค่ำคืนเหนือทะเลทรายอาตากามา ประเทศชิลี ภาพจาก ESO

การกำหนดขีดจำกัดทางวิทยาศาสตร์และทางออกเชิงกฎหมาย

เพื่อป้องกันไม่ให้ข้อมูลทางดาราศาสตร์ภาคพื้นดินเกิดความเสียหายจนถึงขั้นวิกฤต งานวิจัยของ ESO ได้เสนอตัวเลขขีดจำกัดทางวิทยาศาสตร์ไว้ดังนี้

หนึ่ง ขีดจำกัดด้านจำนวน คือ จำนวนดาวเทียมในวงโคจรทั้งที่มีอยู่และในอนาคต ไม่ควรเกิน 100,000 ดวง ซึ่งเป็นระดับที่การสูญเสียข้อมูลทางดาราศาสตร์ยังอยู่ในเกณฑ์ที่บริหารจัดการได้

สอง ขีดจำกัดด้านความสว่าง คือ ดาวเทียมควรได้รับการออกแบบให้ลดการสะท้อนแสง โดยต้องมีความสว่างน้อยกว่าโชติมาตรปรากฏ 7 (apparent magnitude) ซึ่งเป็นระดับที่ดวงตาของมนุษย์ไม่สามารถมองเห็นได้ และไม่สว่างพอที่จะทำให้เซนเซอร์รับภาพของกล้องโทรทรรศน์เกิดภาวะอิ่มตัว

ปัจจุบัน องค์กรทางดาราศาสตร์ระดับนานาชาติ ได้แก่ ESO สมาคมดาราศาสตร์แห่งราชนาวีอังกฤษ (Royal Astronomical Society) และสหพันธ์ดาราศาสตร์สากล (IAU) ได้นำข้อมูลวิจัยเหล่านี้ยื่นเสนอต่อ คณะกรรมการกลางกำกับดูแลกิจการสื่อสารแห่งสหรัฐอเมริกา (FCC) เพื่อใช้เป็นข้อมูลประกอบการพิจารณาอนุมัติใบอนุญาตการปล่อยดาวเทียมรุ่นใหม่ต่อไป

วงโคจรระดับต่ำของโลกเปรียบเสมือนน่านน้ำในทางดาราศาสตร์ (celestial seashore) ที่เป็นทรัพยากรส่วนรวมของมนุษยชาติ เทคโนโลยีอวกาศและเครือข่ายดาวเทียมมอบประโยชน์มหาศาล ทั้งในด้านการสื่อสารระดับโลก การเข้าถึงอินเทอร์เน็ต และการสำรวจโลก ทว่าในขณะเดียวกัน การขยายตัวทางเทคโนโลยีนี้จำเป็นต้องดำเนินไปพร้อมกับการตระหนักรู้ถึงผลกระทบทางสิ่งแวดล้อม ทั้งมลภาวะทางแสงที่รบกวนการทำงานของระบบนิเวศและดาราศาสตร์ รวมถึงมลพิษทางบรรยากาศที่เกิดจากการเผาไหม้ของชิ้นส่วนดาวเทียมเมื่อหมดอายุการใช้งาน

ปัญหานี้ไม่สามารถแก้ไขได้ด้วยฝ่ายใดฝ่ายหนึ่ง แต่ต้องอาศัยการทำงานร่วมกันอย่างใกล้ชิดระหว่างวิศวกรผู้ออกแบบดาวเทียม ผู้ประกอบการอวกาศ นักดาราศาสตร์ และผู้กำหนดนโยบาย เพื่อให้มนุษยชาติสามารถก้าวไปข้างหน้าในยุคอวกาศได้โดยที่ยังไม่สูญเสียความสามารถในการแหงนมองและศึกษาความยิ่งใหญ่ของจักรวาลไปอย่างถาวร

เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล
พิสูจน์อักษร ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์

อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

ที่มาข้อมูล : eso

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech