Số lượng vệ tinh được phóng lên quỹ đạo Trái đất thấp (LEO) tăng theo cấp số nhân trong những năm gần đây đã mang lại nhiều tiến bộ trong viễn thông, bao gồm cung cấp internet băng rộng cho các khu vực nông thôn và vùng sâu vùng xa trên toàn thế giới. Nhưng sự gia tăng này cũng gây ra tình trạng ô nhiễm ánh sáng trong không gian, đe dọa công việc của các đài quan sát thiên văn đang hoạt động ngoài quỹ đạo – một vấn nạn mà lâu nay vốn quy về cho nguồn sáng trên mặt đất như là thủ phạm duy nhất.
Một nghiên cứu mới do NASA chủ trì, tập trung vào bốn kính thiên văn không gian – hai đang hoạt động và hai đang được lên kế hoạch – ước tính rằng một tỷ lệ lớn hình ảnh mà các đài quan sát này thu được trong thập kỷ tới có thể bị suy giảm do ánh sáng phát ra hoặc phản chiếu từ các vệ tinh cùng hoạt động trong quỹ đạo thấp.
Các nhà nghiên cứu tính toán rằng khoảng 40% hình ảnh chụp bởi Kính thiên văn Không gian Hubble của NASA và khoảng 96% hình ảnh chụp bởi đài quan sát SPHEREx của cơ quan này có thể bị nhiễu bởi ánh sáng vệ tinh. Họ cũng ước tính khoảng 96% hình ảnh từ đài quan sát ARRAKIHS của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) đang được hoạch định và kính thiên văn Xuntian của Trung Quốc cũng sẽ chịu ảnh hưởng tương tự.
Hubble bị ảnh hưởng ít hơn do trường nhìn hẹp, các nhà nghiên cứu cho biết.
Các kính thiên văn quỹ đạo là một phần quan trọng của hành trình khám phá không gian. Chúng có thể quan sát phạm vi phổ điện từ rộng hơn so với các kính thiên văn đặt trên mặt đất, và nhờ không bị khí quyển gây nhiễu, chúng có thể chụp được những hình ảnh sắc nét hơn về vũ trụ, cho phép quan sát trực tiếp các thiên hà xa xôi hoặc các hành tinh ngoài hệ Mặt Trời.
“Cho đến nay, hầu hết ô nhiễm ánh sáng đến từ thành phố và xe cộ. Nhưng sự trỗi dậy của các chòm vệ tinh viễn thông đang bắt đầu ảnh hưởng nhanh chóng đến các đài quan sát thiên văn trên toàn thế giới,” nhà thiên văn học Alejandro Borlaff thuộc Trung tâm Nghiên cứu Ames của NASA tại California, tác giả chính của nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature, cho biết.
“Khi các kính thiên văn hướng vào vũ trụ để tìm kiếm những thiên hà, hành tinh và tiểu hành tinh xa xôi, sẽ có những lúc vệ tinh đi ngang qua trước ống kính, để lại những vệt sáng xóa đi tín hiệu mờ nhạt mà chúng ta nhận được từ vũ trụ. Đây vốn là vấn đề đã biết đối với các kính thiên văn mặt đất. Nhưng cho đến nay, các kính thiên văn không gian – vốn đắt đỏ hơn nhiều và được đặt ở những vị trí tưởng như hoàn toàn trong lành – vẫn được cho là hầu như không bị ô nhiễm ánh sáng do con người tạo ra,” Borlaff nói.
Năm 2019, có khoảng 2.000 vệ tinh trong quỹ đạo thấp. Con số này hiện khoảng 15.000. Borlaff cho biết các đề xuất từ ngành công nghiệp dự đoán rằng sẽ có khoảng 560.000 vệ tinh ở quỹ đạo thấp trong thập kỷ tới.
“Để hình dung mức tăng này lớn đến thế nào, chỉ trong bốn năm qua – từ 2021 đến 2025 – chúng ta đã phóng nhiều vệ tinh lên quỹ đạo thấp hơn tổng số của bảy thập kỷ bay vào không gian trước đó cộng lại,” Borlaff nói.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu từ các nhà vận hành vệ tinh để mô phỏng các lớp quỹ đạo của từng chòm vệ tinh – từ Starlink của SpaceX, Guowang của Trung Quốc, đến hệ thống của Amazon, và nhiều hệ thống khác. Sau đó, họ tính đến các thông số cụ thể của từng kính thiên văn như độ cao quỹ đạo, quỹ đạo bay, trường quan sát và các yếu tố khác.
“Khi có mô phỏng kính thiên văn đang quan sát vũ trụ mô phỏng của chúng tôi, việc còn lại chỉ là đếm bao nhiêu lần vệ tinh đi ngang – hay ‘chen vào ảnh’ – và chúng sáng đến mức nào tại thời điểm đó,” Borlaff cho biết.
Vệ tinh phản xạ và phát ra nhiều loại ánh sáng
“Chúng phản chiếu ánh sáng mặt trời từ các tấm pin năng lượng mặt trời, đồng thời phản chiếu ánh sáng từ Mặt Trăng và Trái Đất, vốn cực kỳ sáng khi quan sát từ quỹ đạo thấp. Ngoài ánh sáng khả kiến, vệ tinh còn phát ra bức xạ hồng ngoại từ nhiệt của các linh kiện, cũng như phản xạ sóng vô tuyến từ cả Trái Đất và từ chính ăng-ten của chúng,” Borlaff nói.
Các nhà nghiên cứu cho biết một giải pháp khả dĩ là triển khai vệ tinh ở quỹ đạo thấp hơn so với nơi các kính thiên văn hoạt động.
Một số kính thiên văn đặt ở quỹ đạo xa hơn được bảo vệ tốt hơn khỏi ô nhiễm ánh sáng. Nghiên cứu này, do vậy, không xem xét ảnh hưởng của vệ tinh lên Kính thiên văn Không gian James Webb của NASA, kính thiên văn Euclid của ESA hay Kính thiên văn Nancy Grace Roman sắp tới của NASA, vì quỹ đạo của chúng xa Trái đất hơn nhiều so với vệ tinh viễn thông.
“Vì lý do đó, chúng có thể sẽ không bị ảnh hưởng bởi dạng ô nhiễm này – ít nhất là hiện tại,” Borlaff nói.
Tuy nhiên, các kính thiên văn nằm ngoài vùng ảnh hưởng này chỉ thực hiện một phần nhỏ của tổng số quan sát thiên văn.
“Chúng chỉ được dùng cho các mục tiêu khoa học rất đặc biệt và thời gian hoạt động rất hạn chế,” Borlaff nói.
Kính thiên văn Không gian Hubble. Ảnh: NASA
