На низкой околоземной орбите уже находится более 14 тысяч спутников, и их число продолжает быстро увеличиваться, усиливая проблему спутникового светового загрязнения. Новое исследование, опубликованное в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, предлагает способ снизить яркость аппаратов и уменьшить их влияние на астрономические наблюдения.
Небо, которое трудно разглядеть
«Ночное небо — одно из самых древних окон человечества во Вселенную. Но разглядеть что-либо в нем становится все труднее», — говорит астрофизик Астха Чатурведи из Университета Суррея.
Чатурведи вместе с командой британских исследователей предложила решение — покрывать спутники специальным составом Vantablack 310, одним из самых черных материалов, разработанных специально для использования в космосе.
Чернее космоса
Обычная черная поверхность отражает примерно в 2–5 раз больше света — около 5–10 %, тогда как Vantablack 310 возвращает лишь около 2 % падающего излучения. Ученые с помощью физических моделей проверили, как покрытие ведет себя в разных точках орбиты — ведь блестящий спутник над снежным покровом отражает свет иначе, чем над открытым океаном.
В самом ярком из смоделированных случаев спутник с покрытием получил оценку от 6,7 до 7,0 по звездной величине — шкале, которую используют астрономы для измерения яркости объектов (чем меньше цифра, тем ярче объект). Большинство смоделированных орбит показали результат еще лучше — от 7,1 до 7,8. Даже худший показатель, 6,7, оказался чуть ниже порога в 7 единиц, который рекомендует Международный астрономический союз как допустимую яркость для спутников и других объектов на орбите.
Для сравнения — обычный, не обработанный спутник SpaceX, который тестировали те же исследователи, показал результат 3,7, то есть значительно ярче. Ранее SpaceX уже пробовала снизить яркость своих аппаратов с помощью разработок DarkSat и VisorSat — но, как пишут авторы работы, Vantablack 310 показал результаты не хуже, а местами и лучше этих решений.
«При одинаковых геометрических и площадных допущениях покрытая поверхность дает пиковые значения яркости более тусклые, чем у необработанного корпуса Starlink, и сопоставимые или более тусклые, чем варианты DarkSat и VisorSat», — говорится в опубликованной статье.
Что происходит с материалом на уровне структуры
Чтобы понять, как именно покрытие «ловит» свет, команда изучила обработанный спутник под электронным микроскопом. Оказалось, что материал образует на поверхности «коралловидные структуры с углублениями, похожими на полости» — именно эта пористая структура и не дает свету отражаться обратно.
Vantablack 310 — сравнительно новая версия оригинального материала Vantablack, ее сделали проще в нанесении и более износостойкой. Впрочем, как подчеркивают сами авторы, это пока только оптические расчеты.
«Мы рассматриваем исключительно оптические характеристики покрытия. Его тепловое поведение, устойчивость к космической среде и возможность интеграции с аппаратами требуют дальнейших испытаний в вакуумной камере и реальных полетах», — пишут исследователи.
Проверка в на практике
Такая проверка не за горами — Vantablack 310 планируют использовать на предстоящей миссии кубсата под названием Jovian-1. Это позволит ученым замерить реальную яркость спутника с земли, пока он будет находиться на орбите.
Раз человечество и дальше будет все сильнее зависеть от спутников на низкой орбите — для связи, а возможно, и для космических дата-центров искусственного интеллекта — хотелось бы, чтобы это не стоило нам возможности видеть полноценное звездное небо. Первые тесты показывают, что черное покрытие способно в этом помочь, хотя проблему космического мусора оно, конечно, не решает.
«Космос становится все более перегруженным, и это создает трудности не только для астрономов, но и для всех, кто ценит нетронутое ночное небо. Обнадеживает, что это исследование выходит за рамки простой констатации проблемы и предлагает практическое, подкрепленное данными решение», — говорит астрофизик Ноэлия Ноэль из Университета Суррея.