في 8 أبريل 2024، سيتمكن عشرات الملايين من الناس في أمريكا الشمالية من مشاهدة كسوف كلي للشمس. لطالما كانت هذه الأحداث الفلكية مهمة عبر التاريخ، ولكن مع وجود ما يقرب من 10,000 قمر صناعي في المدار، نتساءل ما إذا كانت الكسوفات الكلية ستكشف الآن عن سماء مليئة بالأقمار الصناعية، مما يغير هذه التجربة جذرياً للبشرية. باستخدام العدد الحالي من الأقمار الصناعية Starlink، وجدنا أن الأقمار الصناعية الأكثر سطوعاً ستكون مرئية بالعين المجردة في السماء المظلمة، ولكن سطوع السماء العالي خلال الكلية سيجعلها غير قابلة للكشف بالعين المجردة. لا يأخذ نموذجنا في الاعتبار تأثيرات الانعكاسات العرضية من الأسطح الكبيرة والمسطحة مثل الألواح الشمسية، والتي نتوقع أن تسبب ومضات وانفجارات قد تكون مرئية من الأقمار الصناعية الكبيرة وهياكل الصواريخ المهجورة. قد يكشف التصوير الزمني للسماء بالكامل عن الأقمار الصناعية خلال الكسوف.
هناك حالياً أكثر من 9,500 قمر صناعي نشط في المدار، حيث يشكل 59% منها كوكبة ستارلينك التابعة لشركة سبيس إكس، بالإضافة إلى 3,000 قمر صناعي غير نشط، وأكثر من 2,200 هيكل صاروخي مهجور، وحوالي خمسة عشر ألف قطعة من الحطام الفضائي القابل للتتبع. علاوة على ذلك، هناك تقديرات تشير إلى وجود مليون قطعة من الحطام الفضائي الصغير القاتل للأقمار الصناعية ولكنه غير متتبع.
بينما تثير جميع هذه الأجسام المدارية مخاوف جدية بشأن سلامة الفضاء، فإنها تعكس أيضاً وتشتت ضوء الشمس. التلوث الضوئي الأرضي معروف جيداً ويمثل مشكلة كبيرة في جميع أنحاء العالم. لكن التلوث الضوئي المداري مختلف من الأساس. إنه يؤثر على السماء عالمياً، مغيراً اتصال البشرية بالسماء الليلية في جميع أنحاء العالم، دون خيار الإشراف المحلي. كما أنه أصبح مشكلة خطيرة للبحوث الفلكية سواء الأرضية أو الفضائية (Mroz2022, Kruk2023).
مع الكسوف الكلي للشمس القادم، سيتمكن عشرات الملايين من الأشخاص في أمريكا الشمالية من تجربة حدث فلكي ألهم الرهبة عبر التاريخ البشري. بالإضافة إلى تسهيل الكسوف لاختبارات النظريات العلمية (Dyson1920)، تُقدَّر الإمكانات الاقتصادية بمليار دولار أمريكي من السياحة، وهو مشابه للتأثير الاقتصادي لسوبر بول. تستمر الكسوفات في كونها أحداثاً ذات أهمية ثقافية في جميع أنحاء العالم.
مع كل هذا الاهتمام، نتساءل ما إذا كان من المتوقع أن تغير الأقمار الصناعية هذه التجربة المشتركة من خلال خلق العديد من الأضواء المتحركة عبر السماء خلال الكلية. محاولة الإجابة على هذا السؤال كشفت عن بعض التعقيدات المثيرة للاهتمام: نتوقع أن تكون الأقمار الصناعية خافتة وغير مكتشفة، على الرغم من وجود حالات قد تكون فيها بعض الأجسام مرئية.
نقترب من المشكلة باستخدام طرق مماثلة لتلك التي حددها (Lawler2022). عادة عند إجراء توقعات سطوع الأقمار الصناعية، نسأل عما إذا كان الجسم الفضائي في ظل الأرض، وإذا لم يكن كذلك، نقدر سطوعه باستخدام مداه، والبياض، ومساحة السطح، وزاوية الطور (الزاوية بين المراقب، القمر الصناعي، والشمس). كما يعتمد الانعكاس الفعلي أيضاً على وضعية القمر الصناعي، إلى جانب وظيفة توزيع الانعكاس الثنائي الاتجاه. عادة ما لا نمتلك مثل هذه المعلومات، ولذلك نفضل نموذج الطور البسيط. على وجه التحديد، نستخدم كرة لامبرتية (Lawler2022)، مستندين إلى ملاحظاتنا لستارلينك ليلاً (Boley2022). كما اختبرنا عدة وصفات أخرى لا تغير استنتاجاتنا العامة.
تتطلب الملاحظة النهارية خلال الكسوف تعديلين مهمين لطريقتنا: أولاً، الأقمار الصناعية التي تكون أقرب إلى المراقب والتي عادة ما تكون الأكثر سطوعاً، تكون أيضاً في ظل القمر، لذا فقط جزء من ضوء الشمس القادم متاح ليعكس. ثانياً، بينما تكون الأقمار الصناعية محمية جزئياً من الشمس، فإنها تتلقى أيضاً ضوء الأرض، وبالتالي حتى الأقمار الصناعية التي تكون داخل ظل القمر بالكامل ستكون مضاءة جزئياً.
بالنسبة لنماذجنا، نستخدم عناصر مدارية لستارلينك تم الحصول عليها من (CelesTrak) في 18 مارس 2024. ثم يتم نقل هذه العناصر المدارية إلى وقت منتصف الكلية لمراقب في كينغستون، أونتاريو. نحن ندرك أن هذه العناصر المدارية غير مناسبة للنقل لفترة بعيدة في المستقبل، ولكن النتائج كافية من الناحية الإحصائية.
يُظهر الشكل [fig:sky] لقطة متوقعة لتوزيع سطوع الأقمار الصناعية في كينغستون، أونتاريو خلال الكسوف. الضوء المنعكس الذي يراه المراقب من كل قمر صناعي يقل بسبب الجزء من الشمس الذي يغطيه القمر، كما يُرى من موقع القمر الصناعي، مع إضاءة إضافية للقمر الصناعي تأتي من الأرض أدناه. ونظراً لأن أجزاء من الأرض تقع أيضاً في ظل القمر، فإننا نمذج تأثير ضوء الأرض باستخدام خوارزمية تتبع الأشعة التي تأخذ في الاعتبار هندسة الإضاءة المعقدة.
نجد أن الأقمار الصناعية المضاءة خلال الكسوف يجب أن تكون خافتة بسبب تركيبة زوايا الطور الشمسية الكبيرة جداً والأقمار الصناعية في السماء التي تقع داخل ظل القمر. يُتوقع أن تكون الأقمار الصناعية الأكثر سطوعاً في سمائنا المحاكاة لها قدر \(g\) مرئيات قريبة من 6.1. هذه النتيجة أخفت بكثير من توقعاتنا في الليل/الشفق، والتي لها زوايا طور أصغر ولا توجد ظلال للقمر، مما يؤدي إلى توقعات \(g_{\rm max}\) مشرقة تصل إلى 3.5 (Lawler2022).
\(g\)=6.2 ستكون مرئية بالعين المجردة في سماء ليلية مظلمة، ولكن سطوع السماء خلال الكسوف سيكون أكثر إشراقاً من ليلة القمر البدر، 12.5 ماغ/ثانية قوسية (Pramudya2016). وبالتالي، لا نتوقع أن تكون أي من الأقمار الصناعية ستارلينك مرئية بالعين المجردة خلال الكسوف.
ومع ذلك، إذا كانت الأقمار الصناعية ستارلينك في وضعية “زعنفة القرش” (الألواح الشمسية عمودية على سطح الأرض)، فقد تكون هناك انعكاسات قصيرة الأمد كبيرة (“ومضات”) من الألواح الشمسية الكبيرة والمسطحة. لقد تمت ملاحظة هذه الانعكاسات بالفعل في صور البحث (Karpov2023). ونظراً لأن المعلومات الخاصة بالأقمار الصناعية المتعلقة بالتوجيه أو الشكل أو خصائص المواد لا يتم مشاركتها عموماً، فإننا غير قادرين على التنبؤ بالومضات في هذا الوقت. ستختلف الومضات لكل مراقب بسبب التوافقات الهندسية العابرة المعنية.
على الرغم من أن هذه المحاكاة تركز على ستارلينك فقط، نظراً لأنها تشكل الغالبية العظمى من الأقمار الصناعية النشطة، فهناك الآلاف من هياكل الصواريخ المهجورة حالياً في المدار، كما ذكر أعلاه. تظل هذه الأجسام الكبيرة في المدار لأيام إلى عقود عديدة بعد إطلاق حمولتها. يمكن أن تكون مشرقة جداً عندما تكون على مسافات كبيرة من المراقب، وبالتالي يمكن أن تكون مرئية طوال الليل والعام (see [byersboley2023] chpt. 4). كما أنها تدور بشكل فوضوي، مما ينتج عنه ومضات مشرقة يمكن رؤيتها بالعين المجردة.1 نشتبه في أن مثل هذه الأجسام ستكون مرئية خلال الكسوف، ولكن تتطلب ملاحظات للتحقق.
الأقمار الصناعية الساطعة تغير السماء في جميع أنحاء العالم، مما يعيق بحوث الفلك والرصد الثقافي للنجوم على حد سواء. تُظهر محاكاتنا هنا أن الأقمار الصناعية من نوع Starlink المضاءة بضوء الشمس لن تكون مرئية بالعين المجردة في السماء المظلمة خلال الكسوف الكلي في أبريل 2024. قد تظل الومضات من الأجسام الصناعية في المدار مرئية. قد تكون الملاحظات الزمنية الواسعة للمجال خلال الكسوف مفيدة في تحديد شدة وتكرار هذه الومضات، فضلاً عن توفير معلومات إضافية لتقييم سطوع الأقمار الصناعية. السماء تتغير بسرعة بسبب تجارة المدار المنخفض للأرض، ونحن ندعو الفلكيين الذين يقرؤون هذا للانضمام إلى المجموعات التي تدعو إلى تنظيم المدار، مثل مجموعة الاتحاد الفلكي الدولي لحماية السماء (IAU-CPS2).
لدى المؤلفين برنامج مستمر لتقييم سطوع وتقلبات هياكل الصواريخ.↩