في 8 أبريل 2024، سيحظى عشرات الملايين من الناس في أمريكا الشمالية بفرصة مشاهدة الكسوف الكلي للشمس. حظيت هذه الأحداث الفلكية بأهمية كبيرة عبر التاريخ، ولكن مع وجود ما يقرب من 10,000 قمر صناعي في المدار، نتساءل ما إذا كانت الكسوفات الكلية ستُظهر الآن سماءً مليئة بالأجرام الصناعية، مما يغير هذه التجربة جذرياً للبشر. بناءً على أسطول Starlink الحالي من الأقمار الصناعية، وجدنا أن أكثرها سطوعاً ستكون مرئية بالعين المجردة في سماء ليلية مظلمة، لكن سطوع السماء الشديد أثناء التغطية الكلية سيجعل رصدها مستحيلاً بالعين المجردة. لا يأخذ نموذجنا في الحسبان تأثيرات الانعكاسات العرضية عن الأسطح الكبيرة والمسطحة مثل الألواح الشمسية، والتي نتوقع أن تُحدث ومضات أو انفجارات ضوئية قد تبرز من الأقمار الصناعية الكبيرة وبقايا الصواريخ المهجورة. قد يكشف التصوير التتابعي لكامل السماء عن هذه الأقمار الصناعية أثناء الكسوف.
هناك حالياً أكثر من 9,500 قمر صناعي نشط في المدار، حيث يشكل 59% منها كوكبة ستارلينك التابعة لشركة سبيس إكس، إضافة إلى أكثر من 3,000 قمر صناعي متوقف عن العمل، وأكثر من 2,200 هيكل صاروخي مهجور، وحوالي خمسة عشر ألف قطعة من الحطام الفضائي القابل للتتبع.
رغم أن هذه الأجسام المدارية تثير مخاوف جدية بشأن سلامة الملاحة الفضائية، إلا أنها أيضاً تعكس وتشتت ضوء الشمس. فالتلوث الضوئي الأرضي معروف جيداً ويشكل مشكلة ملحّة في شتى أنحاء العالم. لكن التلوث الضوئي المداري مختلف جوهرياً؛ إذ يؤثر على السماء بشكل عالمي، معوّقاً صلة البشر بالسماء الليلية عبر المعمورة دون إمكانية السيطرة المحلية، وقد أصبح مشكلة خطيرة للأبحاث الفلكية الرصدية والأرصادية (Mroz2022, Kruk2023).
مع اقتراب موعد الكسوف الكلي للشمس، سيحظى عشرات الملايين من الأشخاص في أمريكا الشمالية بفرصة تجربة حدث فلكي أثار الرهبة عبر التاريخ البشري. بالإضافة إلى كونه منصة لاختبار النظريات العلمية (Dyson1920)، تُقدَّر عائداته الاقتصادية بنحو مليار دولار من السياحة، وهو ما يعادل تقريباً التأثير الاقتصادي لمباراة السوبر بول. ولا تزال الكسوفات أحداثاً ذات وقع ثقافي عميق في شتى أنحاء العالم.
في ظل هذا الاهتمام، نتساءل إن كان يمكن للأقمار الصناعية أن تُحوّل هذه التجربة المشتركة بإضاءة السماء بسلسلة من النقاط المتحركة أثناء مرحلة التغطية الكلية. واتضح عند محاولة الإجابة على هذا السؤال بعض التعقيدات المثيرة: فرغم أننا نتوقع أن تظل معظم الأقمار الصناعية خافتة وغير ملحوظة، هناك سيناريوهات قد تصبح فيها بعض الأجسام مرئية.
ننهج المشكلة بأساليب مشابهة لتلك المستخدمة في (Lawler2022). عند توقع سطوع الأقمار الصناعية عادةً ما نتحقق أولاً إن كان الجسم في ظل الأرض، وإذا لم يكن كذلك، نقدر سطوعه بالاعتماد على المدى بين المراقب والقمر الصناعي، والبياض، ومساحة السطح، وزاوية الطور (الزاوية بين المراقب والقمر الصناعي والشمس). كما يتوقف الانعكاس الفعلي على وضعية القمر الصناعي ووظيفة توزيع الانعكاس الثنائي الاتجاه، وهي معلومات عادةً ما لا تتوفر، لذا نعتمد نموذج طور مبسط. على وجه التحديد، نستخدم نموذج الكرة اللامبرتية (Lawler2022) مستندين إلى ملاحظاتنا لستارلينك ليلاً (Boley2022). كما اختبرنا وصفات أخرى لم تغير استنتاجاتنا العامة.
تتطلب المراقبة النهارية أثناء الكسوف تعويضين أساسيين: أولاً، الأقمار الصناعية الأقرب إلى المراقب، والتي عادةً ما تكون الأشدّ سطوعاً، تقع أيضاً جزئياً في ظل القمر، فتتوفر منها فقط جزء من ضوء الشمس المنعكس. ثانياً، رغم أن الشمس تُحصن عن بعض الأقمار الصناعية جزئياً، فإن هذه الأجسام تتلقى أيضاً ضوء الأرض، وبالتالي حتى أقمار صناعية الموجودة كلياً في ظل القمر قد تضئ جزئياً بضوء أرضي.
بالنسبة لنماذجنا، نستخدم بيانات العناصر المدارية لشبكة ستارلينك التي حصلنا عليها من (CelesTrak) في 18 مارس 2024. ثم نحول هذه العناصر إلى لحظة منتصف الكسوف لمراقب في كينغستون، أونتاريو. نحن ندرك أن دقة هذه العناصر قد تتناقص عند التنبؤ على مدى بعيد، لكن النتائج تظل ملائمة من الناحية الإحصائية.
يعرض الشكل [fig:sky] لقطات متوقعة لتوزيع سطوع الأقمار الصناعية فوق كينغستون، أونتاريو، أثناء الكسوف. ينخفض الضوء المنعكس الصادر من كل قمر صناعي بناءً على الجزء من قرص الشمس المحجوب بواسطة القمر، كما نأخذ في الحسبان الإضاءة الإضافية الناتجة عن انعكاس ضوء الأرض نحو القمر الصناعي. ونظراً لأن بعض مناطق الأرض نفسها تخضع لظلال القمر، فإننا نمذج تأثير ضوء الأرض بواسطة خوارزمية تتبع الأشعة التي تأخذ بعين الاعتبار هندسة الإضاءة المعقدة.
نجد أن الأقمار الصناعية المضاءة أثناء الكسوف ستظل خافتة على نحو عام، نظراً لزوايا طور شمسية كبيرة ولوجود الظل الجزئي أو الكلي للقمر على معظمها. وفق محاكياتنا، سيكون القدر الظاهري الأقصى لألمع الأقمار الصناعية في السماء حوالي \( g \approx 6.1 \). هذه القيمة أخفّ بكثير من توقعات الليل/الشفق التي لا يعرقلها ظل القمر، حيث قد تصل إلى \( g_{\rm max} \approx 3.5 \) (Lawler2022).
\( g \approx 6.2 \) يكون قابلاً للرؤية بالعين المجردة في سماء ليلية مظلمة، لكن سطوع السماء خلال الكسوف سيفوق حتى ضوء البدر الكامل، حيث يبلغ نحو 12.5 ماغ/ثانية قوسية (Pramudya2016). لذلك، لا نتوقع أن يكون أي من أقمار ستارلينك مرئياً بالعين المجردة أثناء الكسوف.
إلا أنه إذا وجدت أقمار ستارلينك في وضعية “زعنفة القرش” (أي الألواح الشمسية عمودية على سطح الأرض)، فقد تحدث انعكاسات واضحة (“ومضات”) من الألواح الكبيرة المسطحة. وقد لوحظت هذه الومضات سابقاً في الصور البحثية (Karpov2023). ونظراً لغياب المعلومات التفصيلية عن توجيه الأقمار الصناعية أو شكلها أو خصائص موادها، لا يمكننا حالياً التنبؤ بوقت أو شدة تلك الومضات، ويتوقف ذلك على التوافق الهندسي بين المراقب والشمس والقمر الصناعي.
على الرغم من تركيز هذه المحاكاة على ستارلينك باعتبارها الغالبية العظمى من الأقمار العاملة، هناك آلاف الهياكل الصاروخية المهجورة في المدار أيضاً، كما ذكر أعلاه. تبقى هذه الأجسام الكبيرة في الفضاء أياماً إلى عقوداً بعد إطلاقها، وقد تكون ساطعة جداً حتى عن مسافات كبيرة، مما يجعلها مرئية طيلة الليل وعلى مدار العام (see [byersboley2023] chpt. 4). كما تدور بشكل فوضوي، مما ينتج ومضات ساطعة يمكن رصدها بالعين المجردة.1 نشتبه بأن مثل هذه الأجسام ستكون مرئية أثناء الكسوف، لكن الأمر يتطلب رصدات للتحقق.
الأقمار الصناعية الساطعة تغير السماء في جميع أنحاء العالم، مما يعيق بحوث الفلك والرصد الثقافي للنجوم على حد سواء. تُظهر محاكاةنا هنا أن أقمار Starlink المضاءة بضوء الشمس لن تكون مرئية بالعين المجردة في السماء أثناء الكسوف الكلي في أبريل 2024. مع ذلك، قد تظل ومضات الأجسام الصناعية الأخرى في المدار مرئية. يمكن للملاحظات الزمنية الواسعة المجال خلال الكسوف أن تساعد في قياس شدة وتواتر هذه الومضات، إضافة إلى توفير بيانات إضافية لتقييم سطوع الأقمار الصناعية. تتغير سماء الليل بسرعة بسبب النشاط المتزايد في المدار الأرضي المنخفض، لذا ندعو الفلكيين لاقتراح وتنظيم جهود لتنظيم المدار، مثل مجموعة حماية السماء التابعة للاتحاد الفلكي الدولي (IAU-CPS2).
لدى المؤلفين برنامج مستمر لتقييم سطوع وتقلبات هياكل الصواريخ.↩