Megakonstelacje satelitów mogą na zawsze zrujnować astronomię

Widoczne smugi Starlink niszczą to zdjęcie nocnego nieba wykonane przez DeCam DELVE Survey. Ankieta CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/DeCam DELVE

Społeczność astronomiczna jest na krawędzi. Rosnąca liczba satelitów przepływających przez niską orbitę okołoziemską sprawia, że ​​uzyskanie wyraźnego widoku nieba jest prawie niemożliwe.

Prawdziwe zagrożenie, jakie te megakonstelacje stanowią dla społeczności astronomicznej, dopiero zaczyna być rozumiane. A raport opublikowany w zeszłym tygodniu przez Amerykańskie Towarzystwo Astronomiczne doszedł do wniosku, że zasadniczo zmienią one obserwacje astronomiczne w badaniach optycznych i w bliskiej podczerwieni. Obrazy nocne bez przelotu oświetlonego słońcem satelity nie będą już normą, piszą autorzy.

Pierwsze satelity Starlink były już wyraźnie widoczne zaraz po uruchomieniu w zeszłym roku, a niektóre obserwatoria znalazły swoje obrazy nocnego nieba zrujnowany . W czwartek SpaceX ma wystrzelić najnowszą partię satelitów Starlink, z zestawem 60, które dołączą do floty 653, które zostały wystrzelone od maja 2019 r. Oczekuje się, że za kilka lat cała sieć powiększy się do 12 000 satelitów, z możliwa ekspansja do 42 tys. OneWeb z siedzibą w Londynie, przepychając się rok upadłości i nowy właściciel , właśnie znalazłem aprobatę FCC dla 1280 satelitów do świadczenia usług szerokopasmowych konsumentom w USA, a firma proponuje konstelację, która: może ostatecznie rozszerzyć się do 48 000 satelitów . Amazon w końcu otrzymał zgodę na jego Propozycja Projektu Kuipera wystrzelić 3236 satelitów dla własnej satelitarnej usługi internetowej, a to prawdopodobnie dopiero początek. Astronomia, jaką znamy, nigdy nie będzie taka sama.

Film poklatkowy z przelotu gromady satelitów Starlink nad Maunakea na Hawajach w dniach 12-13 listopada 2019 r.

MIĘDZYNARODOWE OBSERWATORIUM GEMINI/NOIRLAB/NSF/AURA

Widoczność satelitów SpaceX Starlink naprawdę była dla wszystkich szokiem, mówi Megan Donahue, astronom z Michigan State University i była prezes AAS. Podczas gdy wielu ludzi było zachwyconych widokiem pociągu jasnych świateł poruszających się po niebie w pogodną noc, astronomowie wiedzieli, że te światła kończą się długimi białymi smugami na obrazach zebranych przez ich teleskopy, zasłaniając rzeczywiste gwiazdy i obiekty niebieskie, którymi byli próbując obserwować. Wyobrażanie sobie, że niebo się nimi pełza, jest przerażające dla astronomów, mówi.

Satelita fotobombowy nie jest niczym nowym — na pewno się zdarzy ponad 2600 aktywnych satelitów skakać wokół Ziemi. Ale według Jeffa Halla, dyrektora Obserwatorium Lowella oraz współautora i redaktora raportu AAS, zdecydowana większość z nich jest słaba, zwłaszcza te na bardzo dużych wysokościach. Jeśli pojawiają się na obrazie, są to bardzo małe kropki. Ledwo stanowią problem.

Ponieważ te nowe konstelacje są umieszczane na niższych orbitach, są znacznie jaśniejsze, pozostawiając długie jasne smugi na obrazie i czasami zniekształcając inne części danych. A ponieważ jest ich tak wiele, próba utrzymania ich poza polem widzenia jest przegraną grą w whack-a-mole. W dawnych czasach może nie można było użyć jednego ze 100 zdjęć z powodu zakłócającego satelity. Astronomowie stają teraz w obliczu możliwości, że mogą stracić nawet dwie trzecie swoich danych na skutek tych satelitów.

Nowe satelity LEO nie wpływają na każdy program astronomiczny w ten sam sposób. Na przykład praca Halla prowadzi obserwacje spektrografów optycznych (długości fal światła emitowanego ze źródła) w celu zmierzenia bardzo specyficznych zmian w poszczególnych gwiazdach. Te obrazy będą miały wpływ tylko wtedy, gdy satelita będzie leciał tuż przed teleskopem.

Ale dla teleskopów nowej generacji, które są niezwykle czułe lub prowadzą obserwacje szerokiego pola, które badają ogromne połacie nieba, Starlink i inne konstelacje będą paraliżującym problemem. Obserwatoria, które szukają pobliskich obiektów, takie jak Panoramiczny Teleskop Przeglądów i System Szybkiego Reagowania (Pan-STARRS) Uniwersytetu Hawajskiego, już są znalezienie ich obrazów zniszczonych przez ruchy satelitów Starlink . Jeśli asteroida znajduje się na kursie kolizyjnym z Ziemią, dane mogą być teraz zbyt uszkodzone, abyśmy mogli ją znaleźć wystarczająco wcześnie i zaplanować odpowiednią reakcję.

Najbardziej znaczącym przykładem jest prawdopodobnie Obserwatorium Vera C. Rubin w Chile (wcześniej określane jako Large Synoptic Survey Telescope), obiekt za miliard dolarów zaprojektowany, aby pomóc astronomom w wykrywaniu niezwykle słabych sygnałów optycznych i bliskiej podczerwieni. Będzie on używany do mapowania małych obiektów, które są daleko, oraz do sondowania ciemnej materii i ciemnej energii. Symulacje sugerują, że aż 30% obrazów Very Rubin będzie nękanych co najmniej jeden ślad satelity Starlink gdy pełna konstelacja zostanie wdrożona. Setki badań naukowych opartych na tych danych może się zatrzymać, opóźniając niektóre odkrycia o kilka pokoleń.

Według Donahue idealnym celem byłoby 100-krotne zmniejszenie jasności tych satelitów. W tym celu raport AAS przedstawia kilka potencjalnych rozwiązań, które mają być praktyczne zarówno dla astronomów, jak i operatorów satelitów. Na przykład nowe oprogramowanie może dać astronomom wskazówki na temat kiedy i gdzie satelity mają przelatywać nad głową . Może to pomóc im w obejściu tych czasów, a nawet maskować światło satelitów podczas ekspozycji, a także może być wykorzystane w przetwarzaniu obrazu do odejmowania śladów satelitów od samych danych.

Operatorzy satelitarni poszukujący rozwiązań muszą także wziąć pod uwagę cele biznesowe. W końcu najszybszym i najskuteczniejszym rozwiązaniem byłoby zaprzestanie uruchamiania konstelacji — a to po prostu niemożliwy do uruchomienia.

Jedną z opcji jest zmniejszenie odblasków satelitów. SpaceX przetestował prototyp DarkSat malować na satelicie Starlink w styczniu, ale nie udało się znacznie zmniejszyć jasności . Firma instaluje teraz rozkładaną osłonę przeciwsłoneczną o nazwie VisorSat na wszystkich swoich satelitach, ale wśród naukowców toczy się debata na temat czy to naprawdę skuteczne rozwiązanie .

Według Halla jednym z najlepszych podejść jest dostosowanie orientacji satelity w kosmosie, tak aby powierzchnia odbijająca była skierowana od ziemi, minimalizując jasny blask obserwowany przez teleskopy powierzchniowe. Osobiście zaobserwowałem to na niektórych satelitach SpaceX, gdzie dokonywali korekty nastawienia, mówi. Wciąż można je zobaczyć, ale ledwo — są bardzo słabe.

Jeden z największych konfliktów, z jakimi zmierzą się operatorzy satelitów, będzie dotyczył wysokości ich konstelacji. Założyciel OneWeb Greg Wyler kłócił się że konstelacja jego firmy była mniej prawdopodobna kolizje satelitów dzięki wyższej orbicie 1200 kilometrów. Podczas gdy coś takiego jak Starlink stara się pokryć planetę wieloma satelitami krążącymi w bliższej odległości, satelity na wyższych orbitach mają większy ślad komunikacyjny, co oznacza, że ​​każdy z nich może pokryć większą część Ziemi. To może zmniejszyć całkowitą liczbę satelitów na niebie.

Niestety, jak podkreśla artykuł AAS, im wyższa orbita, tym dłużej satelita pozostaje w polu widzenia. Może być trochę mniej jasny, ale pod każdym względem jest tak samo zakłócający obserwacje astronomiczne – potencjalnie przez całą noc. Raport zaleca, aby firmy powstrzymały się od umieszczania konstelacji na wysokości 600 kilometrów.

Na szczęście wszystkie te firmy są chętnymi partnerami, aby znaleźć sposób na rozwiązanie problemu. Raport AAS zawierał obszerny wkład zarówno ze SpaceX, jak i OneWeb. Uważają, że to, co robią, jest naprawdę fajne — i uważają, że to, co robimy, jest naprawdę fajne, mówi Hall. Więc staramy się tu współistnieć.

Astronomowie muszą polegać na dobrej woli operatorów satelitarnych. Nie ma przeszkód technicznych ani regulacyjnych dla wystrzelenia konstelacji ultrajasnych satelitów, które mogłyby uniemożliwić realizację wielu lub większości programów astronomicznych.

Hall i jego koledzy planują zająć się tą luką regulacyjną i przedstawić zalecenia podczas nowej rundy warsztatów, które rozpoczną się wiosną przyszłego roku. I oczekują, że SpaceX i inni będą współpracować również na tym froncie. Operatorzy satelitarni na całym świecie mają motywację do unikania chaosu, który mógłby powstać, gdyby wszyscy mieli carte blanche, aby wystrzelić w kosmos co tylko chcą.

To są zalecenia polityczne, które będą musiały trafić do Organizacji Narodów Zjednoczonych, mówi Hall. To jest problem międzynarodowy. I będzie musiał zostać rozwiązany w ramach kompetencji organu międzynarodowego. Jednak to, kiedy ONZ i jej państwa członkowskie faktycznie przyjmą i egzekwują takie zasady, to zupełnie inna kwestia.

Poprawka 9/8/20: Naprawiono błędny cytat z Halla.

ukryć