Satellitt-megakonstellasjoner risikerer å ødelegge astronomi for alltid

Synlige Starlink-streker ødelegger dette bildet av nattehimmelen tatt av DeCam DELVE Survey. CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/DeCam DELVE-undersøkelse

Astronomimiljøet er på kanten. Det økende antallet satellitter som strømmer gjennom lav bane rundt jorden gjør det nesten umulig å få fri sikt til himmelen.

Den sanne trusselen disse mega-konstellasjonene utgjør for astronomisamfunnet begynner bare å bli forstått. EN rapportere utgitt i forrige uke av American Astronomical Society konkluderte med at de vil fundamentalt endre astronomisk observasjon for optiske og nær-infrarøde undersøkelser fremover. Nattebilder uten passasje av en solbelyst satellitt vil ikke lenger være normen, skriver forfatterne.

De første Starlink-satellittene var allerede godt synlig kort tid etter lansering i fjor, og noen observatorier fant sine bilder av nattehimmelen ødelagt . På torsdag skal SpaceX skyte opp sin siste gruppe Starlink-satellitter, med et sett på 60 for å bli med i flåten på 653 som har blitt skutt opp siden mai 2019. I løpet av flere år forventes hele nettverket å svulme opp til 12.000 satellitter, med en mulig utvidelse til 42.000. London-baserte OneWeb, presser gjennom en konkursår og nytt eierskap , fant nettopp FCC-godkjenning for 1280 satellitter å tilby bredbåndstjenester til amerikanske forbrukere, og selskapet foreslår en konstellasjon som kan til slutt utvides til 48 000 satellitter . Amazon fikk endelig godkjenning for sin Prosjekt Kuiper forslag å lansere 3236 satellitter for sin egen satellitt-internetttjeneste, og dette er sannsynligvis bare begynnelsen. Astronomi slik vi kjenner den vil aldri bli den samme.

En timelapse-video av passasjen av en Starlink-satelteklynge over Maunakea, Hawaii 12.–13. november 2019.

INTERNASJONALT GEMINI OBSERVATORIUM/NOIRLAB/NSF/AURA

Synligheten til SpaceX Starlink-satellittene ga virkelig alle et sjokk, sier Megan Donahue, en astronom ved Michigan State University og tidligere president for AAS. Mens mange mennesker var begeistret for å se et tog med skarpe lys bevege seg gjennom himmelen på en klar natt, visste astronomer at disse lysene ville ende opp som lange hvite striper på bildene samlet av teleskopene deres, og slette de faktiske stjernene og himmelobjektene de var. prøver å observere. Å se for seg himmelen som kryper med disse er skummelt for astronomer, sier hun.

En fotobombingssatellitt er ikke noe nytt – det kommer garantert til å skje over 2600 aktive satellitter glide rundt jorden. Men ifølge Jeff Hall, direktøren for Lowell-observatoriet og en medforfatter og redaktør av AAS-rapporten, er de aller fleste av dem svake, spesielt de i svært høye høyder. Hvis de vises på bildet, er de veldig små prikker. De utgjør knapt et problem.

Fordi disse nye konstellasjonene blir utplassert i lavere baner, er de mye lysere, og etterlater lange lyse striper på bildet og noen ganger forvrenger andre deler av dataene. Og fordi det er så mange, er det å prøve å holde dem utenfor synsfeltet en tapende omgang. I gamle dager kunne kanskje ett av 100 bilder ikke brukes på grunn av en forstyrrende satellitt. Astronomer står nå overfor muligheten for at de kan miste så mye som to tredjedeler av dataene sine til disse satellittløypene.

De nye LEO-satellittene påvirker ikke alle astronomiprogrammer på samme måte. Halls arbeid, for eksempel, gjør observasjoner av optiske spektrografer (bølgelengdene til lys som sendes ut fra en kilde) for å måle svært spesifikke variasjoner i individuelle stjerner. Disse bildene vil bare bli påvirket hvis satellitten flyr rett foran teleskopet.

Men for neste generasjons teleskoper som er ekstremt følsomme eller gjør observasjoner i vidt felt som kartlegger store deler av himmelen, vil Starlink og andre konstellasjoner være et lammende problem. Observatorier som ser etter objekter i nærheten, som University of Hawaiis Panoramic Survey Telescope og Rapid Response System (Pan-STARRS), er allerede finne bildene deres ødelagt av Starlink-satellittbevegelser . Hvis det er en asteroide på kollisjonskurs for Jorden, kan dataene nå være for ødelagte til at vi kan finne dem tidlig nok og planlegge en skikkelig respons.

Det mest fremtredende eksemplet er trolig Vera C. Rubin-observatoriet i Chile (tidligere referert til som Large Synoptic Survey Telescope), et milliard-dollar-anlegg designet for å hjelpe astronomer med å oppdage ekstremt svake optiske og nær-infrarøde signaler. Den skal brukes til å kartlegge små objekter som er langt unna og undersøke etter mørk materie og mørk energi. Simuleringer tyder på at så mye som 30 % av Vera Rubins bilder vil bli plaget av minst én Starlink-satellittløype når hele konstellasjonen er utplassert. Hundrevis av vitenskapelige undersøkelser basert på disse dataene kan stoppe opp, og forsinke noen funn i flere generasjoner.

Ifølge Donahue vil et ideelt mål være å redusere lysstyrken til disse satellittene med en faktor på 100. For dette formål skisserer AAS-rapporten flere potensielle løsninger som antas å være praktiske for både astronomer og satellittoperatører. For eksempel kan ny programvare gi astronomer en oppmerksomhet når og hvor satellitter forventes å passere over hodet . Det kan hjelpe dem å omgå disse tidene eller til og med maskere satellittenes lys under eksponering, og det kan også brukes i bildebehandling for å trekke satellittspor fra selve dataene.

For satellittoperatører som leter etter løsninger, er det også forretningsmål å vurdere. Tross alt vil den raskeste og mest effektive løsningen være å slutte å lansere konstellasjoner – og det er rett og slett en ikke-starter.

Et alternativ er å gjøre satellittene mindre reflekterende. SpaceX testet ut en prototype DarkSat male på en Starlink-satellitt i januar, men det klarte ikke å redusere lysstyrken betydelig . Selskapet installerer nå et utplasserbart solskjold kalt VisorSat på alle satellittene fremover, men det er en viss debatt blant forskere om om dette virkelig er en effektiv løsning .

I følge Hall er en av de beste tilnærmingene å justere satellittorientering i rommet slik at den reflekterende overflaten vender bort fra bakken, og minimerer den lyse glansen som observeres av overflateteleskoper. Jeg har observert det personlig selv med noen av SpaceX-satellittene der de har gjort holdningsjusteringer, sier han. Du kan fortsatt se dem gå forbi, men knapt – de er veldig svake.

En av de største konfliktene som satellittoperatører vil møte vil være rundt høydene til konstellasjonene deres. OneWeb-grunnlegger Greg Wyler har argumentert at selskapets konstellasjon var mindre sannsynlig å resultere i satellittkollisjoner takket være sin høyere bane på 1200 kilometer. Mens noe sånt som Starlink forsøker å dekke planeten med mange flere satellitter som går i bane på tettere avstand, har satellitter i høyere baner et større kommunikasjonsfotavtrykk, noe som betyr at hver enkelt kan dekke mer av jorden. Det kan redusere det totale antallet satellitter på himmelen.

Dessverre, som AAS-papiret fremhever, jo høyere bane, jo lenger forblir satellitten i synsfeltet. Det kan være litt mindre lyst, men for alle hensikter er det like forstyrrende for astronomiske observasjoner – potensielt hele natten. Rapporten anbefaler selskaper å avstå fra å sette konstellasjoner over en høyde på 600 kilometer.

Heldigvis er alle disse selskapene villige partnere for å finne ut hvordan de skal løse problemet. AAS-rapporten inneholdt omfattende innspill fra både SpaceX og OneWeb. De synes det de gjør er veldig kult – og de synes det vi gjør er veldig kult, sier Hall. Så vi prøver å sameksistere her.

Astronomer må stole på denne velviljen fra satellittoperatørene. Det er ingen teknisk eller regulatorisk hindring for å skyte opp en konstellasjon av ultra-lyse satellitter som kan gjøre mange eller de fleste astronomiprogrammer umulige.

Hall og hans kolleger planlegger å ta tak i dette regulatoriske smutthullet og komme med anbefalinger under en ny runde med workshops som starter neste vår. Og de forventer at SpaceX og andre samarbeider på den fronten også. Satellittoperatører over hele verden har et insentiv til å unngå det rene kaoset som kunne oppstå hvis de alle hadde carte blanche til å skyte opp hva de ville ut i verdensrommet.

Dette er politiske anbefalinger som må gå til FN, sier Hall. Dette er et internasjonalt problem. Og det vil måtte løses innenfor rammen av et internasjonalt organ. Når FN og dets medlemsland faktisk vil vedta og håndheve slike regler, er imidlertid et helt annet spørsmål.

Rettelse 9/8/20: Et feilsitat fra Hall er rettet.

gjemme seg