Satellit-megakonstellationer risikerer at ødelægge astronomi for altid

Synlige Starlink-striber ødelægger dette billede af nattehimlen taget af DeCam DELVE Survey. CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/DeCam DELVE undersøgelse

Astronomisamfundet er på højkant. Det voksende antal satellitter, der streamer gennem et lavt kredsløb om Jorden, gør det næsten umuligt at få et klart udsyn til himlen.

Den sande trussel disse mega-konstellationer udgør for astronomisamfundet er kun lige begyndt at blive forstået. EN rapport udgivet i sidste uge af American Astronomical Society konkluderede, at de fundamentalt vil ændre astronomisk observation for optiske og nær-infrarøde undersøgelser fremover. Nattebilleder uden passage af en solbelyst satellit vil ikke længere være normen, skriver forfatterne.

De første Starlink-satellitter var allerede tydeligt synligt kort efter lanceringen sidste år, og nogle observatorier fandt deres billeder af nattehimlen ødelagt . På torsdag er SpaceX indstillet til at opsende sit seneste parti Starlink-satellitter, med et sæt på 60 til at slutte sig til flåden på 653, der er blevet opsendt siden maj 2019. I løbet af flere år forventes hele netværket at svulme op til 12.000 satellitter, med en mulig udvidelse til 42.000. London-baserede OneWeb, der skubber igennem en konkursåret og nyt ejerskab , har lige fundet FCC-godkendelse til 1.280 satellitter at levere bredbåndstjenester til amerikanske forbrugere, og selskabet foreslår en konstellation, der kunne i sidste ende udvides til 48.000 satellitter . Amazon fik endelig godkendelse til sin Projekt Kuiper forslag at opsende 3.236 satellitter til sin egen satellit-internettjeneste, og dette er sandsynligvis kun begyndelsen. Astronomi, som vi kender den, bliver aldrig den samme.

En timelapse-video af passagen af ​​en Starlink-satellitklynge over Maunakea, Hawaii den 12.-13. november 2019.

INTERNATIONALT GEMINI OBSERVATORIUM/NOIRLAB/NSF/AURA

Synligheden af ​​SpaceX Starlink-satellitterne gav virkelig alle et chok, siger Megan Donahue, en astronom ved Michigan State University og den tidligere præsident for AAS. Mens mange mennesker var forelskede i at se et tog af skarpe lys bevæge sig gennem himlen på en klar nat, vidste astronomerne, at disse lys ville ende som lange hvide striber på billederne indsamlet af deres teleskoper, og udslette de faktiske stjerner og himmelobjekter, de var. forsøger at observere. At forestille sig himlen kravle med disse er uhyggeligt for astronomer, siger hun.

En fotobombing-satellit er ikke noget nyt - det vil helt sikkert ske med over 2.600 aktive satellitter lyne rundt på jorden. Men ifølge Jeff Hall, direktøren for Lowell Observatory og medforfatter og redaktør af AAS-rapporten, er langt de fleste af dem svage, især dem i meget høje højder. Hvis de vises på billedet, er de meget små prikker. De udgør knapt et problem.

Fordi disse nye konstellationer bliver udplaceret i lavere baner, er de meget lysere og efterlader lange lyse striber på billedet og forvrænger nogle gange andre dele af dataene. Og fordi der er så mange, er det et tabende spil at forsøge at holde dem ude af ens synsfelt. I gamle dage kunne måske et af 100 billeder ikke bruges på grund af en forstyrrende satellit. Astronomer står nu over for muligheden for, at de kan miste så meget som to tredjedele af deres data til disse satellitspor.

De nye LEO-satellitter påvirker ikke alle astronomiprogrammer på samme måde. Halls arbejde foretager for eksempel observationer af optiske spektrografer (bølgelængderne af lys udsendt fra en kilde) for at måle meget specifikke variationer i individuelle stjerner. Disse billeder vil kun blive påvirket, hvis satellitten flyver lige foran teleskopet.

Men for næste generations teleskoper, der er ekstremt følsomme eller udfører vidtrækkende observationer, der overvåger store dele af himlen, vil Starlink og andre konstellationer være et lammende problem. Observatorier, der leder efter objekter i nærheden, såsom University of Hawaiis Panoramic Survey Telescope og Rapid Response System (Pan-STARRS), er allerede at finde deres billeder ødelagt af Starlink-satellitbevægelser . Hvis der er en asteroide på kollisionskurs for Jorden, kan dataene nu være for korrupte til, at vi kan finde dem tidligt nok og planlægge en ordentlig reaktion.

Det mest fremtrædende eksempel er sandsynligvis Vera C. Rubin-observatoriet i Chile (tidligere omtalt som Large Synoptic Survey Telescope), et milliard-dollar-anlæg designet til at hjælpe astronomer med at opdage ekstremt svage optiske og nær-infrarøde signaler. Det vil blive brugt til at kortlægge små objekter, der er langt væk, og undersøge for mørkt stof og mørk energi. Simuleringer tyder på, at så meget som 30% af Vera Rubins billeder vil blive plaget af mindst ét ​​Starlink-satellitspor når hele konstellationen er indsat. Hundredvis af videnskabelige undersøgelser baseret på disse data kan gå i stå og forsinke nogle opdagelser i flere generationer.

Ifølge Donahue ville et ideelt mål være at reducere disse satellitters lysstyrke med en faktor på 100. Til dette formål skitserer AAS-rapporten flere potentielle løsninger, som formodes at være praktiske for både astronomer og satellitoperatører. For eksempel kan ny software give astronomerne et overblik over hvornår og hvor satellitter forventes at passere over hovedet . Det kunne hjælpe dem med at omgå de tidspunkter eller endda maskere satellitternes lys under eksponering, og det kunne også bruges i billedbehandling til at trække satellitspor fra selve dataene.

For satellitoperatører, der leder efter løsninger, er der også forretningsmål at overveje. Når alt kommer til alt, ville den hurtigste og mest effektive løsning være at stoppe med at lancere konstellationer - og det er simpelthen en ikke-starter.

En mulighed er at gøre satellitterne mindre reflekterende. SpaceX testede en prototype DarkSat male på en Starlink satellit i januar, men det lykkedes ikke at reducere lysstyrken væsentligt . Virksomheden installerer nu et deployerbart solskjold kaldet VisorSat på alle dets satellitter, men der er en vis debat blandt videnskabsmænd om om dette virkelig er en effektiv løsning .

Ifølge Hall er en af ​​de bedste tilgange at justere satellitorientering i rummet, så den reflekterende overflade vender væk fra jorden, hvilket minimerer den lyse glans, der observeres af overfladeteleskoper. Jeg har selv observeret det personligt med nogle af SpaceX-satellitterne, hvor de har lavet holdningsjusteringer, siger han. Du kan stadig se dem gå forbi, men knap – de er meget svage.

En af de største konflikter, som satellitoperatører vil stå over for, vil være omkring højden af ​​deres konstellationer. OneWeb grundlægger Greg Wyler har argumenteret at hans virksomheds konstellation var mindre tilbøjelig til at resultere i satellitkollisioner takket være dens højere kredsløb på 1.200 kilometer. Mens noget som Starlink søger at dække planeten med mange flere satellitter, der kredser på en tættere afstand, har satellitter i højere baner et større kommunikationsfodaftryk, hvilket betyder, at hver af dem kan dække mere af Jorden. Det kunne skære ned på det samlede antal satellitter på himlen.

Desværre, som AAS-papiret fremhæver, jo højere kredsløb, jo længere bliver satellitten i synsfeltet. Det kan være lidt mindre lyst, men for alle hensigter er det lige så forstyrrende for astronomiske observationer - for potentielt hele natten. Rapporten anbefaler, at virksomheder undlader at sætte konstellationer over en højde på 600 kilometer.

Heldigvis er alle disse virksomheder dog villige partnere i at finde ud af, hvordan man løser problemet. AAS-rapporten indeholdt omfattende input fra både SpaceX og OneWeb. De synes, at det, de laver, er rigtig fedt - og de synes, det, vi laver, er rigtig fedt, siger Hall. Så vi prøver at sameksistere her.

Astronomer er nødt til at stole på denne goodwill fra satellitoperatørerne. Der er ingen teknisk eller lovgivningsmæssig hindring for at opsende en konstellation af ultra-lyse satellitter, der kan gøre mange eller de fleste astronomiprogrammer umulige.

Hall og hans kolleger planlægger at løse dette smuthul i lovgivningen og komme med anbefalinger under en ny runde af workshops, der starter næste forår. Og de forventer, at SpaceX og andre også samarbejder på den front. Satellitoperatører over hele verden har et incitament til at undgå det rene kaos, der kunne opstå, hvis de alle havde carte blanche til at opsende, hvad de ville ud i rummet.

Det er politiske anbefalinger, som bliver nødt til at gå til FN, siger Hall. Dette er et internationalt problem. Og det skal løses inden for rammerne af et internationalt organ. Hvornår FN og dets medlemslande rent faktisk vil vedtage og håndhæve sådanne regler, er imidlertid et helt andet spørgsmål.

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

skjule