Satellit-megakonstellationer riskerar att förstöra astronomi för alltid

Synliga Starlink-ränder fördärvar denna bild av natthimlen tagen av DeCam DELVE Survey. CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/DeCam DELVE-undersökning

Astronomigemenskapen är på topp. Det växande antalet satelliter som strömmar genom låg omloppsbana om jorden gör det nästan omöjligt att få en klar sikt över himlen.

Det verkliga hotet dessa megakonstellationer utgör mot astronomisamfundet har bara börjat förstås. A Rapportera släppt förra veckan av American Astronomical Society drog slutsatsen att de kommer att förändra astronomisk observation i grunden för optiska och nära-infraröda undersökningar framåt. Nattbilder utan passage av en solupplyst satellit kommer inte längre att vara normen, skriver författarna.

De första Starlink-satelliterna fanns redan väl synlig kort efter lanseringen förra året, och några observatorier hittade sina bilder av natthimlen förstörd . På torsdag kommer SpaceX att skjuta upp sin senaste sats Starlink-satelliter, med en uppsättning av 60 för att ansluta sig till flottan av 653 som har skjutits upp sedan maj 2019. Om några år förväntas hela nätverket svälla till 12 000 satelliter, med en möjlig expansion till 42 000. London-baserade OneWeb, driver igenom en år av konkurs och nytt ägande , hittade precis FCC-godkännande för 1 280 satelliter att tillhandahålla bredbandstjänster till amerikanska konsumenter, och företaget föreslår en konstellation som skulle så småningom kunna expandera till 48 000 satelliter . Amazon fick äntligen godkännande för sin Projekt Kuiper förslag att skjuta upp 3 236 satelliter för sin egen satellit-internettjänst, och detta är sannolikt bara början. Astronomi som vi känner den kommer aldrig att bli sig lik.

En timelapse-video av passagen av ett Starlink-satellitkluster över Maunakea, Hawaii den 12-13 november 2019.

INTERNATIONELLT GEMINI OBSERVATORIUM/NOIRLAB/NSF/AURA

Synligheten av SpaceX Starlink-satelliterna gav verkligen alla en chock, säger Megan Donahue, en astronom vid Michigan State University och tidigare president för AAS. Medan många människor var förtjusta i att se ett tåg av starkt ljus röra sig genom himlen en klar natt, visste astronomerna att dessa ljus skulle sluta som långa vita ränder på bilderna som samlades in av deras teleskop, och utplåna de faktiska stjärnorna och himlaobjekten de var. försöker observera. Att föreställa sig himlen som kryper med dessa är läskigt för astronomer, säger hon.

En fotobombningssatellit är inget nytt – det kommer säkert att hända med den över 2 600 aktiva satelliter zippa runt jorden. Men enligt Jeff Hall, chefen för Lowell Observatory och medförfattare och redaktör för AAS-rapporten, är de allra flesta av dem svaga, särskilt de på mycket höga höjder. Om de visas på bilden är de väldigt små prickar. De utgör knappt ett problem.

Eftersom dessa nya konstellationer utplaceras i lägre banor är de mycket ljusare och lämnar efter sig långa ljusa ränder på bilden och ibland förvränger andra delar av data. Och eftersom det finns så många, att försöka hålla dem borta från ens synfält är en förlorande omgång mullvad. Förr i tiden kunde en av 100 bilder kanske inte användas på grund av en störande satellit. Astronomer står nu inför möjligheten att de kan förlora så mycket som två tredjedelar av sin data till dessa satellitspår.

De nya LEO-satelliterna påverkar inte alla astronomiprogram på samma sätt. Halls arbete gör till exempel observationer av optiska spektrografer (våglängderna för ljus som emitteras från en källa) för att mäta mycket specifika variationer i enskilda stjärnor. Dessa bilder kommer bara att påverkas om satelliten flyger precis framför teleskopet.

Men för nästa generations teleskop som är extremt känsliga eller som gör vidsträckta observationer som kartlägger stora delar av himlen, kommer Starlink och andra konstellationer att vara ett förödande problem. Observatorier som letar efter närliggande föremål, som University of Hawaiis Panoramic Survey Telescope och Rapid Response System (Pan-STARRS), finns redan hitta deras bilder förstörda av Starlink satellitrörelser . Om det finns en asteroid på kollisionskurs för jorden, kan data nu vara för korrupta för att vi ska kunna hitta den tidigt nog och planera ett korrekt svar.

Det mest framträdande exemplet är förmodligen Vera C. Rubin-observatoriet i Chile (tidigare kallat Large Synoptic Survey Telescope), en anläggning för miljarder dollar designad för att hjälpa astronomer att upptäcka extremt svaga optiska och nära-infraröda signaler. Den kommer att användas för att kartlägga små objekt som är långt borta och söka efter mörk materia och mörk energi. Simuleringar tyder på att så mycket som 30 % av Vera Rubins bilder kommer att plågas av minst en Starlink-satellitspår när hela konstellationen är utplacerad. Hundratals vetenskapliga undersökningar som förlitar sig på dessa data kan stoppas och försena vissa upptäckter i flera generationer.

Enligt Donahue skulle ett idealiskt mål vara att minska ljusstyrkan hos dessa satelliter med en faktor 100. För detta ändamål skisserar AAS-rapporten flera potentiella lösningar som antas vara praktiska för både astronomer och satellitoperatörer. Till exempel kan ny mjukvara ge astronomer en uppsikt när och var satelliter förväntas passera ovanför . Det kan hjälpa dem att komma runt dessa tider eller till och med maskera satelliternas ljus under exponeringen, och det kan också användas i bildbehandling för att subtrahera satellitspår från själva data.

För satellitoperatörer som letar efter lösningar finns det också affärsmål att överväga. När allt kommer omkring skulle den snabbaste och mest effektiva lösningen vara att sluta lansera konstellationer – och det är helt enkelt en icke-startare.

Ett alternativ är att göra satelliterna mindre reflekterande. SpaceX testade en prototyp DarkSat måla på en Starlink-satellit i januari, men det misslyckades med att minska ljusstyrkan avsevärt . Företaget installerar nu ett utplacerbart solskydd som heter VisorSat på alla sina satelliter framåt, men det finns en viss debatt bland forskare om om detta verkligen är en effektiv lösning .

Enligt Hall är ett av de bästa tillvägagångssätten att justera satellitorienteringen i rymden så att den reflekterande ytan är vänd bort från marken, vilket minimerar den ljusa glans som observeras av ytteleskop. Jag har själv observerat det med några av SpaceX-satelliterna där de har gjort attitydjusteringar, säger han. Du kan fortfarande se dem gå förbi, men knappt - de är väldigt svaga.

En av de största konflikterna som satellitoperatörer kommer att möta kommer att vara kring höjderna av deras konstellationer. OneWebs grundare Greg Wyler har hävdat att hans företags konstellation var mindre sannolikt att resultera i satellitkollisioner tack vare sin högre omloppsbana på 1 200 kilometer. Medan något som Starlink strävar efter att täcka planeten med många fler satelliter som kretsar på ett närmare avstånd, har satelliter i högre banor ett större kommunikationsfotavtryck, vilket innebär att var och en kan täcka mer av jorden. Det kan minska det totala antalet satelliter på himlen.

Tyvärr, som AAS-tidningen belyser, ju högre omloppsbana, desto längre stannar satelliten i synfältet. Det kan vara lite mindre ljust, men för alla ändamål är det lika störande för astronomiska observationer - för potentiellt hela natten. Rapporten rekommenderar att företag avstår från att sätta konstellationer över en höjd av 600 kilometer.

Lyckligtvis är dock alla dessa företag villiga partners för att ta reda på hur man löser problemet. AAS-rapporten innehöll omfattande input från både SpaceX och OneWeb. De tycker att det de gör är riktigt coolt – och de tycker att det vi gör är riktigt coolt, säger Hall. Så vi försöker samexistera här.

Astronomer måste lita på denna goodwill från satellitoperatörerna. Det finns inga tekniska eller regulatoriska hinder för att skjuta upp en konstellation av ultraljusa satelliter som kan göra många eller de flesta astronomiprogram omöjliga.

Hall och hans kollegor planerar att ta itu med detta kryphål i lagstiftningen och komma med rekommendationer under en ny omgång workshops som startar nästa vår. Och de förväntar sig att SpaceX och andra ska samarbeta på den fronten också. Satellitoperatörer runt om i världen har ett incitament att undvika det rena kaoset som skulle kunna uppstå om de alla hade carte blanche att skjuta upp vad de ville ut i rymden.

Det här är politiska rekommendationer som kommer att behöva gå till FN, säger Hall. Detta är ett internationellt problem. Och det måste lösas inom ramen för ett internationellt organ. När FN och dess medlemsländer faktiskt kommer att anta och genomdriva sådana regler är dock en helt annan fråga.

Rättelse 9/8/20: Ett felcitat från Hall har åtgärdats.

Dölj