Wpływ superkonstelacji Starlink na obserwacje z Ziemi. Nowe badania

Amerykańska firma SpaceX umieszcza na orbicie okołoziemskiej coraz więcej satelitów komunikacyjnych Starlink. Obecnie sieć ta składa się już z ponad 1800 minisatelitów, krążących głównie na wysokości 550 km nad Ziemią - niemniej, docelowa liczba takich obiektów może osiągnąć nawet 42 tysiące. W ślady SpaceX idą zresztą też inne firmy, rozmieszczające już własne superkonstelacje (OneWeb) złożone z setek satelitów krążących na niskich orbitach.

Działanie tych systemów - poza tym, że ma zapewnić niespotykane dotąd możliwości dostępowe w obszarze komunikacji internetowej - wzbudza nadal wiele kontrowersji. Na ich negatywny wpływ zwraca uwagę zwłaszcza społeczność naukowa (obawy o znaczące utrudnienia w prowadzeniu obserwacji astronomicznych z powierzchni Ziemi) oraz aktywiści na rzecz ochrony środowiska. Jak często się podkreśla w tym kontekście, superkonstelacje znacząco zmienią obraz nocnego nieba dla przyszłych pokoleń w stosunku do tego, co znamy dzisiaj.

Na zdjęciach nocnego nieba wykonywanych przez teleskopy astronomiczne satelity wyglądają jak długie jasne smugi. Znacznie utrudnia to analizę danych, a czasami może ją wręcz uniemożliwić dla jakiegoś obiektu w danej chwili. Aby zbadać wpływ satelitów Starlink na prowadzenie obserwacji kosmosu, międzynarodowy zespół naukowców, którym kieruje dr Przemysław Mróz z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego, przeanalizował archiwalne obrazy nieba wykonane w ramach przeglądu nieba ZTF (ang. Zwicky Transient Facility). Projekt ZTF używa teleskopu w amerykańskim Obserwatorium Palomar do wykonywania regularnych (co dwa dni) zdjęć całego nieba. Celem jest poszukiwanie kosmicznych obiektów, które zmieniają jasność, poruszają się lub w jakiś inny sposób ulegają zmianom w czasie. Do takich obiektów należą na przykład planetoidy czy wybuchy supernowych.

W danych z okresu od listopada 2019 roku do września 2021 roku wykryto 5031 smug spowodowanych przez satelity Starlink. Większość z nich była widoczna w trakcie zmierzchu lub świtu, czyli tuż po zachodzie Słońca lub tuż przed jego wschodem. Wtedy bowiem światło słoneczne odbija się najmocniej od satelitów Starlink.

Jak wskazuje w okolicznościowym komentarzu dr Mróz, w 2019 roku satelity Starlink obserwowano jedynie na 0,5 proc. wszystkich obrazów nieba z okresów zmierzchu i świtu. Natomiast obecnie już prawie 20 proc. zdjęć jest zanieczyszczonych w ten sposób. Według oszacowań badaczy, do 2027 roku - kiedy konstelacja Stalink będzie składać się dpmyślnie z 10 tysięcy satelitów - co najmniej jedna smuga będzie widoczna na praktycznie każdym zdjęciu nieba z okresu zmierzchu lub świtu. "Obserwacje wykonane w trakcie pozostałych części nocy są mniej podatne na wpływ satelitów Starlink, które chowają się wtedy w cieniu Ziemi. Nie możemy jednak wykluczyć, że w przyszłości inne firmy umieszczą swoje satelity na wyższych orbitach – mogłyby być one widoczne przez całą noc" - tłumaczy dr Mróz.

Współautor publikacji, prof. Tom Prince z California Institute of Technology wskazuje, że na projekty naukowe, w ramach których wykorzystuje się przegląd nieba ZTF, obecność satelitów Starlink w istotny sposób na razie nie wpływa. Pojedyncza smuga zajmuje mniej, niż 0,1 proc. obszaru całego zdjęcia, więc można przegapić planetoidę lub inny obiekt znajdujący się za smugą, ale w porównaniu do innych czynników (np. złej pogody) nie jest to poważny problem. Jednak gdy liczba satelitów znacznie wzrośnie, wtedy analiza danych ulegnie znacznemu skomplikowaniu, a niektóre obiekty mogą zostać bezpowrotnie utracone (w kontekście możliwości ich odkrycia lub wykrycia).

W raporcie przeanalizowano także wpływ specjalnych osłon, które firma SpaceX zaczęła montować na swoich satelitach od 2020 roku. Działanie to podjęto, kiedy Międzynarodowa Unia Astronomiczną oraz inne organizacje i instytucje astronomiczne uświadomiły firmie problem, który tworzą jej urządzenia. Dzięki osłonom satelity są prawie pięciokrotnie słabiej widoczne (mają jasność widomą na poziomie ok. 6,8 magnitudo - czyli mniej niż najsłabsze gwiazdy widoczne gołym okiem). To jednak nadal zbyt skromne zmniejszenie jasności niż wymagania postawione podczas konferencji Satellite Constellations 1 (SATCON1), na której w 2020 roku przedstawiciele naukowców oraz firm sektora kosmicznego debatowali nad wpływem superkonstelacji satelitów na badania astronomiczne i środowisko. Zaproponowano wtedy, aby wszystkie satelity dawały blask słabszy niż 7 magnitudo.

Ogólnie przedstawiciele różnych środowisk astronomicznych wskazują, że prawo kosmiczne na poziomie ogólnoświatowym nie nadąża za rozwojem technologii satelitarnych i ich coraz większej powszechności – aktualnie jedyną możliwością ochrony nocnego nieba jest dobra wola ze strony firm sektora kosmicznego i próba wypracowania konsensusu pomiędzy naukowcami a biznesem w znalezieniu rozwiązań, które pozwolą w jak najmniejszym stopniu zaburzyć prowadzenie badań Wszechświata z powierzchni Ziemi.

Wskazuje się także, że teleskop ZTF jest stosunkowo niewielki (ma średnicę zwierciadła rzędu 1 metra), natomiast obserwacje prowadzone przy pomocy większych teleskopów, w tym gigantycznych teleskopów przyszłości (aktualnie budowanych w kilku miejscach na świecie – są to inwestycje rzędu miliarda EUR) mogą być znacznie bardziej dotknięte wpływem od konstelacji satelitów. Przykładowo duże problemy może mieć Obserwatorium im. Very Rubin (dawniejsza nazwa projektu: LSST) z 8-metrowym teleskopem budowanym obecnie w Chile – projekt jest poświęcony regularnemu i całościowemu przeglądowi nieba.

Wyniki badań zespołu przedstawiono w artykule, który ukazał się w czasopiśmie naukowym „Astrophysical Journal Letters”.

Źródło: OA UW/PAP