Мегакозвездия могут разрушить астрономию, и простого решения нет

Поезд спутников SpaceX Starlink виден в ночном небе на этом кадре из видео, снятого спутниковым трекером Marco Langbroek в Лейдене, Нидерланды, 24 мая 2019 года, всего через день после того, как SpaceX запустила на орбиту 60 спутников интернет-связи Starlink. .

Поезд спутников SpaceX Starlink виден в ночном небе на этом кадре из видео, снятого спутниковым трекером Marco Langbroek в Лейдене, Нидерланды, 24 мая 2019 года, всего через день после того, как SpaceX запустила на орбиту 60 спутников интернет-связи Starlink. . (Изображение предоставлено: Марко Лэнгбрук через SatTrackBlog )

Пол М. Саттер астрофизик в SUNY Стоуни Брук и Институт Флэтайрон, ведущий ' Спросите космонавта 'а также ' Космическое радио , 'и автор' Как умереть в космосе . ' Саттер написал эту статью для Голоса экспертов demokratija.eu: редакторы и выводы .



В течение следующих нескольких лет компании по всему миру планируют запустить на орбиту десятки тысяч спутников, чтобы обеспечить глобальный высокоскоростной доступ в Интернет. Но за этот доступ приходится платить: он загрязняет небо и затрудняет астрономические наблюдения.

Так есть ли способ исправить это? Группа исследователей смоделировала воздействие этих спутников и изучила различные стратегии смягчения последствий. Ответ, кажется, непростой.

Восстание мегакозвездий

Starlink, OneWeb, Kuiper, SatNet - это только начало мегакозвездий, которые выйдут на околоземную орбиту в ближайшие годы. Каждый из них предоставит свою собственную сеть высокоскоростного глобального доступа в Интернет.

Рост числа орбитальных спутников поразителен. Есть в настоящее время более 3300 активных искусственных спутников на околоземной орбите, согласно данным научно-пропагандистской группы «Союз обеспокоенных ученых». Между тем, ученые, стоящие за новым исследованием, говорят, что первое поколение SpaceX Starlink само по себе будет состоять из 11 926 спутников, а второе поколение будет иметь еще 30 000. OneWeb, Amazon Kuiper и китайская SatNet вместе развернут более 20 000 спутников.

До того, как в 2018 году начали запускаться эти мега-созвездия, самой большой группировкой спутников были спутники связи Iridium, которых насчитывалось всего 70.

Связанный: Спутниковое мегакозвездие SpaceX Starlink запускается на фотографиях

Каждый спутник является источником заражения. Сами тела спутников, а также их обширные солнечные панели отражают солнечный свет. Для астронома, использующего самые большие телескопы на Земле для съемки мельчайших небесных объектов, мегакозвездия - не благо, а неприятность. Когда группировка спутников пересекает поле зрения телескопа, это не просто одна полоса, а несколько полос, которые потенциально могут нанести ущерб астрономическим наблюдениям.

Сторонники мегакозвездий утверждают, что большая высота спутников уменьшит их влияние на астрономию и что только определенные виды программ наблюдений будут подвергаться риску.

Поэтому исследователи решили использовать имеющиеся данные, чтобы предсказать влияние этих мегакозвездий на астрономические наблюдения.

Моделирование воздействия

На изображении показаны диагональные линии, вызванные светом, отраженным группой из 25 спутников Starlink, проходящих через поле зрения телескопа в обсерватории Лоуэлл в Аризоне во время наблюдений группы галактик NGC 5353/4 25 мая 2019 года.

На изображении показаны диагональные линии, вызванные светом, отраженным группой из 25 спутников Starlink, проходящих через поле зрения телескопа в обсерватории Лоуэлл в Аризоне во время наблюдений группы галактик NGC 5353/4 25 мая 2019 года.(Изображение предоставлено Викторией Гирджис / Обсерватория Лоуэлла)

Невозможно узнать, насколько плохим станет небо, пока не будут задействованы все спутники и пока астрономы не попытаются заняться астрономией. Но к тому времени может быть уже слишком поздно. Тем временем группа астрономов попыталась смоделировать влияние мегакозвездий на современную астрономию.

На основе общедоступной информации астрономы сделали наилучшие предположения об орбитальных конфигурациях будущих мегакозвездий. Затем они смоделировали размер и яркость каждого спутника, которые сильно зависят от угла между спутником и солнцем, если смотреть со стороны. Земля . Затем они сложили эти модели в моделируемые наблюдения с помощью различных астрономических инструментов, таких как широкопольные гигантские телескопы и спектрографы высокого разрешения.

Команда обнаружила, что почти все аспекты современной астрономии будут затронуты тем или иным образом, потому что спутники, как правило, будут достаточно яркими, чтобы их можно было увидеть даже в профессиональные телескопы среднего размера.

Однако с некоторыми программами наблюдений дела обстоят намного хуже, чем с другими. В зависимости от конкретного телескопа, времени года и программы наблюдений типичный научный цикл наблюдает от 0,01 до 20 спутниковых следов на каждой экспозиции. Как выяснили астрономы, узкополосные инструменты, которые отображают только небольшую часть неба за раз, будут наименее затронуты, поскольку они вряд ли попадут в поле зрения спутника во время какого-либо конкретного наблюдения.

С другой стороны, телескопы с широким полем зрения, такие как обсерватория Веры К. Рубин, столкнутся с множеством трудностей - например, на восходе и закате - и обсерватория может потерять до половины каждого изображения из-за мешающих спутниковых следов. , писали астрономы в бумага недавно опубликовано на сервере препринтов arXiv .

Наблюдения, сделанные в первые и последние часы ночи, пострадают больше всего, так как из-за угла падения спутников от земли они будут казаться самыми яркими и заметными, как выяснила команда.

Спектроскопия будут затронуты тоже. Даже при том, что спектроскопические инструменты с низким и средним разрешением, которые прикреплены к телескопам по всему миру и разделяют свет на определенные длины волн света, которые он содержит, будут менее подвержены влиянию, чем инструменты, производящие изображения. Но уровень загрязнения будет намного выше для спектроскопических инструментов, так как загрязнение от спутников будет давать сигнал примерно того же размера, что и целевые научные данные.

Спасительная астрономия

На этом аннотированном изображении показано небо над Европейской южной обсерваторией.

Это аннотированное изображение показывает небо над обсерваторией Паранал Европейской южной обсерватории в сумерках, с синими кольцами, показывающими градусы высоты над горизонтом и расположение спутников (отмечены красным и зеленым). В области выше 30 градусов проводится большинство астрономических наблюдений.(Изображение предоставлено: ESO / Ю. Белецкий / Л. Кальсада)

Астрономия - это точная наука, в которой важно каждое изображение. Загрязненные части изображений бесполезны; их нужно выбросить. Во многих случаях полезную информацию все же можно почерпнуть из незагрязненных участков изображений. Но в других случаях, например при обнаружении экзопланет, приходится отбрасывать все изображение. Это может стоить астрономическому сообществу миллионов долларов потери времени и вычислительной мощности. И это только начало эры мегакозвездий; может появиться еще больше спутников.

Так что мы можем с этим поделать?

Исследователи обнаружили, что лучшая стратегия смягчения последствий - уменьшить видимую площадь поверхности спутников и их солнечных панелей, как в случае с программой SpaceX Starlink VisorSat для затемнения их спутников. Астрономы также могут пытаться планировать свои наблюдения вокруг траекторий созвездий, либо не снимая изображения, когда спутники находятся в поле зрения, либо указывая немного в разные стороны. Но этот подход требует огромной координации, поскольку компании часто меняют орбиты своих спутников.

Другая стратегия смягчения последствий - удаление спутниковых следов из изображений позже, но это не чистый процесс. И это не работает со спектрометрами; поскольку они не делают снимков, трудно сказать, был ли спектр загрязнен следом спутника.

В конечном итоге создателям мегакозвездий придется вести постоянный диалог с астрономическим сообществом. Высокоскоростной доступ в Интернет не обязательно должен происходить за счет драгоценной науки.

Подписывайтесь на нас в Твиттере @ Spacedotcom и дальше Facebook .