Jeszcze kilka lat temu na zdjęciach astronomicznych satelity zostawiały pojedyncze jasne smugi. Naukowcy ostrzegają, że jeśli na orbitę trafią planowane megakonstelacje, zmieni się nie tylko sposób prowadzenia badań, ale również wygląd nocnego nieba

Od 2019 roku liczba aktywnych satelitów wzrosła do ponad 14 tys. i na tym się nie skończy, bo kolejnych projektów przybywa. SpaceX chce umieścić na orbicie nawet milion dodatkowych satelitów przeznaczonych m.in. dla kosmicznych centrów danych. Własne projekty mają także E-Space i Chiny. Łącznie zgłoszone projekty obejmują ponad 1,7 mln nowych obiektów na niebie. To całkowicie zmieni warunki prowadzenia obserwacji.

Olivier Hainaut, astronom z Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO), podjął próbę oszacowania wpływu milionów satelitów na jasność całego nocnego nieba. Jego analiza została przyjęta do publikacji w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics.

Problemem nie są tylko smugi

Kiedy satelita przelatuje przez pole widzenia teleskopu, pozostawia na obrazie jasny ślad. To zjawisko jest znane od lat. Nowe badanie pokazuje jednak, że równie poważnym problemem staje się światło rozproszone. Nawet obiekty niewidoczne gołym okiem odbijają światło słoneczne, tworząc delikatną poświatę zwiększającą jasność całego nieba. Dla obserwacji bardzo odległych galaktyk, słabych egzoplanet czy niewielkich asteroid taki wzrost tła może przesądzić o tym, czy obiekt zostanie wykryty. „Satelity oświetlone przez Słońce są znacznie jaśniejsze niż odległe galaktyki. Gdy przecinają obserwowany obszar, pozostawiają na zdjęciu jasny ślad i zasłaniają wszystko, co znajduje się za nim” – wyjaśnia Hainaut, który od ponad 30 lat bada wpływ satelitów na astronomię.

Naukowiec przeprowadził komputerowe symulacje uwzględniające położenie, ruch i jasność wszystkich obecnych oraz planowanych konstelacji. Wyniki wskazują, że już rozbudowa systemu Starlink oznaczałaby pojawianie się dziesiątek smug na każdym zdjęciu wykonywanym przez Bardzo Duży Teleskop (Very Large Telescope, VLT) w obserwatorium Paranal około dwóch godzin po zachodzie Słońca. W zależności od instrumentu utrata pola widzenia mogłaby sięgać 28 proc.

Jeszcze trudniejsza byłaby sytuacja w Obserwatorium Vera C. Rubin w Chile. Tam pojedynczy ślad satelity może powodować dodatkowe artefakty na detektorze, przez co zniszczeniu ulega znacznie większa część zdjęcia niż sama smuga. Według autorów niektóre obserwacje mogłyby przez kilka godzin każdej nocy stać się praktycznie bezużyteczne.

Satelity, które mają odbijać światło słoneczne

Największe obawy astronomów budzi jednak projekt amerykańskiego start upu Reflect Orbital. Firma chce wysłać na orbitę satelity wyposażone w duże lustra, które po zmroku odbijałyby światło słoneczne na wybrane miejsca na Ziemi. W tym roku ma zostać wystrzelony pierwszy demonstrator technologii, a do 2035 roku konstelacja mogłaby liczyć 50 tys. satelitów.

Symulacje pokazują, że skutki byłyby bezprecedensowe. Dla osoby znajdującej się w oświetlanym obszarze taki satelita świeciłby około czterokrotnie jaśniej niż Księżyc w pełni. Nawet poza wiązką światła jego jasność byłaby porównywalna z Wenus. W silnie oświetlonych miastach setki takich satelitów mogłyby stać się jedynymi wyraźnie widocznymi punktami na niebie.

Dla astronomów konsekwencje byłyby jeszcze poważniejsze. Według symulacji już pojedynczy satelita Reflect Orbital może zniszczyć zdjęcie wykonane przez kamerę obserwatorium Vera Rubin. Przy pełnej konstelacji każda ekspozycja wykonywana w czasie oświetlenia satelitów przez Słońce zostałaby utracona.

Gdzie przebiega granica?

Na podstawie swoich obliczeń Hainaut proponuje pierwszy ilościowy limit liczby satelitów na niskiej orbicie okołoziemskiej. Jego zdaniem nie powinno ich być więcej niż około 100 tys., a wszystkie powinny być słabsze niż siódma wielkość gwiazdowa, czyli niewidoczne gołym okiem nawet pod bardzo ciemnym niebem. Jeśli część z nich byłaby jaśniejsza, dopuszczalna liczba musiałaby zostać odpowiednio zmniejszona.

„To nie jest sztywna granica, że 99 999 satelitów jest w porządku, a 100 001 już nie. Oczywiście wolałbym, żeby było ich 50 tys., ale przy około 100 tys. straty są porównywalne z innymi technicznymi ograniczeniami obserwacji, takimi jak awarie sprzętu” – podkreśla badacz.

Obecnie zarówno SpaceX, jak i Reflect Orbital złożyły do amerykańskiej Federalnej Komisji Łączności (FCC) wnioski o zgodę na realizację swoich projektów. ESO, we współpracy z Royal Astronomical Society i International Astronomical Union, przygotowało oficjalne stanowiska w tej sprawie. Do FCC wpłynęło ponad 1800 uwag dotyczących projektu Reflect Orbital oraz blisko 1500 odnoszących się do planów SpaceX.

Dyrektor generalny ESO Xavier Barcons przypomina, że astronomia przynosi korzyści naukowe, technologiczne, gospodarcze i edukacyjne, a możliwość prowadzenia obserwacji z powierzchni Ziemi jest zasobem, który warto chronić. Hainaut zwraca z kolei uwagę, że skutki megakonstelacji nie ograniczają się do astronomii. Liczne starty rakiet i spalanie satelitów w atmosferze wpływają na jej skład, a coraz jaśniejsze nocne niebo może oddziaływać również na organizmy żywe i ich rytmy dobowe.

Na razie megakonstelacje pozostają planami. Analiza ESO pokazuje jednak, że decyzje podejmowane dziś przez regulatorów mogą zadecydować o tym, jak będzie wyglądało nocne niebo w kolejnych dekadach.

Źródło:

• Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO), komunikat prasowy
  https://www.eurekalert.org/news-releases/1134228

• Nauki ścisłe i nauki o Ziemi