Astronomiczny problem z rojami satelitów. Nocne niebo nie będzie już takie samo

O zanieczyszczeniu nieba szybko poruszającymi się, jasnymi punktami mówi się od jakiegoś czasu. Jednak z każdym wysłaniem kolejnych satelitów w przestrzeń okołoziemską głosy oburzenia wybrzmiewają coraz głośniej. Amerykański fizyk i astronom Tony Tyson ostrzega, że za chwilę nasze niebo będzie dosłownie „pełzać”. Tak mniej więcej nasze oczy będą odbierać, to co się będzie działo, gdy spojrzymy nocą nad głowę. Wędrujących po nieboskłonie obiektów nie sposób będzie nie zauważyć.

Światełko do nieba

OneWeb i Airbus zamierzają umieścić na orbicie łącznie 650 satelitów. Amazon chce wystrzelić ich 3 200, by stworzyły konstelację „Kuiper”. SpaceX otrzymało od amerykańskiej Federalnej Komisji Łączności zgodę umieszczenie nad Ziemią 12 000 obiektów. Musk chce jednak, by było ich o 30 000 więcej. Po co to wszystko?

Każda z wymienionych inicjatyw ma na celu dostarczenie internetu na dosłownie każdy skrawku naszej planety. Według Muska rój jego 60 satelitów będzie w stanie zapewnić przepustowość na poziomie 1 Tbps, co oznacza, że dzięki temu teoretycznie 40 000 urządzeń będzie mogło na raz odtwarzać filmy w jakości 4K.

Sieć stanie się prawdziwie globalna. Będzie jej można używać w miejscach odludnych czy rejonach biedy, gdzie uczniowie i ich nauczyciele w końcu będą mieć stały dostęp do nieprzebranych zasobów wiedzy. Lepszą komunikację zapewni się np. ekipom ratowniczym, które teraz trafiają na obszary dotknięte kataklizmami i muszą sobie radzić w warunkach, jakie tworzy całkowite unicestwienie infrastruktury. Korzyści są więc ogromne. Cena jednak też może być niemała.


Astronomowie dokonali obliczeń i twierdzą, że wiele z tych satelitów będzie widocznych gołym okiem, szczególnie w czasie po zachodzie i przed wschodem słońca, kiedy najsilniej uchwycą blask słońca. Problem widać już teraz.

Dzień dobry! 

Przed świtem 18 listopada 2019 r. astronom z Northwestern University, Cliff Johnson, zauważył chmarę nieznanych obiektów przemykających po niebie.

Tej nocy Johnson badał Obłoki Magellana – dwie galaktyki karłowate, krążące wokół naszej Drogi Mlecznej. Są dobrze widoczne na niebie dla obserwatorów znajdujących się na południowej półkuli. Galaktyki te uczą naukowców, jak powstają gwiazdy i co dzieje się, gdy dwie galaktyki przechodzą blisko siebie. Johnson obserwował je zdalnie, przez kamerę internetową w Fermilab pod Chicago. – Nagle po prostu zacząłem widzieć te smugi w widoku z kamery internetowej. Nie wiedziałem, co to jest – mówił naukowiec portalowi vox.com po samym wydarzeniu.

Szybko okazało się, że zakłócenia, choć są na niebie, to są pochodzenia ziemskiego.  Johnson i jego koledzy nie musieli długo się zastanawiać, z czym mają do czynienia. Tydzień wcześniej SpaceX wystrzelił 60 satelitów na niską orbitę okołoziemską. W ciągu pięciu minut pociąg 19 obiektów wkroczył w pole widzenia teleskopów, znacząc swą drogę jasnymi smugami. Znacząco obniżyły w ten sposób wartość naukową obserwacji.

Astronomowie są przyzwyczajeni do satelitów, które czasami pojawiają się w polu widzenia. Robią to jednak pojedynczo. Same w sobie nie niszczą obserwacji, ale cyfrowe usuwanie ich z ostatecznego obrazu wymaga pewnego wysiłku.



Jednak grupa 19 satelitów to inna para kaloszy. To, co się wydarzyło, było bezprecedensowe i spowodowało, że 15 do 20 procent obrazu zostało „całkowicie utracone”, mówi Johnson. Co więcej, Johnson martwi się, że rój był zapowiedzią przyszłości, w której niemal każda obserwacja teleskopowa o zmierzchu będzie zakłócona przez smugi satelitarne.

W poszukiwaniu mroku

Satelity wystrzelone przez SpaceX i innych graczy będą jaśniejsze niż 99 procent wszystkich typów obiektów znajdujących się obecnie na orbicie Ziemi – oświadczył vox.com Patrick Seitzer, astronom z University of Michigan, który bada tzw. kosmiczne śmieci. Mówi, że Starlinks są jaśniejsze niż inne satelity krążące na tej samej wysokości.

Dla wszystkich jest jasne, że mamy problem. Wie o tym i Elon Musk. Teleskopy rejestrują obrazy nieba za pomocą bardzo czułych kamer. Satelity są tak jasne, że prześwietlają czujniki kamer. Efekt jest przykrywanie obserwowanych obiektów obszarami bezużytecznych danych.

SpaceX współpracuje ze społecznością astronomiczną, a w szczególności naukowcami z Obserwatorium Vera Rubin, w celu zmniejszenia kłopotu, jaki wywołują działania firmy. – Poziom jasności naszych satelitów I wynikająca z tego ich widoczność na niebie był dla nas zaskoczeniem – przyznał podczas styczniowego spotkania z American Astronomical Society Patricia Cooper ze SpaceX.

Przedsiębiorstwo zastosowało ciemną powłokę na spodzie jednego z satelitów wysłanego niedawno w przestrzeń. Celem jest sprawdzenie, czy zabieg spowoduje zmniejszenie widoczności obiektu z Ziemi. SpaceX stale jednak wysyła niepomalowane satelity.

Sama firma przyznaje, że działa na zasadzie metody „prób i błędów” i nie wie, jak eksperyment się potoczy. Jednym z największych problemów jest regulacja temperatury. Ciemna farba pochłania ciepło Słońca, powodując, że satelita ogromnie się nagrzewa, a następnie ochładza się, gdy znajdzie się w cieniu Ziemi. NASA ocenia żywotność satelitów na 5 lat. Ten okres może ulec znaczącemu skróceniu.

Dodatkowo farba musi być w stanie wytrzymać uderzenia cząstek tlenu, które krążą w przestrzeni do wysokości 1 000 km i agresywnie erodują substancje zbudowane z długich łańcuchów cząsteczek, takich jak farba. Między innymi dlatego nie maluje się całych obiektów mających znaleźć się na orbicie, a jedynie ich fragmenty. SpaceX nie pochwaliło się, czego użyło do zaczernienia satelity. Trudno więc wyrokować jak się to sprawdzi.

Huston! Mamy problem!

Nawet jednak jeżeli uda nam się zwalczyć zanieczyszczenie świetlne powodowane przez roje satelitów, to nie rozwiąże to wszystkich kwestii. Jednym z głównych sposobów, w jaki astronomowie szukają rzeczy takich jak egzoplanety, jest monitorowanie światła emitowanego przez gwiazdy. Kiedy planeta przechodzi przed gwiazdą, blokuje światło, powodując krótkie migotanie, które można wykryć i zbadać. Ciemne satelity przelatujące przed gwiazdami mogą naśladować to zjawisko.

– W następstwie tego będziemy marnować mnóstwo czasu – powiedział serwisowi Businessinsider David Clements, astronom z Imperial College London. Wyraził on też wątpliwości czy będzie możliwe odróżnieni dziwnych zachowań obserwowanych obiektów od efektu przelecenia przez badany wycinek przestrzeni kosmicznej satelity. Zwłaszcza że takich obiektów ma być tak, nomen omen, astronomiczna liczba.

Ciemna powłoka nie rozwiązuje jednego z głównych problemów z satelitami Starlink. Mogą one zagrozić działowi astronomii, zwanemu radioastronomią, która bada normalnie niewidoczne długości fal światła. Teleskopy radiowe są niezwykle czułymi urządzeniami wykrywającymi wybuchy energii radiowej pochodzące z głębin kosmosu.

By urządzenie nie badało ziemskich szumów, wokół radioteleskopów tworzy się „strefy ciszy”, w których obowiązuje absolutny zakaz używania np. telefonów komórkowych. Chiński FAST, największy tego typu obiekt na świcie z pojedynczą czaszą o średnicy 500 m, jest centrum strefy, która ma średnicę 5 kilometrów.


– Perspektywy radioastronomii są prawdopodobnie jeszcze gorsze niż w przypadku astronomii optycznej – stwierdza Clements.

Po pierwsze, aby przesłać dane w celu zapewnienia dostępu do internetu, satelity będą musiały korzystać z szerokiego zakresu częstotliwości, a po drugie, liczba satelitów krążących wokół Ziemi obejmie bardzo duży obszar jej powierzchni. – Ślad tych satelitów będzie zajmować znacznie większy obszar niż naziemny nadajnik, co znacznie utrudni korygowanie ustawień – powiedział Clements. – Teleskopy radiowe zostaną oślepione.

Być może dosłownie jeżeli sygnał do nich docierający będzie w stanie uszkodzić odbiorniki, z którymi pracujemy – dodał naukowiec.

Czy jednak jest się czym martwić? Wszak korzyści wynikające z powszechnego dostępu do internetu być może przeważą nad problemami generowanymi przez roje satelitów? – Niestety w powszechnej świadomości astronomia to hobby, a nie nauka. Ludzie nie wiedzą, że ogromna część dokonań fizyki, z której dobrodziejstw wszyscy korzystamy, nie byłaby możliwa bez astronomii. Ostatecznie kosmos jest największym laboratorium, jakie mamy – tłumaczy brytyjski astronom.