Amerykańska firma SpaceX planuje umieszczenie na orbicie wokółziemskiej 42 tysięcy satelitów telekomunikacyjnych. Międzynarodowy zespół astronomów kierowany przez dr. Przemysława Mroza z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego zbadał, jak rosnąca liczba satelitów wpłynie na prowadzenie obserwacji astronomicznych z powierzchni Ziemi.

Od kilku lat amerykańska firma SpaceX umieszcza na orbicie wokółziemskiej coraz więcej satelitów telekomunikacyjnych o nazwie Starlink. Obecnie sieć Starlink składa się z prawie 1800 satelitów, krążących na wysokości 550 kilometrów nad powierzchnią Ziemi, a docelowo ma składać się z aż 42 tysięcy satelitów. Projekt SpaceX budzi duże kontrowersje, między innymi w społeczności naukowej: wielu astronomów obawia się, że satelity, które na obrazach teleskopowych wyglądają jak długie smugi, mogą utrudniać, a nawet uniemożliwiać prowadzenie obserwacji astronomicznych wykonywanych z powierzchni Ziemi.

Satelita Starlink poruszający się na tle Galaktyki Andromedy. Fragment zdjęcia wykonanego przez teleskop projektu Zwicky Transient Facility (ZTF) 19 maja 2021. Pole widzenia teleskopu jest 16 razy większe niż rozmiar przedstawionego rysunku. Autor: Robert Hurt (IPAC/Caltech).

W celu zbadania wpływu satelitów Starlink na prowadzenie obserwacji kosmosu międzynarodowy zespół naukowców kierowany przez dr. Przemysława Mroza z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego przeanalizował archiwalne obrazy nieba wykonane przez przegląd nieba ZTF (ang. Zwicky Transient Facility), projekt realizowany za pomocą teleskopu znajdującego się w amerykańskim Obserwatorium Palomar w Kalifornii. Projekt ZTF wykonuje regularnie (co dwa dni) zdjęcia całego dostępnego nieba w poszukiwaniu kosmicznych obiektów, które zmieniają jasność, poruszają się lub w jakikolwiek inny sposób zmieniają w czasie. Są to między innymi asteroidy bliskie Ziemi czy wybuchy gwiazd supernowych.

Wyniki badań zostały opublikowane w styczniowym numerze prestiżowego czasopisma Astrophysical Journal Letters wydawanego przez Amerykańskie Towarzystwo Astronomiczne. Dane zebrane przez ZTF pomiędzy listopadem 2019 a wrześniem 2021 pozwoliły na wykrycie 5301 smug wywołanych przez satelity Starlink. Większość z nich została znaleziona na obrazach wykonanych w trakcie zmierzchu lub świtu, czyli tuż po zachodzie Słońca lub przed jego wschodem, kiedy światło słoneczne odbija się od powierzchni satelitów. Obserwacje wykonywane w trakcie zmierzchu lub świtu są niezwykle istotne w identyfikacji potencjalnego ryzyka – znajdowaniu asteroid, które mogą zbliżyć się do Ziemi i które znajdują się na niebie w pobliżu Słońca. Do tej pory projekt ZTF odkrył kilkanaście takich obiektów, między innymi 2020 AV2, pierwszą planetoidę, której orbita mieści się w całości wewnątrz orbity Wenus.

W 2019 roku obserwowaliśmy satelity Starlink na zaledwie 0,5% spośród wszystkich obrazów wykonanych podczas zmierzchu lub świtu. Teraz to prawie 20% – mówi dr Mróz.

Naukowcy szacują, że w przyszłości, kiedy sieć Starlink będzie składać się z około 10 tysięcy satelitów (cel, który SpaceX ma nadzieję spełnić przed 2027 rokiem), co najmniej jedna smuga będzie widoczna na praktycznie wszystkich obrazach zebranych w trakcie zmierzchu lub świtu. Obserwacje wykonane w trakcie pozostałych części nocy są mniej podatne na wpływ satelitów Starlink, które chowają się wtedy w cieniu Ziemi – mówi dr Mróz. Nie możemy jednak wykluczyć, że w przyszłości inne firmy umieszczą swoje satelity na wyższych orbitach – mogłyby być one widoczne przez całą noc.

Pomimo wzrostu liczby obserwowanych satelitów badania wskazują, że projekty naukowe prowadzone przez przegląd ZTF nie są jeszcze dotknięte w znaczący sposób. Współautor publikacji Tom Prince, profesor fizyki w California Institute of Technology, zauważa, że pojedyncza smuga zajmuje mniej niż 0,1% całego obrazu nieba wykonywanego przez ZTF. Możemy przegapić asteroidę lub inny obiekt znajdujący się za smugą satelity, ale w porównaniu do innych czynników, takich jak zła pogoda, to niewielki efekt dla ZTF – mówi. Z drugiej strony rosnąca liczba satelitów powoduje, że analiza danych staje się coraz bardziej skomplikowana i konieczne jest tworzenie specjalnego oprogramowanie służącego łagodzenia negatywnego wpływu smug na obserwacje astronomiczne. Niektóre obserwacje mogą zostać bezpowrotnie utracone.

Naukowcy sprawdzili również, jak specjalne osłony, zaprojektowane przez SpaceX i montowane w ich satelitach od 2020 roku w celu zapobiegania odbiciu światła, wpływają na jasność smug na obrazach nieba. Według przeprowadzonych badań osłony powodują, że satelity są prawie pięciokrotnie słabsze i mają jasność ok. 6,8 magnitudo (najjaśniejsze gwiazdy na niebie mają jasność ok. 1 magnitudo, a najsłabsze gwiazdy widoczne gołym okiem – ok. 6 magnitudo). Satelity Starlink są jednak wciąż zbyt jasne, żeby spełnić wymagania postawione podczas konferencji Satellite Constellations 1 (SATCON1), która odbyła się w 2020 roku i na której naukowcy i przedstawiciele firm sektora kosmicznego debatowali nad wpływem konstelacji satelitów na badania astronomiczne i środowisko. Eksperci zaproponowali wtedy, żeby wszystkie satelity wynoszone na orbitę wokół Ziemi były słabsze niż 7 magnitudo, co znacznie zmniejszyłoby ich negatywny wpływ na obserwacje astronomiczne.

Autorzy badań podkreślają, że odnoszą się one głównie do stosunkowo niewielkich teleskopów, takich jak teleskop projektu ZTF, o średnicy lustra rzędu 1 m. Obserwacje prowadzone za pomocą większych i bardziej czułych teleskopów, na przykład Obserwatorium im. Very Rubin o średnicy ponad 8 m (budowane obecnie w Chile), mogą być znacznie bardziej dotknięte przez smugi satelitów. Obserwatorium im. Very Rubin również będzie obserwowało całe dostępne niebo w poszukiwaniu zmiennych i poruszających się obiektów, między innymi asteroid bliskich Ziemi.

Wyniki badań zostały przedstawione w pracy:
“Impact of the SpaceX Starlink Satellites on the Zwicky Transient Facility Survey Observations”, Przemysław Mróz, Angel Otarola, Thomas A. Prince, Richard Dekany, Dmitry A. Duev, Matthew J. Graham, Steven L. Groom, Frank J. Masci, Michael S. Medford, 2022, Astrophysical Journal Letters, 10.3847/2041-8213/ac470a