ESO larmar om satellithotet mot astronomin
En ny studie utförd vid Europeiska sydobservatoriet (ESO) har funnit att en nuvarande prognos att skjuta upp över 1,7 miljoner satelliter i omloppsbana, inklusive extremt ljusa sådana, skulle få “förödande konsekvenser för astronomin”. Enligt studien bör högst 100 000 ljussvaga satelliter svagare än man kan se för blotta ögat kretsa kring jorden för att bevara möjligheterna att observera natthimlen med moderna teleskop. Studien är den första som tar hänsyn till hur stora och ljusstarka satellitkonstellationer – som också har betydelse för hälsa och miljö – påverkar astronomiska observationer genom att göra natthimlen ljusare.
Sedan 2019 har antalet satelliter som kretsar kring jorden ökat snabbt, till över 14 000 i dag [1] – huvudsakligen SpaceX:s Starlink-telekommunikationssatelliter. Planer på nya satelliter har också eskalerat, både i antal och i potentiell påverkan. “Hittills har vi lyckats, men det blir värre”, betonar Olivier Hainaut, som har varit involverad i att utveckla rekommendationer för att mildra satellitkonstellationers påverkan på astronomin. Medan företag som SpaceX har vidtagit åtgärder för att göra sina satelliter mindre ljusstarka, går nuvarande satellitplaner “bortom gränsen” för vad astronomin kan tåla, säger han. Hainaut, som har varit astronom vid ESO i över 30 år, är författare till en vetenskapligt granskad studie om satellitkonstellationers påverkan som publicerades i dag i tidskriften Astronomy & Astrophysics.
SpaceX planerar att skicka ytterligare en miljon satelliter i omloppsbana, för användning som rymdbaserade datacentra, vilket avsevärt skulle förändra himlens utseende. Den nya studien visar att hundratals, och vid vissa tidpunkter upp till flera tusen, skulle vara synliga under en betydande period varje natt, vilket motsvarar antalet stjärnor som kan ses med blotta ögat under goda förhållanden. Andra planerade satellitkonstellationer som E-Spaces Cinnamon och Kinas CTC-1 och 2 skulle bidra med ytterligare hundratusentals satelliter i omloppsbana, vilket skulle förvärra problemet.
Det amerikanska startupföretaget Reflect Orbital planerar att skjuta upp en konstellation av mycket stora spegelliknande satelliter för att ge solljus på natten, med reflekterade strålar som sträcker sig minst fem kilometer över jordytan. Tanken är att börja med en prototypsatellit i omloppsbana i år med målet att nå en satellitpopulation av 50 000 år 2035. Dessa satelliter skulle bli de ljusaste någonsin i omloppsbana vilket skulle ge skadliga konsekvenser för mörka himlar över hela jorden. Hainauts beräkningar visar att hela konstellationen skulle fylla natthimlen med hundratals mycket starkt synliga satelliter. Sett inifrån en reflekterad stråle skulle en av dessa satelliter vara fyra gånger ljusare än fullmånen. Även de satelliter som inte riktar sin stråle direkt mot observatören skulle bli lika ljusstark som planeten Venus, “morgonstjärnan”. Från en ljusförorenad stad, som München, Tyskland, skulle dessa satelliter vara de enda “stjärnorna” som är synliga på natthimlen och skulle räknas i hundratal.
Dessa förslag, i kombination med andra som beaktats i den nya studien, skulle dramatiskt lysa upp natthimlen och hindra mänsklighetens förmåga att observera svaga kosmiska objekt, inklusive avlägsna galaxer, vissa jordliknande planeter runt andra stjärnor och till och med asteroider som potentiellt är farliga för jorden.
Ljusa spår och ljusare himmel
Hainaut förklarar att “satelliter, upplysta av solen, är mycket ljusare än avlägsna galaxer. När en satellit korsar det objekt som vi observerar, skapar den en ljus strimma på bilden och förstår all information bakom den.”
För att beräkna effekterna av satellitkonstellationer på astronomiska observationer simulerade Hainaut positionerna, rörelserna och ljusstyrkorna för alla nuvarande och planerade satellitkonstellationer.
För SpaceX megakonstellation fann han att dussintals spår skulle uppstå i varje bild tagen två timmar efter mörkrets inbrott med ESO:s Very Large Telescope (VLT) vid Paranalobservatoriet i Chile, vilket innebär att upp till 28 % av det studerade himmelsområdet skulle förloras [2]. Detta förutsätter att satelliterna är tillräckligt svaga för att inte kunna ses med blotta ögat under goda förhållanden. Om de bara är något ljusstarkare skulle vissa instrument påverkas ännu mer: till exempel skulle kameran på US National Science Foundations Vera C. Rubin-observatorium riskera att förlora huvuddelen av bilder under perioder av flera timmar varje natt [3].
Hainauts simuleringar antog att ingen Reflect Orbital-satellit skulle rikta sin stråle direkt mot eller i närheten av ett astronomiskt observatorium. Ändå skulle spåret från en enda av dessa spegelsatelliter kunna förstöra en observation med en kamera som den vid Rubin-observatoriet. Med hela flottan av Reflect Orbital-satelliter i omloppsbana samtliga bilder tagna med en kamera av detta slag gå förlorade av de solbelysta satelliterna.
Det är dock inte bara satelliternas banor på himlen som begränsar vad vi kan observera: deras ljus kan förorena hela himlen. Satelliter som är för svaga för att synas direkt producerar en slöja av diffust ljus, medan ljus från ljusstarkare satelliter sprids i alla riktningar när det passerar genom atmosfären. Båda bidragen ökar natthimlens totala ljusstyrka. Denna studie är den första där de astronomiska effekterna av satellitkonstellationernas bidrag till bakgrundshimmlens ljusstyrka beaktas.
Mycket ljusa satellitkonstellationer som Reflect Orbital skulle ha en särskilt allvarlig effekt på bakgrundshimmelens ljusstyrka. Med alla 50 000 Reflect Orbital-satelliter skulle himlens totala ljusstyrka vara upp till tre till fyra gånger högre än i dag.
Begränsning av satelliter för att skydda himlen
Hainaut drar slutsatsen att de 1,7 miljoner nya satelliterna som föreslås skulle få drastiska konsekvenser för markbaserad astronomi. Dessa effekter kan bara undvikas genom att begränsa det totala antalet befintliga och framtida satelliter som är tillräckligt svaga för att inte kunna ses med blotta ögat från en mörk plats till maximalt 100 000. “Detta är inte en skarp siffra, som att 99 999 är bra och 100 001 är dåligt: jag skulle helt klart föredra 50 000”, säger Hainaut. “Men 100 000 orsakar förluster på ungefär samma nivå som andra tekniska förluster, såsom utrustningsfel.” Han tillägger dock att satelliterna måste vara svagare än visuell magnitud 7 [4]. Om några av dem skulle vara ljusare än minimitröskeln för synlighet med blotta ögat skulle det maximala antalet satelliter behöva vara mycket lägre.
SpaceX och Reflect Orbital, som är ansvariga för de mest extrema nya förslagen, har båda ansökt om tillstånd hos US Federal Communications Commission (FCC) för att skicka upp satellitkonstellationerna. Denna nya studie låg till grund för ett svar från ESO till FCC beträffande dessa förslag, i samarbete med Royal Astronomical Society i Storbritannien och International Astronomical Union.
“FCC fick över 1800 kommentarer angående Reflect Orbital och nästan 1500 kommentarer om SpaceX ansökan”, förklarar Betty Kioko, ESO-ansvarig för internationella affärer och för att samordna ESO:s svar på förslagen. “Bollen ligger nu hos FCC, och vi inväntar nu besluten om båda ansökningarna. För optisk astronomi är detta ett existentiellt hot, och vi hoppas att tillsynsmyndigheterna kommer att dela den uppfattningen.”
“Astronomi genererar ett enormt värde för mänskligheten, inklusive vetenskapligt, tekniskt, ekonomiskt och utbildningsmässigt, och hjälper oss att förstå vår plats i universum”, säger ESO:s generaldirektör Xavier Barcons. ”Det stora antalet planerade satelliter i låg omloppsbana runt jorden utmanar det bidraget, vilket understryker behovet av att begränsa framtida satellituppskjutningar och att astronomer, ingenjörer, satellitoperatörer och andra intressenter samarbetar för att anta strikta begränsningsåtgärder.”
”Att skicka tusentals satelliter får konsekvenser: ekonomiska, ekologiska och astronomiska”, tillägger Hainaut. Ljusföroreningar från mycket ljusa satellitkonstellationer kan påverka människors hälsa och livsfunktioner genom att störa biologiska klockor och ekosystem. Stora konstellationer har också direkta effekter på luftkvaliteten från de många uppskjutningar som krävs för att skicka och underhålla tusentals satelliter, samt från de luftföroreningar som orsakas när de brinner upp vid återinträdet i atmosfären. ”Mitt jobb är astronomi, så jag kvantifierar effekterna på astronomin”, förklarar Hainaut. ”Jag hoppas att andra kommer att utvärdera effekterna inom sina expertområden.”
Hainaut avslutar: ”Låg jordbana är en himmelsk havsstrand som ger ett enormt värde till det moderna samhället, från den global uppkopplingen till tillgången till rymden. Vi måste dock hantera megakonstellationernas fotavtryck – från ljusföroreningarna som påverkar astronomin till de atmosfäriska effekterna vid satelliternas återinträde – för att säkerställa att denna resurs förblir orörd och tillgänglig för framtida generationer.”
Noter
[1] Antalet satelliter som för närvarande är i omloppsbana uppgår till 32 000 om inaktiva satelliter och skräp inkluderas.
[2] Instrumentet som beaktas för simuleringen är FORS2, det mest använda vid VLT, som är representativ för traditionella kameror på stora teleskop.
[3] I kameror som den på Rubin-observatoriet, med tät och komplex elektronik, orsakar ett satellitspår som är tillräckligt ljust för att mätta detektorn inte bara en bred strimma på den astronomiska bilden, utan även en serie spökspår som mångfaldigar effekterna och potentiellt kan förstöra en hel bild.
[4] En visuell magnitud svagare än 7 säkerställer att satelliten inte mättar detektorn på en kamera som den vid Vera Rubin-observatoriet. Det innebär också att satelliten är för svag för att kunna ses med blotta ögat, även på en mörk himmel