Milion nowych satelitów zniszczy w przyszłości widok nocnego nieba?

Różne firmy złożyły wnioski o zgodę na wystrzelenie w najbliższych latach łącznie 1,7 mln satelitów. To olbrzymie zagrożenie dla badań kosmosu – ostrzega Europejskie Obserwatorium Południowe. W raporcie nt. skutków dla prowadzania badań astronomicznych sugeruje limit 100 tys. satelitów na niskiej orbicie okołoziemskiej.

Milion nowych satelitów zniszczy w przyszłości widok nocnego nieba

Ludzkość wystrzeliwuje satelity w kosmos od 1957 roku (radziecki Sputnik 1). Jednak od roku 2019 liczba wyniesionych obiektów w kosmos gwałtownie rośnie. Aktualnie na orbicie okołoziemskiej jest około 14 tysięcy satelitów. Jeśli doliczymy satelity nieaktywne i śmieci kosmiczne, liczba rośnie do 32 tysięcy.

Satelity są bardzo przydatne w wielu dziedzinach życia i trudno wyobrazić sobie bez nich funkcjonowanie świata. Jednak z reguły nadmiar bywa szkodliwy – tak jest też w przypadku sztucznych satelitów. Ostatnio rozwijane są olbrzymie konstelacje komercyjnych satelitów, przykładowo Starlink firmy SpaceX. Na skutek apelów międzynarodowych organizacji oraz instytucji naukowych firma SpaceX poczyniła kroki, by kolejne jej satelity były mniej jasne na niebie, co ogranicza szkody dla astronomii.

Wkrótce jednak sytuacja może się dramatycznie pogorszyć. SpaceX planuje bowiem wysłanie na orbitę miliona kolejnych satelitów, z przeznaczeniem na budowę centrów danych w kosmosie. Dużymi konstelacjami satelitów będą też Cinnamon od E-Space oraz chińskie CTC-1 i 2. Razem z satelitami planowanymi do wyniesienie przez inne firmy z różnych krajów, możemy mieć wkrótce na niebie 1,7 miliona nowych satelitów.

50 tys. satelitów zwierciadeł doprowadzi do wielkiego zanieczyszczenia świetlnego?

Szczególnie groźny dla astronomii wydaje się naukowcom pomysł firmy Reflect Orbital, która chce wystrzelić 50 tysięcy satelitów, które będą pełnić rolę zwierciadeł odbijających światło słoneczne w nocy, aby odbitymi wiązkami oświetlać pasy rozciągające się na co najmniej pięć kilometrów na powierzchni Ziemi. Prototypowy satelita ma polecieć już w tym roku, a cała konstelacja satelitarnych zwierciadeł będzie ukończona do 2035 roku. Taki satelita, widziany z wnętrza odbitej wiązki, byłby cztery razy jaśniejszy niż Księżyc w pełni. Ale nawet jeśli żaden z satelitów nie kierowałby swojej wiązki bezpośrednio na obserwatora, to i tak byłby na niebie tak jasny, jak planeta Wenus.

SpaceX oraz Reflect Orbital złożyły wnioski do amerykańskiej Federalnej Komisji Komunikacji (FCC) o zgodę na wystrzelenie swoich ogromnych ilości satelitów. Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) przygotowało naukowy raport na temat skutków takiego działania dla astronomii, aby komisja mogła ocenić wnioski również pod tym kątem. W działaniach ESO w tym zakresie współpracują też brytyjskie Królewskie Towarzystwo Astronomiczne oraz Międzynarodowa Unia Astronomiczna (IAU).

Amerykańska komisja otrzymała ponad 1800 komentarzy dotyczących Reflect Orbital oraz prawie 1500 komentarzy do wniosku SpaceX. „Piłka jest teraz po stronie komisji FCC; czekamy na decyzje, jakie podejmie w sprawie obu wniosków. Dla astronomii optycznej jest to zagrożenie egzystencjalne i mamy nadzieję, że organy regulacyjne podzielą ten pogląd” – wskazała Betty Kioko, odpowiedzialna za koordynację odpowiedzi ESO na te wnioski.

Raport opracowany przez ESO ukazał się w „Astronomy & Astrophysics”, a jego autorem jest Olivier Hainaut z Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO), do wielu lat zaangażowany w opracowywanie rekomendacji mających na celu złagodzenie wpływu konstelacji satelitów na astronomię.

Hainaut wyjaśnia, że satelity, oświetlone przez Słońce, są znacznie jaśniejsze niż odległe galaktyki. Gdy satelita przechodzi przez obszar, który obserwujemy, powoduje jasny ślad na zdjęciu, prześwietlając wszystko, co znajduje się za nim.

Aby obliczyć wpływ tego i innych efektów na obserwacje astronomiczne, Hainaut zasymulował pozycje, ruch i jasność wszystkich istniejących i planowanych konstelacji satelitów. Jako modelowy instrument reprezentujący współczesne duże obserwatoria wybrał kamerę FORS2 na Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) w Obserwatorium Paranal w Chile, które należy do Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO).

Megakonstelacja satelitów SpaceX

W przypadku megakonstelacji satelitów SpaceX okazało się, że na każdym zdjęciu wykonanym w ciągu dwóch godzin po rozpoczęciu nocy widoczne byłyby dziesiątki śladów satelitów. Oznacza to utratę pola widzenia do 28 proc. Przy czym założono optymistycznie, że satelity nie byłyby widoczne gołym okiem. Jeśli jednak byłyby jaśniejsze, efekty będą dużo gorsze. Dotyczy to szczególnie instrumentów takich, jak oddany niedawno do użytku teleskop w Obserwatorium Very Rubin, należącym do amerykańskiej Narodowej Fundacji Nauki (NSF). W tym przypadku większość zdjęć w ciągu kilku godzin nocy każdego dnia nie nadawałoby się do użytku.

Założono też optymistycznie, że żaden z satelitów Reflect Orbital nie kierowałby wiązki bezpośrednio na obserwatorium lub w jego pobliże. Jednak i tak ślady od satelitów ze zwierciadłami psułyby obserwacje w Obserwatorium Very Rubin. Przy pełnej flocie satelitów każde zdjęcie byłoby utracone, gdy satelity byłyby oświetlone przez Słońce.

Bezpośrednie przeloty satelitów w polu widzenia teleskopu to zresztą nie jedyny problem. Jeszcze gorsze może być ograniczenie możliwości obserwacyjnych na skutek rozświetlenia tła nieba. Nawet jeśli satelity są zbyt słabe, aby dostrzec je gołym nokiem, albo aby ich ślad na zdjęciu rozlał się na wiele pikseli, niszcząc zarejestrowany sygnał od słabych obiektów kosmicznych – to i tak będą wnosić wkład w całkowitą jasność nieba. Słabe satelity wytwarzają „rozmyte” światło, a jaśniejsze rozpraszają światło we wszystkich kierunkach. Światło dobite od satelitów przechodzi przez atmosferę i ją podświetla. Jeśli na orbicie znajdą się satelity Reflect Orbital, to jasność tła nieba wzrośnie od dwóch do czterech razy.

Jak złagodzić negatywne skutki nadmiaru satelitów dla astronomii?

W raporcie podkreślono, że aby łagodzić skutki dla astronomii, satelity muszą być słabsze niż limit widoczności gołym okiem (przy okazji nie popsuje to wyglądu nocnego nieba dla ludzkości, który przy jaśniejszych satelitach zostałby zdominowany przez te sztuczne obiekty). Wtedy liczba 100 tysięcy satelitów na niskiej orbicie okołoziemskiej będzie jeszcze akceptowalna dla astronomii, gdyż da szkody na poziomie strat wynikających z awarii sprzętu i innych przyczyn technicznych.

Negatywne skutki miliona satelitów na niebie nie ograniczają się tylko do astronomii. Zanieczyszczenie światłem od bardzo jasnych konstelacji satelitów może wpływać na zdrowie i funkcjonowanie życia na Ziemi, poprzez zaburzenie zegarów biologicznych i ekosystemów. Wpłynie też bezpośrednio na jakość powietrza od licznych startów niezbędnych do wysłania i utrzymania tysięcy satelitów, a także od spalania satelitów w atmosferze po zakończeniu ich okresu eksploatacji. „Moją pracą jest astronomia, więc oceniam afekty na astronomię, mam nadzieję, że inni ocenią skutki w swojej dziedzinie| – wskazuje Hainaut.

Olivier Hainaut podsumowuje problem następująco: Niska orbita okołoziemska to brzeg morski na niebie, który zapewnia ogromne korzyści współczesnemu życiu, od globalnej łączności po swobodny dostęp do Wszechświata. Jednak musimy zarządzać wpływem megakonstelacji – od zanieczyszczenia światłem wpływającego na astronomię, po efekty atmosferyczne w trakcie powrotu satelitów do atmosfery – aby zapewnić, że ten zasób pozostanie nieskazitelny i dostępny dla przyszłych pokoleń.

PAP/Krzysztof Czart/MJ