Megakonstellationen könnten die Astronomie zerstören und es gibt keine einfache Lösung

Ein Zug von SpaceX Starlink-Satelliten ist am Nachthimmel in diesem Standbild aus einem Video zu sehen, das vom Satellitentracker Marco Langbroek in Leiden, Niederlande am 24 .

Ein Zug von SpaceX Starlink-Satelliten ist am Nachthimmel in diesem Standbild aus einem Video zu sehen, das vom Satellitentracker Marco Langbroek in Leiden, Niederlande am 24 . (Bildnachweis: Marco Langbroek über SatTrackBlog )





Paul M. Sutter ist Astrophysiker bei sonnig Stony Brook und das Flatiron Institute, Gastgeber von ' Frag einen Raumfahrer ' und ' Weltraumradio ,' und Autor von ' Wie man im Weltraum stirbt . ' Sutter hat diesen Artikel dazu beigetragen Expertenstimmen von guesswhozoo.com: Op-Ed & Insights .

In den nächsten Jahren planen Unternehmen auf der ganzen Welt, Zehntausende von Satelliten in die Umlaufbahn zu bringen, um einen globalen Hochgeschwindigkeits-Internetzugang bereitzustellen. Aber dieser Zugang hat seinen Preis: Er wird den Himmel verschmutzen und astronomische Beobachtungen verunreinigen.

Gibt es also eine Möglichkeit, es zu beheben? Ein Forscherteam hat die Auswirkungen dieser Satelliten modelliert und verschiedene Minderungsstrategien untersucht. Die Antwort ist, wie es scheint, nicht einfach.



Aufstieg der Megakonstellationen

Starlink, OneWeb, Kuiper, SatNet – dies sind nur der Anfang der Megakonstellationen, die in den kommenden Jahren in die Erdumlaufbahn starten werden. Jeder wird sein eigenes Netzwerk mit globalem Hochgeschwindigkeits-Internetzugang bereitstellen.

Der Anstieg der umlaufenden Satelliten ist erstaunlich. Derzeit gibt es mehr als 3.300 aktive künstliche Satelliten in der Erdumlaufbahn, so die Union of Concerned Scientists, eine wissenschaftliche Interessenvertretung. In der Zwischenzeit, so die Wissenschaftler hinter der neuen Forschungsnotiz, wird die Generation 1 von Starlink von SpaceX allein aus 11.926 Satelliten bestehen und die Generation 2 wird 30.000 weitere haben. OneWeb, Amazons Kuiper und Chinas SatNet werden zusammen über 20.000 Satelliten bereitstellen.

Bevor diese Mega-Konstellationen im Jahr 2018 gestartet wurden, waren die Kommunikationssatelliten von Iridium mit einer Gesamtzahl von nur 70 die größte Konstellation von Satelliten.



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Jeder einzelne Satellit ist eine Kontaminationsquelle. Die Satellitenkörper selbst sowie ihre großflächigen Sonnenkollektoren reflektieren das Sonnenlicht. Für einen Astronomen, der die größten Teleskope der Erde verwendet, um die schwächsten Objekte am Himmel zu erfassen, sind die Megakonstellationen kein Segen, sondern ein Ärgernis. Wenn eine Satellitenkonstellation das Sichtfeld eines Teleskops durchquert, ist es nicht nur ein einzelner Streifen, sondern mehrere, die möglicherweise verheerende astronomische Beobachtungen anrichten können.

Befürworter der Megakonstellationen haben argumentiert, dass die großen Höhen der Satelliten ihren Einfluss auf die Astronomie verringern und dass nur bestimmte Arten von Beobachtungsprogrammen gefährdet sind.



Daher beschlossen die Forscher, verfügbare Daten zu verwenden, um die Auswirkungen dieser Megakonstellationen auf astronomische Beobachtungen vorherzusagen.

Wirkung modellieren

Das Bild zeigt diagonale Linien, die durch das von einer Gruppe von 25 Starlink-Satelliten reflektierte Licht verursacht werden, das während der Beobachtungen der Galaxiengruppe NGC 5353/4 am 25.

Das Bild zeigt diagonale Linien, die durch das von einer Gruppe von 25 Starlink-Satelliten reflektierte Licht verursacht werden, das während der Beobachtungen der Galaxiengruppe NGC 5353/4 am 25.(Bildnachweis: Victoria Girgis/Lowell Observatory)

Es ist unmöglich zu wissen, wie schlecht der Himmel wird, bis alle Satelliten hochgefahren sind und Astronomen versuchen, Astronomie zu betreiben. Aber bis dahin könnte es zu spät sein. In der Zwischenzeit versuchte ein Team von Astronomen, den Einfluss von Megakonstellationen auf die moderne Astronomie zu modellieren.

Die Astronomen schätzten auf der Grundlage der öffentlich verfügbaren Informationen die Bahnkonfigurationen der zukünftigen Megakonstellationen am besten. Dann modellierten sie die Größe und Helligkeit jedes Satelliten, die stark vom Winkel zwischen dem Satelliten und der Sonne aus Sicht von . abhängt Erde . Anschließend falteten sie diese Modelle zu simulierten Beobachtungen mit verschiedenen Arten von astronomischen Instrumenten wie Weitfeld-Riesenteleskopen und hochauflösenden Spektrographen zusammen.

Das Team stellte fest, dass fast jeder Aspekt der modernen Astronomie in irgendeiner Weise betroffen sein wird, da die Satelliten im Allgemeinen hell genug sind, um selbst von mittelgroßen professionellen Teleskopen gesehen zu werden.

Einige Beobachtungsprogramme werden jedoch viel schlechter abschneiden als andere. Abhängig vom jeweiligen Teleskop, der Jahreszeit und dem Beobachtungsprogramm beobachtet ein typischer Wissenschaftslauf bei jeder Aufnahme zwischen 0,01 und 20 Satellitenspuren. Schmalfeldinstrumente, die jeweils nur einen kleinen Teil des Himmels abbilden, werden am wenigsten betroffen sein, da sie während einer bestimmten Beobachtung wahrscheinlich kein Satellitenkreuz in ihrem Sichtfeld haben, fanden die Astronomen.

Auf der anderen Seite werden Weitfeldteleskope wie das Vera C. Rubin Observatory viele Schwierigkeiten haben – zum Beispiel bei Sonnenauf- und -untergang – und das Observatorium könnte bis zur Hälfte jedes Bildes aufgrund von störenden Satellitenspuren verlieren , schrieben die Astronomen in ein Papier kürzlich auf dem Preprint-Server veröffentlicht arXiv .

Beobachtungen in der ersten und letzten Nachtstunde werden am stärksten leiden, da der Winkel der Satelliten vom Boden sie am hellsten und sichtbarsten erscheinen lässt, fand das Team.

Spektroskopie wird auch betroffen sein. Obwohl spektroskopische Instrumente mit niedriger und mittlerer Auflösung, die an Teleskopen auf der ganzen Welt angebracht sind und das Licht in die darin enthaltenen spezifischen Wellenlängen des Lichts aufteilen, weniger betroffen sind als Instrumente, die Bilder erzeugen. Bei spektroskopischen Instrumenten wird der Verschmutzungsgrad jedoch viel höher sein, da die Verschmutzung durch die Satelliten ungefähr die gleiche Signalgröße wie die wissenschaftlichen Zieldaten liefert.

Astronomie retten

Dieses kommentierte Bild zeigt den Himmel über der Europäischen Südsternwarte

Dieses kommentierte Bild zeigt den Himmel über dem Paranal-Observatorium der Europäischen Südsternwarte in der Dämmerung, wobei die blauen Ringe die Höhengrade über dem Horizont und die Position der Satelliten (rot und grün markiert) anzeigen. Der Bereich über 30 Grad ist der Ort, an dem die meisten astronomischen Beobachtungen gemacht werden.(Bildnachweis: ESO / Y. Beletsky / L. Calçada)

Astronomie ist eine Präzisionswissenschaft, bei der jedes Bild zählt. Verschmutzte Bildteile sind nutzlos; sie müssen weggeworfen werden. In vielen Fällen lassen sich aus den unverschmutzten Bildbereichen noch nützliche Informationen entnehmen. Aber in anderen, wie der Exoplaneten-Erkennung, muss das gesamte Bild geworfen werden. Dies könnte die astronomische Gemeinschaft Millionen von Dollar an verlorener Zeit und Rechenleistung kosten. Und dies ist nur der Anfang der Megakonstellations-Ära; weitere Satelliten könnten unterwegs sein.

Können wir also etwas dagegen tun?

Die beste Abschwächungsstrategie besteht darin, die sichtbare Oberfläche der Satelliten und ihrer Sonnenkollektoren zu reduzieren, wie beim Starlink VisorSat-Programm von SpaceX zur Verdunkelung ihrer Satelliten, fanden die Forscher heraus. Astronomen können auch versuchen, ihre Beobachtungen um die Bahnen der Konstellation herum zu planen, indem sie entweder keine Bilder aufnehmen, wenn Satelliten in Sicht sind, oder indem sie in leicht unterschiedliche Richtungen zeigen. Dieser Ansatz erfordert jedoch eine enorme Koordination, da Unternehmen häufig die Umlaufbahnen ihrer Satelliten ändern.

Eine andere Abschwächungsstrategie besteht darin, die Satellitenspuren später aus den Bildern zu entfernen, aber dies ist kein sauberer Prozess. Und es funktioniert nicht für Spektrometer; weil sie keine Bilder machen, ist es schwer zu sagen, ob ein Spektrum auch nur durch eine Satellitenspur verunreinigt wurde.

Letztendlich müssen die Hersteller von Megakonstellationen einen kontinuierlichen Dialog mit der astronomischen Gemeinschaft führen. Highspeed-Internetzugang muss nicht auf Kosten einer kostbaren Wissenschaft gehen.

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