Astronomer har alvorlige bekymringer over satellitkonstellationer

Forestil dig rummet omkring Jorden fyldt med titusindvis af kommunikationssatellitter. Det scenarie er langsomt ved at blive til, og det har astronomer bekymrede. Nu, en gruppe astronomer har skrevet et papir, der beskriver detaljerede bekymringer, og hvordan alle disse satellitter kunne have en alvorlig, negativ indvirkning på jordbaseret astronomi.

SpaceX og andre virksomheder kaster deres skarpe kapitalistiske øjne på rummet omkring Jorden. SpaceX og OneWeb er de eneste virksomheder, der hidtil har opsendt nogen del af deres satellitkonstellationer. Men en række andre virksomheder har planer om at gøre det samme, og til sidst, alle disse satellitter vil tælle i titusinder.

Astronomisamfundet har rejst nogle bekymringer om disse satellitkonstellationer. Royal Astronomical Society og American Astronomical Society har begge udgivet udtalelser, der udtrykker deres bekymring og ønske om at arbejde med virksomheder inden for satellitkonstellationsbranchen. Disse udtalelser er høflige, forsigtige i deres kritik, og skrevet i samarbejdets ånd.

Men dette nye papir redegør for alle det astronomiske samfunds bekymringer, sikkerhedskopieret med data, og presser deres pointe mere insisterende på.

En satellitkonstellation er en gruppe af kunstige satellitter, der arbejder sammen for at give global eller nær-global kommunikationsdækning. De har potentialet til at gøre højhastighedsinternet tilgængeligt næsten overalt. Naturligvis, det er der mange fordele ved.

Men der er kritik, også, og tre astronomer fra Italiens INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, har fremlagt denne kritik i detaljer. De tre er Stefano Gallozzi, Marco Scardia og Michele Maris. Deres papir har titlen "Bekymringer om jordbaserede astronomiske observationer:Et skridt til at beskytte den astronomiske himmel."

Når du lægger alle de satellitter sammen, som virksomheder ønsker at opsende som en del af deres konstellationer, du kommer et sted omkring 50, 000 satellitter. Spørgsmålet er, hvilken effekt vil disse satellitter have på jordbaseret astronomi? Forfatterne af rapporten hævder, at alle disse satellitter uundgåeligt vil skade astronomisk observation.

En note til læserne:Engelsk er ikke det første sprog for avisens forfattere, så nogle af citaterne indeholder små uoverensstemmelser, men meningen er klar.

"Afhængig af deres højde og overfladereflektivitet, deres bidrag til himlens lysstyrke er ikke ubetydeligt for professionelle jordbaserede observationer, " siger rapporten i indledningen. "Med den enorme mængde på omkring 50, 000 nye kunstige satellitter til telekommunikation, der er planlagt til at blive opsendt i mellem og lav kredsløb om Jorden, den gennemsnitlige tæthed af kunstige genstande vil være på> 1 satellit for kvadratisk himmelgrad; dette vil uundgåeligt skade professionelle astronomiske billeder."

SpaceX er længst fremme i implementeringen af ​​deres konstellation, og deres navn dukker ofte op i avisen. SpaceX's Starlink-system har allerede opsendt næsten 250 af deres satellitter, og de planlægger at implementere op til 42, 000 satellitter i alt. Ifølge avisen, disse satellitter "vil skinne fra den tredje til den syvende størrelsesorden på himlen efter solnedgang og før daggry."

Forfatterne siger, at alle disse satellitter uundgåeligt vil efterlade spor i astronomiske billeder, og kan hæmme søgningen efter genstande nær Jorden. Der er en vis grad af risiko for, at vi måske ikke får øje på en potentiel påvirkning på grund af disse satellitter.

Men det er ikke kun billeder, der vil blive negativt påvirket, ifølge rapporten. "Alvorlige bekymringer er også fælles for andre bølgelængder, der er kvalificerede til jordbaseret undersøgelse, især til radioastronomi, hvis detektorer allerede er mættet af den allestedsnærværende bestråling af satellitkommunikation fra rumstationer såvel som fra jorden."

Tilbage i maj 2019, Elon Musk forsøgte at afvise enhver astronomisk bekymring om Starlink. Blandt hans bryske afvisninger af kritik var hans udtalelse om, at "Vi skal alligevel flytte teleskoper til kredsløb. Atmosfærisk dæmpning er forfærdelig."

Musk har en enorm profil i rumsamfundet, så hans ord kunne have overbevist nogle om, at der ikke er nogen problemer mellem Starlink og astronomi. Men Musk er en iværksætter, ikke en videnskabsmand.

For alle hans præstationer, Musk er ikke ekspert i astronomi eller astronomisk observation. Er hans udtalelse om, at Starlink "vil have ~0% indflydelse på fremskridt inden for astronomi" nøjagtig og informeret?

Det synes de tre forfattere af det nye papir ikke at mene. De skitserer de risici, som satellitkonstellationer udgør for astronomi, og det handler ikke kun om, hvorvidt de er synlige i optisk lys. De påpeger, at der er "farlige virkninger som følge af sådanne ændringer i populationen af ​​små satellitter. En dedikeret strategi for akut indgriben for at beskytte og beskytte hvert astronomisk bånd, der kan observeres fra jorden, er skitseret."

Forfatterne starter ved begyndelsen, ved at påpege de enorme fremskridt i forståelsen, som jordbaserede observationer har gjort. "I århundreder har jordbaserede astronomiske observationer ført til usædvanlige fremskridt i vores videnskabelige forståelse af naturens love." Det er svært at argumentere med.

I avisens første afsnit, de taler om, hvordan rumbaseret astronomi, eller rumteleskoper, har bidraget til viden. Men de påpeger, at jordbaseret og rumbaseret astronomi har brug for hinanden og producerer den bedste videnskab, når de arbejder sammen. "Uden jordbaserede observationer, den mest aktuelle rumbaserede astronomi ville være ubrugelig eller umulig."

Det er sikkert at sige, at forfatterne ikke er enige i Musks glatte påstand om, at "Vi skal alligevel flytte teleskoper til kredsløb. Atmosfærisk dæmpning er forfærdelig."

Måske har Musk aldrig hørt om adaptiv optik. Adaptiv optik gør det muligt for moderne jordbaserede teleskoper at overvinde atmosfærens effekt på observationer. Kommende teleskoper som European Extremely Large Telescope og Thirty-Meter Telescope har adaptiv optik i hjertet af deres design.

Forfatterne påpeger også, hvad der burde være klart for enhver, der tænker over det meget længe:Sammenlignet med jordbaseret astronomi, rumbaserede teleskoper er enormt dyre. Og risikabelt.

Fremskridt inden for teleskopteknologi er gjort her på Jorden. Deres indsættelse er den risikable del, men teknologierne er allerede blevet testet og udviklet her på Jorden. Som forfatterne af papiret påpeger, at teste og udvikle nye teleskopteknologier er ikke muligt i rummet.

"En væsentlig begrænsning ved rumbaserede teleskoper er, at de ikke kan vedligeholdes, renoveret eller repareret efter lancering." Hubble er en undtagelse, og andre rumteleskoper er ikke blevet vedligeholdt. Når de er færdige, de er færdige.

"Sammenlignet med jordbaserede observatorier, den gennemsnitlige levetid for rumbaserede teleskoper er af størrelsesordenen et par årtier eller mindre. Tværtimod, jordbaserede observatorier varer i flere årtier, med teleskoper installeret i begyndelsen af ​​rumæraen igen, der arbejder på en rentabel måde." Kort sagt, rumteleskoper bliver teknologisk forældede, mens deres jordbaserede modparter bliver ved med at arbejde.

Det kan vi se med European Southern Observatorys (ESO) Very Large Telescope (VLT). VLT består af fire primære enheder, hvoraf den første så første gang i 1998. I årenes løb, det er blevet opgraderet flere gange, hver gang øger dens observationskapacitet. To af dens instrumenter, SPHERE (første lys juni 2014) og ESPRESSO (første lys september 2016) er designet til at studere exoplaneter, noget, der ikke var vigtigt, da VLT blev designet. Andre instrumenter, ligesom VISIR (VLT Imager og Spectrometer for mid-infrared) blev opgraderet til at studere exoplaneter.

Rumteleskoper er også dyre sammenlignet med jordbaserede teleskoper. James Webb-rumteleskopet har været under udvikling i 20 år, og det vil koste 10 milliarder dollars i USA. Men den næste generation af jordbaserede teleskoper, som Giant Magellan Telescope og European Extremely Large Telescope, vil koste omkring 1 milliard dollar hver. Og de vil sandsynligvis overleve JWST i årtier.

Den nøgne del af papiret omhandler de faktiske problemer, som jordbaseret astronomi vil møde fra satellitkonstellationer. I nogle elektromagnetiske bølgelængder, rumteleskoper er meget mere effektive end jordbaserede teleskoper. I det fjern-infrarøde f.eks. atmosfæren blokerer meget af det. Men det fortæller ikke hele historien.

I papiret taler forfatterne om himmelnedbrydning. Denne nedbrydning kommer ikke kun fra lysforurening på jorden, men "det skyldes også, at kunstige satellitflåder krydser og ardannelsesobservationer med lyse parallelle striber/stier på alle breddegrader."

Starlink alene vil gerne placere op til 40, 000 satellitter i kredsløb. Det er kun ét selskab ud af flere med planer om at opsende satellitkonstellationer. Ingen ved, hvor mange der i sidste ende bliver, men det er rimeligt at bruge en 50, 000 satellitfigur til diskussion.

"Astronomer er ekstremt bekymrede over muligheden for, at himlen set fra Jorden kan være dækket af titusindvis af satellitter, hvilket vil være langt større end de cirka 9, 000 stjerner, der er synlige for det blotte menneskelige øje, " siger forfatterne. "Dette er ikke en fjern trussel:Det sker allerede."

De tre astronomer opdeler alle tallene for Jordens voksende flåde af satellitter. Under hensyntagen til betragtningsvinkler, højde, og lysstyrke fører dem til denne konklusion:"Således, med 50K satellitter, "normaliteten" vil være en himmel fyldt med kunstige genstande:Hver kvadratisk grad af himlen vil have en satellit, der kravler i sig gennem hele observationsnatten, tilgængelig og synlig af astronomiske kameraer, og ikke kun ved professionel instrumentering."

Ifølge forfatterne, al denne lysforurening vil være en alvorlig skade for astronomiske observationer. De anerkender, at SpaceX eksperimenterer med en "mørk" satellit, der er malet sort for at reducere reflektionsevnen. Men de påpeger, at 75% af satellittens overflade er solpaneler, som åbenbart ikke kan males. De påpeger også problemer med at male en satellit sort:"Hvis satellitkroppen vil blive forhindret i at reflektere sollys, det vil absorbere stråling, opvarmning for meget [forårsager] mulige fejl, [og] vil således sandsynligvis øge risikostyringen for hele flåden og gøre mørkbelægningsløsningen ineffektiv eller endda kontraproduktiv."

Så er der hele problemet med radiobåndsinterferens. "Selv med de bedste belægnings- og afhjælpningsprocedurer for at mindske indvirkningen på visuelle astronomiske observationer, hvad det ofte udelades eller glemmes er, at telekommunikationskonstellationer vil skinne i radiobølgelængdebåndene, kan observeres fra jorden."

Der er årtier gamle aftaler fra begyndelsen af ​​rumalderen, som reserverer bestemte radiofrekvenser til bestemte formål. Frekvenserne af visse atomer og molekyler i rummet er forbeholdt radioastronomi. Disse omfatter kulilte, dens isotoper og H ₂ O.

Radioastronomer må allerede kæmpe med alle former for interferens. Ifølge forfatterne, dette vil blive meget værre. "Hvad der ikke er almindeligt anerkendt, er, at udviklingen af ​​den seneste generation af telekommunikationsnetværk (både fra rummet og fra Jorden) allerede har en dyb indvirkning på radioastronomiske observationer (ved alle underbånd):med LEO-satellitflåder, det er helt sikkert, at situationen kan blive uudholdelig."

Så er der spørgsmålet om lovlighed, og hvilke organer, der kan give tilladelse til opstilling af satellitkonstellationer.

Forfatterne citerer erklæringen fra 1994 fra United Nations Educational, Videnskabelig og Kulturel Organisation (UNESCO). Den udtalelse siger, "Personer, der tilhører fremtidige generationer, har ret til en uforurenet og ubeskadiget jord, inklusive ren himmel; de har ret til at nyde det som grundlaget for menneskets historie af kultur og sociale bånd, der gør hver generation og individ til et medlem af én menneskelig familie."

Den samme udtalelse fra UNESCO siger også, "Her, Verdensarv er hele menneskehedens ejendom, og selvom der kan være beskyttende love, at håndhæve dette er en anden sag, da kun stater kan sagsøge andre stater i henhold til denne type internationale traktater. En stat er ansvarlig for de aktiviteter, der finder sted inden for dens jurisdiktion - uanset om de er autoriserede eller uautoriserede."

De tre astronomer påpeger, at siden FCC og andre organer i USA har givet godkendelse til Starlink, de kan muligvis stoppe Starlink, også. De kan endda være forpligtet til i henhold til international lov.

De nævner også traktaten om det ydre rum, og skriv, "... den juridiske proces er, at delstatsregeringen, denne gang den amerikanske regering, er juridisk ansvarlig for alle genstande, der sendes ud i det ydre rum, der opsendes fra amerikanske grænser. Det betyder, at det er den amerikanske regering, der er ansvarlig for skaden forårsaget af dets selskab, Starlink, at sende objekter i kredsløb, der forårsager skade."

Artiklen afsluttes med at pege på mulige juridiske handlinger, som det internationale samfund kunne tage for at stoppe satellitkonstellationer.

De kunne sagsøge FCC, fordi de i deres godkendelse, de tog ikke højde for lysforurening, som er i strid med lov om national miljøpolitik. Denne lov kræver, at ethvert føderalt agentur overvejer miljøpåvirkningen af ​​de projekter, de godkender. Forfatterne hævder, at FCC ikke tog tilstrækkeligt hensyn til lysforureningen fra Starlink.

Det internationale astronomisamfund kunne "sagse ved retten på grund af manglende jurisdiktion og retspraksis fra US FCC til at godkende private ikke geostationære satellitter over andre stater og nationer." Dette sætter spørgsmålstegn ved FCC's ret til selv at godkende satellitkonstellationer, der rejser over andre nationer.

Så er der Den Internationale Domstol (ICJ). De tre forfattere siger, at det internationale samfund kunne sagsøge den amerikanske regering ved ICJ "... for at standse yderligere Starlink-lanceringer for at kvantificere tabet af offentlige finanser i at skade nationale og internationale astronomiske projekter."

Det internationale astronomisamfund startede en underskriftsindsamling i januar 2020. Samfundet vil have fat i Starlink og andre, de vil have lovlig beskyttelse på plads for astronomisk observation, og de ønsker at begrænse antallet af satellitkonstellationer til et minimum.

"Alle disse anmodninger kommer fra videnskabsmænds dybfølte bekymring, der stammer fra trusler om at blive udelukket fra at få adgang til den fulde viden om Kosmos og tabet af et immaterielt aktiv af umådelig værdi for menneskeheden, " skriver forfatterne.

Rummet bliver mere af et juridisk morads, som tiden går. Præcis hvilke typer aktiviteter, der vil være tilladt, er uklart. For årtier siden, nær begyndelsen af ​​rumalderen, love og aftaler blev indført for at holde styr på tingene.

Men ingen forudså noget lignende satellitkonstellationer, og de juridiske rammer, der styrer rummet, vil sandsynligvis komme under et stort pres.