Når reflekterende satellitter fylder himlen, sørger eleverne for, at astronomer kan tilpasse sig

Når satellitter kravler hen over himlen, reflekterer de lys fra solen tilbage til Jorden, især i løbet af de første par timer efter solnedgang og de første par timer før solopgang. Efterhånden som flere virksomheder sender netværk af satellitter i lav kredsløb om Jorden, bliver et klart udsyn til nattehimlen sjældnere. Især astronomer forsøger at finde måder at tilpasse sig.

Med det i tankerne har et hold af University of Arizona-studerende og fakulteter gennemført en omfattende undersøgelse for at spore og karakterisere lysstyrken af ​​satellitter, ved hjælp af en jordbaseret sensor, de udviklede til at måle satellitternes lysstyrke, hastighed og veje gennem himlen. Deres arbejde kunne være nyttigt for astronomer, som - hvis de blev underrettet om indkommende lysstærke satellitter - kunne lukke lukkerne på deres teleskopmonterede kameraer for at forhindre lysspor i at plette deres astronomiske billeder med lang eksponering.

Forskerholdet blev ledet af professor i planetariske videnskaber Vishnu Reddy, som også sammen med professor i systemer og industriteknik Roberto Furfaro leder universitetets Space Domain Awareness-laboratorium, som sporer og karakteriserer alle slags objekter, der kredser om Jorden og månen.

Grace Halferty, en senior, der dimitterer til sommer med en bachelorgrad i rumfarts- og maskinteknik, er hovedforfatter af undersøgelsen, som er offentliggjort i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . Undersøgelsen beskriver, hvordan holdet skabte en satellitsporingsenhed til at måle lysstyrken og positionen af ​​SpaceX Starlink-satellitter og sammenlignede disse observationer med statslige satellitsporingsdata fra Space Track Catalog-databasen.

"Indtil nu er de fleste fotometriske eller lysstyrke-observationer, der var tilgængelige, udført med det blotte øje," sagde Halferty. "Dette er en af ​​de første omfattende fotometriske undersøgelser derude til at gennemgå peer review. Satellitterne er udfordrende at spore med traditionelle astronomiske teleskoper, fordi de er så lysstærke og hurtigt bevægende, så vi byggede, hvad der dybest set er en lille sensor med et kamera linse selv, fordi der ikke var noget tilgængeligt fra hylden."

Holdet foretog 353 målinger af 61 satellitter over to år og fandt ud af, at positionen af ​​Starlink-satellitter som registreret i regeringens Space Track Catalog kun afveg med et gennemsnit på 0,3 buesekunder fra UArizona-beregningerne. En buesekund på himlen er omtrent på størrelse med en skilling, der holdes 2,5 miles væk. Den lille forskel skyldes sandsynligvis naturlige forsinkelsestider i regeringsdataene, sagde Reddy. Fordi disse data er baseret på estimerede baner beregnet dage tidligere, snarere end på realtidsobservationer, kan der opbygges positioneringsfejl.

"Dette tyder på, at der er håb om, at astronomer kan bruge disse data til at lukke lukkeren på deres teleskoper i tide midt i det voksende kaos på himlen ovenfor," sagde Reddy.

En fantastisk trafikprop

Starlink er et stort netværk af satellitter, også kaldet en mega-konstellation, som drives af SpaceX med det formål at levere global internetdækning. SpaceX begyndte at opsende Starlink-satellitter i 2019. I dag er mere end 2.700 Starlink-satellitter blevet opsendt – en brøkdel af de planlagte i alt 42.000 satellitter.

Andre eksempler på satellitkonstellationer omfatter 31 GPS-satellitter og 75 iridium-satellitter til kommunikation. Andre enheder har planer om at opsende flere satellitter i lav og medium kredsløb om jorden i de næste par år. Amazon planlægger for eksempel at opsende 3.000 satellitter, og den kinesiske regering planlægger at opsende 13.000. Disse satellitter vil ikke kredse højere end 22.000 miles over Jorden.

Problemet med satellitter er, at de kræver strøm høstet fra solpaneler, som kan reflektere sollys ved jordbaserede teleskoper og til gengæld påvirke astronomiske observationer fra teleskoper rundt om i verden. Omkring 30 % af alle teleskopbilleder vil blive påvirket af mindst ét ​​satellitspor, når Starlink-konstellationen er færdig, sagde forskerteammedlem Tanner Campbell, en kandidatforsker ved Institut for Luftfarts- og Maskinteknik.

"Efterhånden som andre konstellationer tilføjes, vil problemet kun blive værre for jordbaserede astronomiske undersøgelser," sagde han.

Disse satellitter er endnu mere reflekterende lige efter opsendelsen, mens de stadig er relativt lave og tæt sammenklyngede, før de spredes gennem deres kredsløb over tid. De er ofte lige så lyse som Saturn eller Jupiter, to af de lyseste objekter på nattehimlen. Når de manøvrerer ind i højere baner, bliver de lidt svagere.

Et bevægeligt mål

SpaceX har indsat et par forskellige metoder til at gøre sine Starlink-satellitter mørkere. For eksempel er VisorSat-satellitter afhængige af en skygge for at blokere yderligere sollys, hvilket gør dem 1,6 gange svagere. DarkSat-satellitter er derimod afhængige af en anti-reflekterende belægning, der gør dem 4,8 gange svagere. DarkSats blev dog for varm, så SpaceX gik væk fra den specifikke metode. Siden august 2021 er alle Starlink-satellitter VisorSats.

"Selvom disse modifikationer er skridt i den rigtige retning, dæmper de heller ikke satellitterne nok til astronomiske undersøgelser," sagde forskerteammedlem Adam Battle, en kandidatstuderende, der studerer planetarisk videnskab.

I juli annoncerede SpaceX nye strategier. En involverer spejle, der reflekterer sollys væk fra Jorden, og en anden involverer brug af mørkere byggematerialer. Reddys team planlægger at undersøge, hvor effektive disse metoder er til at reducere sollysrefleksion tilbage til Jorden.

Selvom det er nyttigt for astronomer at vide præcis, hvor satellitterne er, tilføjer det at lukke kameraerne ekstra omkostninger til teleskopoperationer. Undersøgelser bliver mindre effektive, når astronomer skal lukke lukkeren eller smide forurenede billeder væk. For eksempel kan en undersøgelse, der vil tage fem år at gennemføre, tage 10 % til 20 % længere tid, hvis undersøgelsens effektivitet er nede. Omkostningerne vil fortsætte med at stige, efterhånden som flere satellitter opsendes, sagde Reddy.

Holdet planlægger at bygge videre på sin succes ved at studere lysstyrken af ​​den seneste generation af Starlink-satellitter i fire forskellige farvede filtre - de samme, der bruges i astronomiske undersøgelser af himlen til at pirre forskellige oplysninger fra stjerner, planeter og mere. For at opnå dette har teamet arbejdet sammen med den Tucson-baserede lille virksomhed Starizona for at bygge en sensor, der kan tage billeder af satellitter i fire farver samtidigt.

"At arbejde med lokale små virksomheder er en gevinst for os, da det giver vores studerende en mulighed for hurtigt at prototype og bringe et nyt system online," sagde Reddy. + Udforsk yderligere

SpaceX opsender Starlink-satellitter fra Californien