Astronomer har några allvarliga oro över Starlink och andra satellitkonstellationer

Föreställ dig utrymmet runt jorden fylld med tiotusentals kommunikationssatelliter. Det scenariot kommer långsamt att bli, och det har astronomer berörda. Nu har en grupp astronomer skrivit ett papper som beskriver deras detaljerade problem och hur alla dessa satelliter kan ha en allvarlig, negativ inverkan på markbaserad astronomi.

SpaceX och andra företag kastar sina intressanta kapitalistiska ögon på rymden runt jorden. SpaceX och OneWeb är de enda företag som hittills har lanserat några delar av deras satellitkonstellationer. Men ett antal andra företag har planer på att göra detsamma och så småningom kommer alla dessa satelliter att räkna i tiotusentals.

Astronominsamhället har väckt vissa oro över dessa satellitkonstellationer. Royal Astronomical Society och American Astronomical Society har båda släppt uttalanden som uttrycker sin oro och önskan att arbeta med företag inom satellitkonstellationsbranschen. Dessa uttalanden är artiga, försiktiga i sin kritik och skrivna i andens samarbete.

Men det här nya dokumentet innehåller alla astronomiska samhällets oro, säkerhetskopierade med data och pressar deras poäng mer insisterande.

"I århundraden har markbaserade astronomiska observationer lett till exceptionella framsteg i vår vetenskapliga förståelse av naturlagarna."

Från “Oro för markbaserade astronomiska observationer: Ett steg för att skydda det astronomiska himlen”

En satellitkonstellation är en grupp konstgjorda satelliter som arbetar tillsammans för att ge global eller nästan global kommunikationstäckning. De har potential att göra höghastighetsinternet tillgängligt nästan var som helst. Det är uppenbart att det finns många fördelar med det.

Men det finns också kritik, och tre astronomer från Italien har presenterat denna kritik i detalj. De tre är Stefano Gallozzi, Marco Scardia och Michele Maris. Deras uppsats heter "Bekymmer om markbaserade astronomiska observationer: Ett steg för att skydda den astronomiska himlen."

När du lägger till alla satelliter som företag vill lansera som en del av sina konstellationer får du någonstans cirka 50 000 satelliter. Frågan är, vilken effekt kommer dessa satelliter att ha på markbaserad astronomi? Författarna till rapporten hävdar att alla dessa satelliter oundvikligen kommer att skada astronomiska observationer.

En anmärkning till läsarna: Engelska är inte det första språket för författarna till uppsatsen, så några av citaten innehåller små inkonsekvenser, men meningen är klar.

"Beroende på deras höjd och ytreflektivitet är deras bidrag till himmelens ljusstyrka inte försumbar för professionella markbaserade observationer", säger rapporten i inledningen. ”Med den enorma mängden av cirka 50 000 nya konstgjorda satelliter för telekommunikationer som planeras lanseras i Medium och Low Earth Orbit, kommer medeltätheten för konstgjorda föremål att vara> 1 satellit för kvadratisk himmelgrad; detta kommer oundvikligen att skada professionella astronomiska bilder. ”

Eftersom SpaceX är längst längre med att distribuera deras konstellation, och deras namn dyker upp ofta i tidningen. SpaceXs Starlink-system har redan lanserat nästan 250 av deras satelliter, och de planerar att distribuera upp till 42 000 satelliter totalt. Enligt uppsatsen kommer dessa satelliter att skina från den 3: e till den 7: e storleken på himlen efter solnedgången och innan solen gryning. "

Författarna säger att alla dessa satelliter oundvikligen kommer att lämna spår i astronomiska bilder och kan hämma sökningen efter nära jordobjekt. Det finns en viss grad av risk att vi kanske inte får någon potentiell påverkan på grund av alla dessa satelliter.

Men det är inte bara bilder som kommer att påverkas negativt, enligt rapporten. "Allvarliga oro är också vanliga för andra våglängder som är berättigade till markbaserad utredning, särskilt för radioastronomi, vars detektorer redan är mättade av den allestädes närvarande bestrålningen av satellitkommunikation från rymdstationer och från marken."

Tillbaka i maj 2019 försökte Elon Musk avvisa alla astronomiska oro över Starlink. Bland hans ganska brusiska avslag på kritik var hans uttalande om att ”Vi måste flytta teleskop <sic> ändå till bana. Atmosfärisk dämpning är fruktansvärt. ”

Musk har en enorm profil i rymdsamhället, så hans ord kan ha övertygat om att det inte finns några problem mellan Starlink och astronomi. Men Musk är en entreprenör, inte en forskare.

För alla sina prestationer är Musk inte en expert på astronomi eller astronomisk observation. Är hans uttalande om att Starlink "kommer att ha ~ 0% påverkan på framstegen inom astronomi", korrekt och informerad?

De tre författarna till det nya uppsatsen tycks inte tro det. De redogör för riskerna som satellitkonstellationer utgör för astronomi, och det handlar inte bara om de är synliga i optiskt ljus. De påpekar att det finns ”farliga effekter till följd av sådana förändringar i befolkningen i små satelliter. En särskild strategi för brådskande ingrepp för att skydda och skydda varje astronomiskt band som kan observeras från marken beskrivs. "

"Utan markbaserade observationer skulle det mesta av den nuvarande rymdbaserade astronomin vara värdelös eller omöjlig."

Från “CONCERNS OM GRUNDBASERADE ASTRONOMISKA OBSERVATIONER: ETT STEG TILL SÄKERHET AV ASTRONOMISKA HEMEN”

Författarna börjar i början med att påpeka de enorma framstegen i förståelsen som gjorts av markbaserade observationer. "I århundraden har markbaserade astronomiska observationer lett till exceptionella framsteg i vår vetenskapliga förståelse av naturlagarna." Det är svårt att argumentera med.

I tidningens första avsnitt talar de om hur rymdbaserad astronomi, eller rymdteleskop, har bidragit till kunskap. Men de påpekar att markbaserad och rymdbaserad astronomi behöver varandra och producerar den bästa vetenskapen när de arbetar tillsammans. "Utan markbaserade observationer skulle det mesta av den nuvarande rymdbaserade astronomin vara värdelös eller omöjlig."

Det är säkert att säga att författarna inte håller med om Musks glib-påstående att ”Vi måste flytta teleskop <sic> till bana ändå. Atmosfärisk dämpning är fruktansvärt. ”

Kanske har Musk aldrig hört talas om adaptiv optik. Adaptiv optik tillåter moderna markbaserade teleskop att övervinna atmosfärens effekt på observationer. Kommande teleskop som European Extremely Large Telescope och Thirty Meter Telescope har adaptiv optik i hjärtat av deras design.

Författarna påpekar också vad som bör vara uppenbart för alla som tänker på det mycket länge: jämfört med markbaserad astronomi är rymdbaserade teleskop enormt dyra. Och riskabelt.

Framsteg inom teleskopteknologi görs här på jorden. Deras distribution är den riskabla delen, men teknologierna har redan testats och utvecklats här på jorden. Som författarna till uppsatsen påpekar är det inte möjligt att testa och utveckla nya teleskoptekniker i rymden.

"En stor begränsning av rymdbaserade teleskop är att de inte kan underhållas, renoveras eller repareras efter lansering." Hubble är ett undantag, och andra rymdteleskop har inte underhållits. När de är klara är de klara.

”Jämfört med markbaserade observatorier är den genomsnittliga livslängden för rymdbaserade teleskop i storleksordningen ett par decennier eller mindre. Tvärtom varar markbaserade observatorier i flera decennier, med teleskop installerade i början av rymden och igen fungerar på ett lönsamt sätt. ” Kort sagt blir rymdteleskop tekniskt föråldrade, medan deras markbaserade motsvarigheter fortsätter att fungera.

Vi kan se detta med European Southern Observatory (ESO) Very Large Telescope (VLT). VLT består av fyra primära enheter, och den första såg första ljuset 1998. Under åren har den uppgraderats flera gånger, vilket ökade sina observationsförmågor varje gång. Två av dess instrument, SPHERE (första ljuset juni 2014) och ESPRESSO (första ljuset september 2016), är utformade för att studera exoplaneter, något som inte var viktigt när VLT designades. Andra instrument, som VISIR (VLT Imager och Spectrometer för mid-Infrared) uppgraderades för att studera exoplaneter.

Rymdteleskop är också kostsamma jämfört med markbaserade teleskop. James Webb rymdteleskopet har utvecklats i 20 år och det kommer att kosta 10 miljarder dollar i USA. Men nästa generation markbaserade teleskop, som Giant Magellan Telescope och European Extremely Large Telescope, kommer att kosta cirka 1 miljard dollar vardera. Och de kommer sannolikt att överleva JWST i årtionden.

Den snygga delen av tidningen handlar om de faktiska problemen som markbaserad astronomi kommer att möta från satellitkonstellationer. I vissa elektromagnetiska våglängder är rymdteleskop mycket effektivare än markbaserade teleskop. I det långa infraröda till exempel blockerar atmosfären mycket av den. Men det berättar inte hela historien.

I uppsatsen talar författarna om nedbrytning av himlen. Denna nedbrytning kommer inte bara från ljusföroreningar på marken, utan "det beror också på att konstgjorda satellitflottor korsar och ärrobservationer med ljusa parallella streck / spår på alla latitud."

Starlink ensam vill placera upp till 40 000 satelliter i omloppsbana. Det är bara ett företag av flera som planerar att starta satellitkonstellationer. Ingen vet hur många som så småningom kommer att finnas, men det är rättvist att använda en 50 000 satellitsiffror för diskussion.

"Astronomer är oerhört bekymrade över möjligheten att himlen sett från jorden kan täckas av tiotusentals satelliter, vilket i stor utsträckning kommer att överstiga de cirka 9 000 stjärnor som är synliga för det icke hjälpte mänskliga ögat," säger författarna. "Detta är inte ett avlägset hot: det händer redan."

De tre astronomerna delar upp alla siffror för jordens växande satellitflotta. Med hänsyn till betraktningsvinklar, höjd och ljusstyrka leder dem till denna slutsats: "Med 50k-satelliter kommer" normaliteten "att vara en himmel full av konstgjorda föremål: varje kvadratisk himmelgrad kommer att ha en satellit som kryper i sig längs hela att observera natten tillgänglig och synlig med astronomiska kameror och inte bara genom professionell instrumentering. ”

Enligt författarna kommer all denna ljusförorening att vara ett allvarligt skada för astronomisk observation. De erkänner att SpaceX experimenterar med en "mörk" satellit som är målad svart för att minska reflektiviteten. Men de påpekar att 75% av satellitens yta är solpaneler, som uppenbarligen inte kan målas. De påpekar också problem med att måla en satellitsvart: ”Om satellitkroppen kommer att hämmas för att reflektera solljuset, kommer den att absorbera strålning som värms för mycket med möjliga brister, vilket förmodligen kommer att öka riskhanteringen för hela flottan och göra mörkbeläggningslösning ineffektiv eller till och med kontraproduktiv. ”

Då finns det hela problemet med radiobandstörningar. "Även med bästa beläggnings- och begränsningsförfaranden för att minska påverkan på visuella astronomiska observationer, är det som ofta utelämnas eller glömt att telekommunikationskonstellationer kommer att lysa i radiovåglängdsbanden, observerbara från marken."

Det finns decennier gamla avtal från början av rymdåldern som reserverar vissa radiofrekvenser för vissa användningsområden. Frekvenserna för vissa atomer och molekyler i rymden är reserverade för radioastronomi. Dessa inkluderar kolmonoxid och dess isotoper och H2O.

Radioastronomer måste redan kämpa med alla slags störningar. Enligt författarna kommer detta att bli mycket värre. ”Det som inte är allmänt erkänt är att utvecklingen av den senaste generationen telekommunikationsnät (både från rymden och från jorden) redan har en djup inverkan på radio-astronomiska observationer (vid alla underband): med LEO-satellitflottor är det helt säkert att situationen kan bli outhärdlig. ”

"Personer som tillhör kommande generationer har rätt till en okontaminerad och oskadad jord, inklusive ren himmel."

UNESCO: s universella förklaring om mänskliga rättigheter för framtida generationer.

Sedan finns det frågan om laglighet och vilka organ som kan godkänna utplacering av satellitkonstellationer.

Författarna uppmärksammar 1994 års uttalande från UNESCO (FN: s organisation för utbildning, vetenskap och kultur). Det uttalandet säger ”Personer som tillhör kommande generationer har rätt till en okontaminerad och oskadad jord, inklusive ren himmel; de har rätt till dess glädje som grunden för mänsklig kulturhistoria och sociala band som gör varje generation och individ till en medlem av en mänsklig familj. ”

Samma uttalande från UNESCO säger också: ”Här är världsarv hela mänsklighetens egendom, och även om det kan finnas skyddslagar, är verkställighet av detta en annan fråga, eftersom bara stater kan stämma andra stater under denna typ av internationellt fördrag. En stat är ansvarig för de aktiviteter som sker inom dess jurisdiktion - oavsett om de är auktoriserade eller obehöriga. ”

De tre astronomerna påpekar att eftersom FCC och andra organ i USA har gett Starlink godkännande kan de också kunna stoppa Starlink. De kan till och med vara skyldiga att enligt internationell rätt.

De nämner också det yttre rymdfördraget och säger ”Och den rättsliga processen är att den statliga regeringen, denna gång USA: s regering, är juridiskt ansvarig för alla föremål som skickas ut i yttre rymden som lanseras från USA: s gränser. Det innebär att det är USA: s regering som är ansvarig för den skada som orsakats av sitt företag, Starlink, som skickar föremål till bana som orsakar skada. ”

Uppsatsen avslutas med att påpeka eventuella rättsliga åtgärder som det internationella samfundet kan vidta för att stoppa satellitkonstellationer.

De kan stämma FCC för att de i deras godkännande inte beaktade ljusföroreningar, vilket bryter mot den nationella miljöpolitiken. Den akten kräver att alla federala myndigheter ska beakta miljöpåverkan av de projekt de godkänner. Författarna hävdar att FCC inte beaktade ljusföroreningen från Starlink på ett adekvat sätt.

Den internationella astronominsamhället kunde "stämma i domstol för bristande behörighet och rättspraxis av US FCC för att tillåta privata inte geostationära satelliter över andra stater och nationer." Detta ifrågasätter FCC: s rätt att till och med godkänna satellitkonstellationer som reser över andra länder.

Sedan finns Internationella domstolen (ICJ). De tre författarna säger att det internationella samfundet kan stämma den amerikanska regeringen vid ICJ "... för att sätta igång ytterligare Starlink-lanseringar för att kvantifiera förlusten av offentliga finanser för att skada nationella och internationella astronomiska projekt."

Den internationella astronomimiljön inledde en framställning i januari 2020. Samhället vill ha ett stopp på Starlink och andra, de vill ha rättsligt skydd för astronomiska observationer och de vill begränsa antalet satellitkonstellationer till ett minimum.

"Alla dessa förfrågningar kommer från den inhemska oro för forskare som härrör från hotar att hindras från att få tillgång till den fulla kunskapen om kosmos och förlusten av en immateriell tillgång av oändligt värde för mänskligheten," säger författarna.

Rymden blir mer en laglig morass när tiden går. Exakt vilka typer av aktiviteter som tillåts är oklart. För decennier sedan, nära början av rymdåldern, infördes lagar och avtal för att hålla saker under kontroll.

Men ingen förutsåg något liknande satellitkonstellationer, och den rättsliga ramen för rymden kommer troligen att komma under mycket press.

Mer:

• Forskningsdokument: Oro över markbaserade astronomiska observationer: Ett steg för att skydda det astronomiska himlen
• Wikipedia: Starlink
• American Astronomical Society: Position Statement on Satellite Constellations