• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Astronomer har allvarliga farhågor om satellitkonstellationer

    Kredit:Celestrak

    Föreställ dig rymden runt jorden fylld med tiotusentals kommunikationssatelliter. Det scenariot börjar sakta bli till, och det har astronomer berörda. Nu, en grupp astronomer har skrivit ett dokument som beskriver detaljerade problem, och hur alla dessa satelliter kan ha en allvarlig, negativ inverkan på markbaserad astronomi.

    SpaceX och andra företag kastar sina skarpa kapitalistiska ögon på rymden runt jorden. SpaceX och OneWeb är de enda företagen som hittills har lanserat någon del av sina satellitkonstellationer. Men ett antal andra företag har planer på att göra detsamma, och slutligen, alla dessa satelliter kommer att uppgå till tiotusentals.

    Astronomisamfundet har tagit upp vissa farhågor om 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 skriven i en anda av samarbete.

    Men det här nya dokumentet beskriver alla det astronomiska samfundets bekymmer, säkerhetskopierat med data, och trycker på deras poäng mer enträget.

    En satellitkonstellation är en grupp konstgjorda satelliter som arbetar tillsammans för att tillhandahålla global eller nära-global kommunikationstäckning. De har potential att göra höghastighetsinternet tillgängligt nästan var som helst. Självklart, det finns många fördelar med det.

    Men det finns kritik, för, och tre astronomer från Italiens INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, har framfört denna kritik i detalj. De tre är Stefano Gallozzi, Marco Scardia och Michele Maris. Deras artikel har titeln "Bekymmer om markbaserade astronomiska observationer:Ett steg för att skydda den astronomiska himlen."

    60 Starlink-satelliter staplade ihop strax efter att ha skjutits upp den 24 maj 2019. Kredit:SpaceX Photos – Starlink Mission, CC0

    När du lägger ihop alla satelliter som företag vill skjuta upp som en del av sina konstellationer, du kommer någonstans runt 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 astronomisk observation.

    En not till läsarna:Engelska är inte förstaspråket för tidningsförfattarna, så några av citaten innehåller små inkonsekvenser, men innebörden är klar.

    "Beroende på deras höjd och ytreflektion, deras bidrag till himlens ljusstyrka är inte försumbart för professionella markbaserade observationer, " står det i rapporten i inledningen. "Med den enorma mängden på cirka 50, 000 nya konstgjorda satelliter för telekommunikation planerade att skjutas upp i medelhög och låg omloppsbana om jorden, medeldensiteten för konstgjorda föremål kommer att vara> 1 satellit för kvadratisk himmelgrad; detta kommer oundvikligen att skada professionella astronomiska bilder."

    SpaceX är längst med i utbyggnaden av sin konstellation, och deras namn dyker upp ofta i tidningen. SpaceX:s Starlink-system har redan sänt upp nästan 250 av sina satelliter, och de planerar att distribuera upp till 42, 000 satelliter totalt. Enligt tidningen, dessa satelliter "kommer att lysa från den tredje till den sjunde magnituden på himlen efter solnedgången och före gryningen."

    Författarna säger att alla dessa satelliter oundvikligen kommer att lämna spår i astronomiska bilder, och kan hämma sökandet efter objekt nära jorden. Det finns en viss risk att vi inte upptäcker en potentiell påverkan på grund av dessa satelliter.

    Men det är inte bara bilder som kommer att påverkas negativt, enligt rapporten. "Allvarliga farhågor är vanliga även för andra våglängder som är kvalificerade för markbaserad undersökning, särskilt för radioastronomi, vars detektorer redan är mättade av den allestädes närvarande bestrålningen av satellitkommunikation från rymdstationer såväl som från marken."

    Det finns bara 172 stjärnor på hela himlen som överstiger den förväntade ljusstyrkan för Starlink-satelliter. LEO-satelliter på högre höjd (t.ex. över 1000 km höjd) kommer att vara synliga hela natten och når ungefär den 8:e magnituden. Kredit:Gallozzi et al, 2020

    Tillbaka i maj 2019, Elon Musk försökte avfärda alla astronomiska farhågor om Starlink. Bland hans bryska avfärdar av kritik var hans uttalande att "vi måste flytta teleskop till omloppsbana ändå. Atmosfärisk dämpning är fruktansvärd."

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

    För alla hans prestationer, Musk är ingen expert på astronomi eller astronomisk observation. Är hans uttalande att Starlink "kommer att ha ~0 % inverkan på framsteg inom astronomi" korrekt och informerat?

    De tre författarna till den nya tidningen verkar inte tro det. De beskriver de risker som satellitkonstellationer utgör för astronomi, och allt handlar inte om huruvida de är synliga i optiskt ljus. De påpekar att det finns "farliga effekter som uppstår från sådana förändringar i populationen av små satelliter. En dedikerad strategi för brådskande ingripande för att skydda och skydda varje astronomiskt band som kan observeras från marken beskrivs."

    Författarna börjar från början, genom att peka på de enorma framsteg i förståelsen som markbaserade observationer gör. "Under 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, de talar 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, den mest aktuella rymdbaserade astronomi skulle vara värdelös eller omöjlig."

    En tabell från tidningen "Bekymmer om markbaserade astronomiska observationer:Ett steg för att skydda den astronomiska himlen." Kredit:Gallozzi et al, 2020

    Det är säkert att säga att författarna inte håller med Musks skarpa påstående att "vi måste flytta teleskop till omloppsbana ändå. Atmosfärisk dämpning är fruktansvärd."

    Kanske har Musk aldrig hört talas om adaptiv optik. Adaptiv optik tillåter moderna markbaserade teleskop att övervinna atmosfärens inverkan 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 borde stå klart för alla som tänker på det väldigt länge:Jämfört med markbaserad astronomi, rymdbaserade teleskop är enormt dyra. Och riskabelt.

    Framsteg inom teleskopteknik görs här på jorden. Deras utplacering är den riskabla delen, men teknikerna har redan testats och utvecklats här på jorden. Som författarna till tidningen påpekar, att testa och utveckla ny teleskopteknik är inte genomförbart i rymden.

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

    "Jämfört med markbaserade observatorier, den genomsnittliga livslängden för rymdbaserade teleskop är i storleksordningen ett par decennier eller mindre. Tvärtom, markbaserade observatorier varar i flera decennier, med teleskop installerade i början av rymderan som återigen fungerar på ett lönsamt sätt." rymdteleskop blir tekniskt föråldrade, medan deras markbaserade motsvarigheter fortsätter att arbeta.

    Skenbar storlek på satelliter under en observationsnatt beroende på höjden. Kredit:Gallozzi et al; 2020

    Det kan vi se med European Southern Observatorys (ESO) Very Large Telescope (VLT). VLT består av fyra primära enheter, den första såg första gången 1998. Under åren den har uppgraderats flera gånger, varje gång öka dess observationsförmåga. Två av dess instrument, SPHERE (första ljuset juni 2014) och ESPRESSO (första ljuset i september 2016) är designade för att studera exoplaneter, något som inte var viktigt när VLT konstruerades. Andra instrument, som VISIR (VLT Imager och Spectrometer for mid-infrared) uppgraderades för att studera exoplaneter.

    Rymdteleskop är också dyra jämfört med markbaserade teleskop. Rymdteleskopet James Webb har varit under utveckling i 20 år, och det kommer att kosta 10 miljarder dollar i USA. Men nästa generation av markbaserade teleskop, som Giant Magellan Telescope och European Extremely Large Telescope, kommer att kosta cirka 1 miljard dollar styck. Och de kommer sannolikt att överleva JWST i årtionden.

    Den nitty-gritty delen av tidningen behandlar de faktiska problem som markbaserad astronomi kommer att möta från satellitkonstellationer. I vissa elektromagnetiska våglängder, rymdteleskop är mycket effektivare än markbaserade teleskop. I fjärrinfraröd till exempel, atmosfären blockerar mycket av det. Men det berättar inte hela historien.

    I tidningen talar författarna om himmelens försämring. Denna försämring kommer inte bara från ljusföroreningar på marken, men "det beror också på att konstgjorda satellitflottor korsar och ärrbildande observationer med ljusa parallella strimmor/spår på alla breddgrader."

    Enbart Starlink skulle vilja placera upp till 40, 000 satelliter i omloppsbana. Det är bara ett företag av flera som planerar att skjuta upp satellitkonstellationer. Ingen vet hur många det kommer att bli till slut, men det är rimligt att använda en 50, 000 satellitsiffra för diskussion.

    "Astronomer är extremt oroade över möjligheten att himlen sett från jorden kan täckas av tiotusentals satelliter, vilket kommer att vara betydligt fler än de cirka 9, 000 stjärnor som är synliga för det blotta ögat, " säger författarna. "Detta är inte något avlägset hot:det händer redan."

    Detta är vad astronomer är oroade över. Få Starlink-satelliter är synliga i en mosaik av en astronomisk bild. Kredit:NSF:s National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory/NSF/AURA/CTIO/DELVE

    De tre astronomerna bryter ner alla siffror för jordens växande flotta av satelliter. Med hänsyn till betraktningsvinklar, höjd över havet, och ljusstyrkan leder dem till denna slutsats:"Så, med 50K satelliter, "normaliteten" kommer att vara en himmel full av konstgjorda föremål:Varje kvadratisk grad av himlen kommer att ha en satellit som kryper i sig under hela observationsnatten, tillgänglig och synlig med astronomiska kameror, och inte bara med professionell instrumentering."

    Enligt författarna, all denna ljusförorening kommer att vara en allvarlig skada för astronomiska observationer. De erkänner att SpaceX experimenterar med en "mörk" satellit som är målad svart för att minska reflektionsförmågan. Men de påpekar att 75% av satellitens yta är solpaneler, som uppenbarligen inte går att måla. De påpekar också problem med att måla en satellit svart:"Om satellitkroppen kommer att förhindras att reflektera solljuset, det kommer att absorbera strålning, värma upp för mycket [orsakar] möjliga fel, [och] kommer därför troligen att öka riskhanteringen för hela flottan och göra mörkbeläggningslösningen ineffektiv eller till och med kontraproduktiv."

    Sedan finns det hela problemet med radiobandstörningar. "Även med de bästa beläggnings- och begränsningsprocedurerna för att minska påverkan på visuella astronomiska observationer, vad det ofta utelämnas eller glöms bort är att telekommunikationskonstellationer kommer att lysa i radiovåglängdsbanden, kan observeras från marken."

    Det finns årtionden gamla överenskommelser 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, dess isotoper och H 2 O.

    Radioastronomer har redan att brottas med alla typer av störningar. Enligt författarna, detta kommer att bli mycket värre. "Vad som inte är allmänt erkänt är att utvecklingen av den senaste generationens telekommunikationsnätverk (både från rymden och från jorden) redan har en djupgående inverkan på radioastronomiska observationer (vid alla delband):med LEO-satellitflottor, det är helt säkert att situationen kan bli outhärdlig."

    Sedan är det frågan om laglighet, och vilka organ som kan tillåta utplacering av satellitkonstellationer.

    Antalet föremål runt jorden växer snabbt. Kredit:Gallozzi et al; 2020

    Författarna citerar uttalandet från 1994 från United Nations Educational, Vetenskaps- och kulturorganisationen (UNESCO). Det uttalandet säger, "Personer som tillhör kommande generationer har rätt till en oförorenad och oskadad jord, inklusive ren himmel; de har rätt till dess åtnjutande som grunden för mänsklig historia av kultur och sociala band som gör varje generation och individ till en medlem av en mänsklig familj."

    Samma uttalande från UNESCO säger också, "Här, Världsarvet är hela mänsklighetens egendom, och även om det kan finnas skyddslagar, att genomdriva detta är en annan sak, eftersom endast stater kan stämma andra stater enligt denna typ av internationella 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 godkännande till Starlink, de kanske kan stoppa Starlink, för. De kan till och med vara skyldiga enligt internationell lag.

    De nämner också yttre rymdfördraget, och skriv, "... den rättsliga processen är att delstatsregeringen, den här gången den amerikanska regeringen, är juridiskt ansvarig för alla föremål som skickas ut i rymden som skickas från USA:s gränser. Det betyder att det är den amerikanska regeringen som är ansvarig för den skada som orsakas av dess företag, Starlink, skicka föremål i omloppsbana som orsakar skada."

    Uppsatsen avslutar med att peka på möjliga rättsliga åtgärder som det internationella samfundet kan vidta för att stoppa satellitkonstellationer.

    De kunde stämma FCC för att i deras godkännande, de tog inte hänsyn till ljusföroreningar, som bryter mot den nationella miljöpolitiska lagen. Den lagen kräver att alla federala myndigheter överväger miljöpåverkan från de projekt de godkänner. Författarna hävdar att FCC inte tillräckligt beaktade ljusföroreningarna från Starlink.

    Antalet korsande kroppar under en observationskväll kommer att växa snabbt med utplaceringen av satellitkonstellationen. Kredit:Gallozzi et al; 2020

    Det internationella astronomisamfundet skulle kunna "stämma i domstol på grund av bristande jurisdiktion och jurisdiktion från 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 nationer.

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

    Det internationella astronomisamfundet startade en namninsamling i januari 2020. Gemenskapen vill ha ett grepp om Starlink och andra, de vill ha lagligt skydd på plats för astronomisk observation, och de vill begränsa antalet satellitkonstellationer till ett minimum.

    "Alla dessa förfrågningar kommer från den innerliga oro hos forskare som härrör från hot om att hindras från att få tillgång till den fulla kunskapen om kosmos och förlusten av en immateriell tillgång av omätligt värde för mänskligheten, " skriver författarna.

    Rymden blir mer av ett lagligt morass ju längre tiden går. Exakt vilka typer av aktiviteter som kommer att tillåtas är oklart. Årtionden sedan, nära början av rymdåldern, lagar och avtal infördes för att hålla saker under kontroll.

    Men ingen förutsåg något liknande satellitkonstellationer, och den rättsliga ramen som styr utrymmet kommer sannolikt att komma under stor press.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com