В 2020 году в Чили откроется Большой синоптический телескоп (LSST) — флагманская обсерватория, которая сможет получать беспрецедентно четкие снимки ночного неба и искать потенциально опасные для Земли астероиды. Проект строился в течение пяти лет и стоит $1,3 млрд — но он может оказаться практически бесполезным из-за светового загрязнения от нескольких тысяч спутников для раздачи интернета от SpaceX, Amazon, OneWeb и других компаний. Если сейчас на околоземной орбите находится около 5 тыс. аппаратов, то с запуском спутников трех перечисленных компаний их число вырастет до 52 тыс. — то есть более, чем в 10 раз. Это сделает астрономические наблюдения практически невозможными, потому что спутники связи от Маска забликуют всё ночное небо. «Хайтек» рассказывает, что думают астрономы о запуске такого количества спутников (спойлер — они очень недовольны), как компании пытаются найти с ними общий язык и по каким видам наблюдений световое загрязнение от аппаратов ударит сильнее всего.
Что это за проекты — SpaceX, Amazon и OneWeb?
В 2015 году глава компании Илон Маск объявил о планах запустить глобальный проект по раздаче спутникового интернета Starlink. В мае 2019 года компания запустила на орбиту 60 спутников — они стали первыми из группировки в почти 12 тыс. аппаратов, которые расположатся на околоземной орбите.
Спутники займут высоты от 349 до 1 190 км, а интернет, раздаваемый с них, будет работать в 40 раз быстрее, чем у любого оператора на Земле.
В октябре SpaceX получила от Международного союза электросвязи и Федеральной комиссии связи США разрешения на запуск еще 30 тыс. спутников — таким образом, общее число планируемых к запуску аппаратов выросло до 42 тыс. Только до конца 2019 года Starlink планирует вывести на орбиту 720 спутников.
Каждый спутник весит примерно 225 кг — его питание осуществляется от солнечной батареи. Аппараты будут связываться друг с другом через оптическую и радиосвязь, а их управление будет осуществляться через пользовательский терминал на Земле. Аппараты оборудованы системой ухода от столкновений, а после завершения срока службы они практически полностью сгорят в атмосфере Земли.
Запустить на орбиту спутники для раздачи интернета планирует и OneWeb — согласно планам компании, 700 аппаратов будут находиться на низкой околоземной орбите на высоте от 800 до 950 км над поверхностью Земли. Спутники разработаны концерном Airbus — каждый из них весит 147 кг, оборудован двумя солнечными батареями и плазменной двигательной установкой. Шесть спутников уже выведены на орбиту в феврале 2019 года, еще 30 будут запущены до конца года.
Третий крупный проект в этой области — Kuiper от Amazon. Он предполагает запуск на околоземную орбиту 3 236 спутников: 784 аппарата будут находиться на высоте 590 км над поверхностью Земли, 1 296 поднимутся на 610 км, а оставшиеся 1 156 спутников будут расположены на отметке в 630 км.
Спутники Amazon должны обеспечить покрытие интернетом территории в диапазоне широт от 56° северной широты до 56° южной широты. На этой территории живет более 95% населения планеты. При этом компания пока не запустила ни одного спутника — все аппараты находятся на стадии проектирования.
На орбите так много спутников — как помешают новые?
Как минимум, новых спутников будет очень много. Сейчас на низкой околоземной орбите находится около 5 тыс. аппаратов — если SpaceX, Amazon и OneWeb запустят все обещанные спутники, их общее число достигнет 52 тыс., то есть вырастет более чем в десять раз.
Каждый спутник обладает яркостью — для аппаратов Starlink этот показатель изначально оценивался в две звездные величины (то есть чуть меньше, чем яркость полярной звезды). Затем астрономы уточнили оценку — аппараты будут светиться на 5-7 величин.
Помимо постоянной излучения света, спутники могут время от времени «вспыхивать» — с аппаратами «Иридиум» это происходит, когда солнечный свет попадает на их батареи. В эти моменты объекты при наблюдениях с Земли будут столь же яркими, как Венера или Юпитер. Другими словами, в моменты вспышек спутники Starlink будут видны невооруженным глазом из мест с низким световым загрязнением.
Профессор астрономии из Мичиганского университета Патрик Зейтцер подсчитал, что спутники будут ярче всего в сумерках — это затруднит наблюдения за потенциально опасными астероидами и другими объектами в Солнечной системе, которые лучше всего видны именно в это время.
Еще одна проблема — для связи и раздачи интернета спутники будут использовать радиочастоты, близкие к тем, что используют астрономы при наблюдениях с помощью наземных радиотелескопов. Помехи, которые могут возникнуть во время наблюдений, сильно затруднят научную работу, а в некоторых случаях сделают ее бесполезной.
Кому именно помешают спутники?
Главные опасения астрономы связаны с работой Большого синоптического телескопа (LSST). Ученые, связанные с проектом, создали модель светового загрязнения, которое создаст запуск 50 тыс. спутников в течение следующих 10 лет. Исследование показало, что каждое изображение, полученное телескопом, будет испорчено хотя бы одной яркой полосой, создаваемой спутником. На каждом втором снимке будут видны полосы от трех-четырех аппаратов.
Строительство Большого синоптического телескопа ведется на вершине горы Серо-Пачон в Чили с 2015 года. Обсерватория построена по схеме Пауля-Бейкера — восьмиметровое зеркало позволит вести наблюдения диаметром 3,5 градуса и площадью 9,6 квадратного градуса. Для сравнения, Солнце и Луна, видимые с Земли, имеют диаметр 0,5 градуса, а площадь — 0,2 квадратных градуса.
Телескоп займется поисками следов темной материи и темной энергии, картографированием малых тел Солнечной системы, поиском потенциально опасных для Земли астероидов, а также созданием подробной карты Млечного пути.
LSST пострадает от светового загрязнения сильнее других наземных телескопов, поскольку в его задачи входит наблюдение всего ночного неба несколько раз в неделю. За один шаг обсерватория делает снимок квадрата площадью около 40 лун на ночном небе — за 30 лет наблюдений астрономы рассчитывают охватить территорию площадью в 40 миллиардов Лун.
В ходе исследования ученые из миссии телескопа с помощью обработки изображения пытались удалить полосу, уже оставленную на снимке одним из спутником SpaceX — на это ушел месяц. Если тратить столько времени на ретушь изображений, то на научные исследования его не останется, заключают авторы работы.
От большого количества спутников на околоземной орбите пострадают и подавляющее большинство наземных телескопов — в первую очередь, самый большой радиотелескоп FAST. Дело в том, что наблюдения в радиоспектре ведутся на длинных волнах — они же используются для спутниковой связи.
Как реагируют компании?
Пока на претензии астрономов ответил только глава SpaceX Илон Маск — он пообещал, что компания постарается сделать детали спутников более темными, чтобы снизить их отражающие свойства.
В компании добавили, что делятся информацией о положении своих спутников в военном каталоге США и ведут переговоры с астрономами по всему миру, чтобы оценить последствия и стратегии их смягчения. SpaceX готова изменить орбиты спутников, чтобы избежать их пролета над районами наблюдений, говорится в сообщении компании.
Однако астрономы полагают, что эти меры вряд ли помогут — в первую очередь, из-за бликов на солнечных батареях спутников. Тем не менее, Научный комитет по радиочастотам США (CORF) сейчас занимается разработкой договора со SpaceX, который, вероятно, позволит уравновесить интересы науки и телекоммуникационного проекта.
Другие компании, такие как OneWeb, Amazon, Samsung и TeleSat, пока не участвуют в диалоге с научным сообществом.