Астрономів непокоїть вплив «мега-сузір’їв» штучних супутників Землі на наукові дослідження. Щоб краще зрозуміти можливі завади від цих «сузір’їв» для астрономічних спостережень, Європейська південна обсерваторія (European Southern Observatory, ESO) замовила наукове дослідження такого впливу. Головна увага була приділена спостереженням на телескопах ESO у видимому та інфрачервоному діапазонах електромагнітного спектра. Також брали до уваги й інші обсерваторії.
Результати дослідження, в якому розглядали загалом 18 типових груп супутників (їх планують вивести у космос SpaceX, Amazon, OneWeb та інші компанії), що разом становлять понад 26 тис. об’єктів [1], взяв до публікації журнал Astronomy & Astrophysics.
Дослідження показує, що великі телескопи ESO, такі як Дуже великий телескоп (Very Large Telescope, VLT) та майбутній Надзвичайно великий телескоп (Extremely Large Telescope, ELT), матимуть «помірний вплив» від нового угрупування штучних супутників. Завади більш суттєві при тривалих витримках (близько 1000 с). До 3% таких спостережень можуть бути неякісними під час присмерків — на відтинку часу між світанком та сходом Сонця та між заходом Сонця та настанням ночі. При коротших витримках буде менше негативного впливу: неякісними будуть менше 0,5% спостережень. Спостереження, виконані в нічний час, також постраждали миють менше, бо супутники перебуватимуть в тіні Землі й не будуть освітлені. Залежно від наукового завдання, вплив можна зменшити завдяки зміні графіків спостережень телескопів ESO, хоча ці зміни вимагатимуть певних зусиль [2]. Ефективним засобом для зменшення негативних наслідків було б нанесення на поверхню супутників темного покриття.
Це зображення показує сутінкове небо в обсерваторії ESO Паранал, приблизно за 90 хвилин до сходу Сонця. Сині лінії позначають значення висоти над горизонтом.
Результати нового дослідження ESO, що вивчало вплив «сузір’їв» супутників на астрономічні спостереження, вказують на те, що приблизно 100 супутників можуть бути досить яскравими і їх буде видно неозброєним оком в час присмерків (5—6 зоряної величини чи яскравіше). Переважна більшість із них, їх розташування позначено маленькими зеленими кружечками на зображенні, будуть перебувати низько в небі, на висоті не більше 30 градусів, та / або будуть досить слабкими. Лише кілька супутників, їх розташування позначено червоним кольором, будуть на горизонтом вище 30 градусів — в тій ділянці неба, де астрономи виконують більшість спостережень, — і будуть відносно яскравими (видима зоряна величина близько 3—4). Для порівняння, видима зоряна величина Полярної зорі становить 2, що в 2,5 рази яскравіше об’єкта третьої зоряної величини.
Кількість видимих супутників зменшується до середини ночі, коли все більше супутників потрапляє в тінь Землі. Ця ділянка неба показана затемненою в лівій частині зображення. Супутники, що перебувають у межах тіні Землі, невидимі.
Фото з сайту www.eso.org.
Також виявлено, що найбільший вплив супутники спричинять на ширококутні огляди неба, зокрема на ті, які виконують за допомогою великих телескопів. Наприклад, в обсерваторії Віри Рубін Національного наукового фонду США (ця обсерваторія не входить до складу ESO), залежно від пори року, часу ночі та спостережуваних об’єктів, можуть бути «сильно враженими» від 30% до 50% експозицій. Методи зменшення негативного впливу, які можна застосовувати на телескопах ESO, не спрацюють для цієї обсерваторії. Щоправда нині активно йде пошук інших стратегії захисту. Для повного розуміння можливих втрат даних спостережень та складності їх аналізу, потрібні подальші дослідження. Ширококутні оглядові телескопи, такі як обсерваторія Віри Рубін, здатні швидко сканувати великі ділянки неба. Це робить їх дуже важливими для виявлення короткочасних явищ, таких як наднові чи потенційно небезпечні астероїди. Через їх унікальну здатність отримувати дуже великі набори даних та знаходити цілі спостережень для багатьох інших обсерваторій, астрономічні спільноти та фінансові агенції, що підтримують науку, в Європі та інших країнах світу, визначили телескопи для огляду широких ділянок небесної сфери як головний пріоритет для майбутніх розробок в астрономії.
Ця двовимірна діаграма ілюструє, що спостерігач, який перебуває в середніх широтах, побачить лише частину з «сузір’я» супутників, що обертаються навколо Землі. Щоб їх було видно, супутники мають міститися над горизонтом спостерігача та бути освітленими Сонцем. Більшість супутників опиниться під горизонтом та/або перебуватимуть в земній тіні, яка для даного спостерігача з настанням ночі покриватиме все більшу частину неба. Фото з сайту www.eso.org.
Професійні астрономи та аматори астрономії також висловлюють занепокоєння щодо того, як «мега-сузір’я» штучних супутників може спотворити незайману красу нічного неба. Дослідження показує, що в небі над обсерваторією, розміщеною у середніх широтах, буде близько 1600 супутників, більша частина яких перебуватиме доволі низько — в межах 30 градусів над горизонтом. У тій ділянці неба, де переважно спостерігають астрономи, в будь-який момент часу буде розміщено близько 250 супутників з цих сімейств. У ранкових та вечірніх присмерках їх освітлюватиме Сонце, але до середини ночі вони все більше й більше потраплятимуть у тінь Землі. Дослідження ESO дало змогу оцінити яскравість для всіх цих супутників. Висновок такий: в час присмерків майже 100 супутників будуть такими яскравим, що їх буде видно неозброєним оком; приблизно 10 з них перебуватимуть вище 30 градусів над горизонтом. Усі ці цифри зменшуються, коли настає ніч і супутники потрапляють у тінь Землі. Загалом ці нові «сузір’я» рукотворних об’єктів можуть приблизно вдвічі збільшити кількість штучних супутників, видимих на нічному небі неозброєним оком вище 30 градусів над горизонтом [3].
Ці оцінки не стосуються «потягів» супутників, які видно одразу після їхнього запуску. Такі ланцюжки, яскраві й ефектні, видно упродовж короткого часу після заходу або до сходу Сонця і лише з дуже обмеженої території Землі.
У дослідженні ESO використовували спрощення та припущення, щоб отримати гранично критичні оцінки ефектів, які насправді можуть бути меншими. Для кількісні оцінки фактичних впливів були точними, треба виконати складніші моделювання. Хоча в дослідженні основну увагу приділяли телескопам ESO, отримані результати можна поширити на аналогічні телескопи інших обсерваторій, які також працюють у видимому та інфрачервоному діапазонах, зі схожими приладами й виконують подібні наукові завдання.
На цій світлині зображено нічне небо над будівельним майданчиком Надзвичайно великого телескопа ESO, який заплановано ввести в дію наприкінці 2025 року. На задньому тлі видно світло від лазерного променя над вежами Дуже великого телескопа, що міститься неподалік.
Дослідження ESO впливу «сузір’їв» супутників на астрономічні спостереження у видимому та інфрачервоному діапазоні виявило, що великі телескопи ESO, такі як Дуже великий телескоп та Надзвичайно великий телескоп, будуть мати лише «помірний» вплив від таких супутників. Залежно від наукового завдання, вплив можна зменшити, змінивши графіки роботи телескопів ESO.
Фото з сайту www.eso.org.
Угрупування супутників також матимуть вплив на роботу обсерваторій, які працюють в радіодіапазоні, на міліметрових та субміліметрових довжинах хвиль, зокрема Велику міліметрову/субміліметрову антену Атакама (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA) та APEX (Atacama Pathfinder Experiment). Цей вплив буде з’ясовано у подальших дослідженнях.
Європейська південна обсерваторія разом з іншими обсерваторіями, Міжнародним астрономічним союзом (International Astronomical Union, IAU), Американським астрономічним товариством (American Astronomical Society, AAS), Королівським астрономічним товариством Великобританії (UK Royal Astronomical Society, RAS) та іншими товариствами вживає заходів для підвищення обізнаності щодо цієї проблеми таких всесвітніх організацій, як Комітет ООН з мирного використання космічного простору (Committee on the Peaceful Uses of Outer Space, COPUOS) та Європейський комітет з радіоастрономічних частот (European Committee on Radio Astronomy Frequencies, CRAF). Водночас іде пошук практичних рішень для космічних компаній, що можуть допомогти захистити масштабні інвестиції, зроблені в передові наземних астрономічні інструменти. ESO підтримує розробку законодавства та регуляторних норм, які мають забезпечити як появу важливих високотехнологічних штучних супутників на низькій орбіті Землі, так і збереження умов, що дозволяють людству продовжувати своє спостереження та вивчення Всесвіту.
Примітки
[1] Багато параметрів, що характеризують «сузір’я» супутників, зокрема їхня загальна кількість, часто змінюються. Під час виконання дослідження вважали, що до складу «сузір’я» входитиме 26 000 штучних супутників, але ця кількість може бути більшою.
[2] До прикладів заходів зменшення наслідків належать: обчислення положення супутників, щоб уникнути їх потрапляння в поле зору телескопа; закриття затвора телескопа в той момент, коли супутник перетинає його поле зору; зосередження спостережень на ділянках неба, які перебувають в тіні Землі, де супутники не освітлює Сонце. Однак, ці методи підходять не для всіх наукових спостережних завдань.
[3] За оцінками, нині навколо Землі літає близько 34 000 об’єктів розміром більше 10 см. З них близько 5500 — це супутники, з яких близько 2300 в робочому стані. Все інше — це космічне сміття, зокрема верхні ступені ракет-носіїв та пускові адаптери супутників. Близько 2000 цих об’єктів перебувають над горизонтом в будь-якому місці на Землі в будь-який час. Під час присмерків приблизно 5—10 з них освітлю Сонце й тому вони досить яскраві, щоб їх можна було побачити неозброєним оком.
Більше інформації
Стаття O. Hainaut and A. Williams, «On the impact of Satellite Constellations on Astronomical Observations with ESO Telescopes in the Visible and Infrared Domains», з’явиться в Astronomy and Astrophysics (https://doi.org/10.1051/0004-6361/202037501) і доступна тут та на ArXiv.
За інф. з сайту www.eso.org підготував І. Крячко
