Megakonstelacja chińskich satelitów - kolejny koszmar astronomów

Kiedyś satelita telekomunikacyjny, wydawał się obiektem bardzo od nas odległym. To pojęcie utożsamialiśmy z satelitami na orbitach geostacjonarnych lub tych niższych, ale na tyle dalekich, by dojrzenie takiego satelity nawet przez lunetę było w zasadzie niemożliwe. Te latające niżej, widoczne gołym okiem traktowano przede wszystkim jako szpiegowskie/obserwacyjne. Dziś mamy czasy ekspansji łączności satelitarnej, a nie tylko transmisji np. telewizji. W tym przypadku nawet niewielkie opóźnienie transferu jest niemile widziane, dlatego nowe satelity trafiają na bardzo niskie orbity.

Owszem nie są to absolutnie nowe technologie, ale dopiero wraz z pojawieniem się SpaceX i jego Starlinków problem zaśmiecenia nieba jasnymi śladami przelatujących satelitów stał się istotny i zauważalny. SpaceX przerabiało tę kwestię już kilka lat temu, wdrożono czynności naprawcze, zmodyfikowano konstrukcję satelitów (zastosowano bardzo ciemną farbę, zainstalowano dielektryczne lustra minimalizujące odbicia światła w stronę Ziemi), by zadowolić astronomów. I nie chodzi tu tylko o ich wygodę, po prostu rosnąca liczba satelitów na niskiej orbicie wokółziemskiej, czyni obserwacje trudnymi, a w przypadku szerokiego pola widzenia wręcz uciążliwymi.

Ślady pozostawione na ekspozycji nieba przez pociąg satelitów Starlink w maju 2019 r. (fot: Victoria Girgis / Lowell Observatory)

Widzieliście pewnie zdjecia nieba na którym widać liczne ślady przelatujących satelitów. Zresztą nie trzeba do tego zdjęcia, wystarczy wyjść na dwór i przyjrzeć się niebu. Jeśli pamiętacie jak wyglądało ono pięć, dziesięć lat temu, to od razu zauważycie, że po prostu jest na nim więcej ruchu. Dla miłośnika obserwacji obiektów na orbicie to może być atrakcją, ale nawet amator obserwator w pewnym momencie przestanie być pobłażliwy dla takich przemykających się po niebie obiektów.

Nie tylko SpaceX, zalać niebo satelitami chcą też Chińczycy

Problem nadmiernej jasności Starlinków wcale nie został zażegnany. W tym roku na niebo trafiła nowy typ tych satelitów, tak zwane Starlinki DTC, czyli wspierające bezpośrednią komunikację z telefonami komórkowymi bez konieczności ich modyfikacji (telefonów) na poziomie sprzętowym. To rozwiązanie okazało się skądinąd przydatne, podobnie jak zwykłe Starlinki, ale same satelity okazały się kilka razy jaśniejsze niż wcześniejsze generacje.

Okazuje się jednak, że nie tylko SpaceX, czy też OneWeb muszą walczyć z nadmierną jasnością satelitów - w przypadku tej drugiej firmy mamy jednak około dwukrotnie wyższy pułap satelitów i mniejszą liczebność, co zmniejsza poziom zakłóceń obserwacji, choć go nie eliminuje. Swoje ambicje w sierpniu tego roku pokazały także Chiny, które w pewnym sensie powtarzają wcześniejsze osiągnięcia USA i Europy w segmencie kosmicznym, czasem wprowadzając usprawnienia, a czasem powielając błędy i to nawet w większym stopniu.

Pociąg satelitów. Ale to nie są Starlinki. To satelity Qianfan po ich wyniesieniu na orbitę w sierpniu 2024 r.

Mowa tu o wyprodukowanych przez państwowe przedsiębiorstwo SSST ( Shanghai Spacecom Satellite Technology) satelitach Qianfan (pol. Tysiąc Żagli), które mają utworzyć podobną jak Starlinki globalną megakonstelację satelitów internetowych. Tych satelitów do roku 2030 ma pojawić się na niebie nawet 14 tysięcy. Na razie na orbitę trafiło tylko 18 z tych satelitów, ale to już wystarczająca liczba, by dokonać oceny ich wpływu na obserwacje astronomiczne.

Pracownicy centrum Międzynarodowej Unii Astronomicznej, którzy zajmują się tematem ochrony ciemnego nieba (czyli nieba, które nie jest zaświetlone zarówno źródłami ziemskimi jak i tymi sztucznymi na orbicie) zbadali jasność satelitów Qianfan i nie mają dobrych wieści.

Satelity Qianfan są bardzo jasne. Jak na satelitę

Jasność przelatujących satelitów Qianfan okazuje się większa niż spodziewana. Ich maksymalna jasność, gdy są w najwyższym punkcie na niebie podczas przelotu nad miejscem obserwacji, sięga 4 magnitudo - są więc dobrze widoczne gołym okiem. Zbliżające się do horyzontu satelity zmniejszają tę jasność do poziomu 8 magnitudo, znacznie poniżej dostrzegalności ludzkiego oka. Ta druga jasność jest akceptowalna. Limit maksymalnej jasności sugerowany przez IAU to 7 magnitudo - skala jasności jest tu logarytmiczna, im większa wartość tym ciemniejszy obiekt.

Jednakże obserwacje nie są prowadzone przez astronomów w pobliżu horyzontu. Na niskich wysokościach do gry w znacznym stopniu wchodzi także natura w postaci atmosfery i to niezależnie od tego czy mamy dobrą, czy złą pogodę. Astronomowie koncentrują się na obserwacjach nieba znacznie ponad horyzontem, czyli tam, gdzie satelity Qianfan osiągają sporą jasność. Pomiary wskazują, że już na wysokości około 30 do 45 stopni, czyli takiej, od której jest sens prowadzić obserwacje, chińskie satelity stają się widoczne gołym okiem. Już wtedy osiągają podobną jasność jak przelatujące znacznie wyżej nad horyzontem Starlinki.

Wizualizacja wyglądu satelitów Qianfan (fot: SSST)

Ta jasność satelitów Qianfan może stać się większa, gdy operacyjne wersje, a nie testowe trafią na jeszcze niższe orbity. Pierwsza partia trafiła na orbity okołobiegunowe o wysokości około 800 km - to wyżej niż pułap Starlinków (od 340 do 600 km), ale niżej niż pułap konstelacji OneWeb (około 1200 km). Docelowo Qianfan mają zająć orbity w odległościach od Ziemi podobnych co obecnie satelity SpaceX.

Wcale nietrudno sobie wyobrazić sytuację, gdy takie satelity będą w stanie zepsuć znaczny odsetek obserwacji nieba. Gdy mamy bardzo wąskie pole widzenia, a także dużą zdolność zbierania światła przez teleskop (co zwykle oznacza duże zwierciadło), nawet jeden przelatujący jasny satelita wystarczy. W przypadku monitoringu nieba, gdy na obrazie załapie się nie jeden, ale dziesiątki i więcej satelitów, sytuacja będzie inna, ale również niekorzystna.

Obawy dotyczą nie tylko obserwacji astronomicznych

Przy okazji satelitów Starlink pierwszej generacji wspominany był problem przeszkadzania także obserwacjom radiowym, co wydaje się może być słabością także megakonstelacji Qianfan. Poza tym Chiny niezbyt przejmują się kwestią bałaganu w kosmosie, który wynika z niekontrolowanych zderzeń pojazdów czy też destrukcji rakiet na wysokości operacyjnej satelitów (tak stało się w przypadku rakiety Długi Marsz 6, która wyniosła satelity Qianfan, rozpadła się na około 300 fragmentów). Jest też problem zanieczyszczenia atmosfery przez deorbitowane satelity, dotyczący w tym samym stopniu wszystkich, którzy decydują się umieścić obiekty na niskich orbitach wokół Ziemi.

Obejrzyj w

Zdaniem twórców raportu o zanieczyszczeniu nieba światłem przez satelity Qianfan, Chiny niezbyt chętnie współpracowały podczas jego powstawania. Dlatego dość pesymistycznie spoglądają się w przyszłość, w której SSST zdecyduje się wdrożyć środki zapobiegające nadmiernej odblaskowości swoich satelitów. A to nie musi wiązać się jedynie ze zmianami w konstrukcji (której detale nie są znane twórcom raportu), ale też może być wynikiem modyfikacji orientacji paneli słonecznych satelity.

Można dziś się podśmiewać z problemu, który wydaje się dotyczyć tylko astronomów, bo dostęp do internetu satelitarnego z dowolnego miejsca na Ziemi to z innej perspektywy ogromna zaleta. Pomijanie tej kwestii w dyskusjach to w dużym stopniu konsekwencja tego, że większość ludzkości żyje w miejscach gdzie niebo jest mocno zaświetlone, ewentualnie nie zadaje sobie trudu by oddalić się od źródeł światła w nocy. Nie dostrzega zmian jakie dokonały się na przestrzeni ostatnich lat, nie mówiąc już o porównaniu z niebem sprzed lat kilkudziesięciu.

Źródło: inf. własna, arxiv/2409.20432, fot. wejściowe: NOIRLab