Starlink stanowi problem? Astronom apeluje: Musimy działać natychmiast

Atrakcyjnie wyglądające świetliste "pociągi" zmierzających na swoje docelowe orbity satelitów Starlink dla astronomów oznaczają wyłączenie całych połaci nieba z użytkowania, uniemożliwiając prowadzenie badań. O tym, jak dużym problemem dla astronomii są megakonstalecje satelitów takie jak Starlink SpaceX, Kuiper Amazonu czy One Web, rozmawiamy z profesorem Thomasem Schildknechtem, członkiem Międzynarodowej Unii Astronomicznej, wicedyrektorem Instytutu Astronomicznego oraz kierownikiem Wydziału Astronomii Optycznej na Uniwersytecie w Bernie.

Konstanty Młynarczyk: Panie profesorze, może na początek spróbujmy umieścić całą rzecz w szerszym kontekście - jak poważnym problemem są dla astronomów i astronomii megakonstelacje satelitów, takie jak Starlink SpaceX czy One Web?

Thomas Schildknecht: Powiedziałbym, że ten problem najlepiej porównać do wciąż narastającego zanieczyszczenia światłem z powierzchni Ziemi. Na orbicie mamy już wiele tysięcy obiektów sprawiających problemy astronomom, ale wobec nadchodzących konstelacji stajemy przed zupełnie nowym poziomem tego zjawiska, bo mówimy nie o paru setkach, ale o dziesiątkach tysięcy nowych satelitów. Problem jest bardzo poważny, bo do tej pory z zanieczyszczeniem światłem można było poradzić sobie przenosząc obserwatoria w oddalone, odludne regiony i tam za pomocą regulacji prawnych utrzymywać niski poziom oświetlenia. W przypadku konstelacji satelitów nie ma miejsca na Ziemi, które byłoby pozbawione ich wpływu. Po prostu nie mamy dokąd uciec.

Satelity są jasne i jest ich bardzo wiele, więc jeśli korzystamy z teleskopów o szerokim polu widzenia, będziemy je mieć na każdym ujęciu, a miejsca, na którym się pojawiają, są bezużyteczne dla nauki. Oprócz problemów dla astronomii optycznej, satelity nie są obojętne też dla radioastronomii - każdy z nich emituje przecież sygnał radiowy. Oczywiście nadaje w określonym paśmie, a my, astronomowie, mamy swoje chronione częstotliwości, na których przyglądamy się wszechświatowi, jednak zawsze pojawiają się też tak zwane wstęgi boczne i nieuchronnie narasta poziom szumu elektromagnetycznego, także w chronionym paśmie. I znów, do tej pory możliwe było przenoszenie teleskopów w regiony Ziemi odległe od naziemnych źródeł zanieczyszczeń elektromagnetycznych, ale w przypadku szumu pochodzącego z satelitów nie będzie takiej możliwości.

Jest jeszcze trzeci problem, który nie jest co prawda związany wyłącznie z megakonstelacjami, ale stanie się przez nie zdecydowanie poważniejszy. Chodzi o kosmiczne śmieci. Występują one we wszelkich możliwych rozmiarach, od martwych satelitów po odpryski farby o powierzchni mniejszej niż milimetr kwadratowy. Odbijające się od nich światło sprawia, że całe niebo staje się jaśniejsze, utrudniając obserwacje.

KM: Mówimy tu ogólnie o megakonstelacjach satelitów, ale czy są wśród nich lepsze i gorsze? Takie, które są bardziej i mnie szkodliwe dla astronomów i ich pracy?

TS: Z punktu widzenia astronomii lepsze są te konstelacje, których satelity znajdują się niżej. One Web wykorzystuje satelity na orbitach o wysokości 1200 km, podczas gdy Starlinki SpaceX orbitują na wysokości 500 km. Im wyższa orbita, tym więcej krążących po niej satelitów będzie widocznych w każdej chwili z dowolnego punktu na Ziemi. Preferowanie krążących niżej satelitów może się wydawać sprzeczne ze zdrowym rozsądkiem - satelity znajdujące się niżej będą przecież nawet czterokrotnie jaśniejsze!

Jednak dla astronomii różnica między jasnym obiektem na wysokości 500 km i nieco mniej jasnym obiektem na wysokości 1200 km praktycznie nie istnieje - w porównaniu z tym, co obserwujemy, oba będą ekstremalnie jasne. Co więcej, większość satelitów na małej wysokości niemal cały czas znajduje się w cieniu Ziemi, oświetlana tylko o zmierzchu i przez około półtorej godziny po nim, podczas gdy te znajdujące się powyżej 1000 km będą, w zależności od pory roku, oświetlone i widoczne nawet przez całą noc.

KM: Elon Musk tłumaczy, że satelity Starlink są bardziej dokuczliwe w czasie swojej drogi na docelową orbitę i że w związku z tym większość problemów skończy się wraz z zakończeniem budowy całej konstelacji. Czy podziela pan jego zdanie?

TS: Rzeczywiście, w fazie rozmieszczania satelity są jaśniejsze - tak jasne, że można je zobaczyć gołym okiem. To, swoją drogą, kolejny problem, dotykający nie tylko astronomów, ale nas wszystkich, jako ludzi. Wyobraźmy sobie, że podczas wycieczki w dzikie, odległe miejsce takie jak Australia, idziemy na pustynię i na niebie widzimy setki satelitów. Za pierwszym razem może to być nawet ciekawe, ale już za drugim czy trzecim większość z nas pomyśli sobie: chciałbym zobaczyć niebo i gwiazdy bez tych śmieci.

SpaceX podjęło już pewne środki zapobiegawcze, zmieniając orientację paneli słonecznych - bo to głównie one są widoczne - wędrujących na docelową orbitę Starlinków, jak również zmniejszając odbicia od anten poprzez malowanie ich ciemnymi farbami i osłanianie roletami. Te sposoby okazały się całkiem efektywne: na wysokości docelowej satelity Starlink są niewidoczne gołym okiem.

KM: Jednak charakterystyczną cechą superkonstelacji jest fakt, że jej satelity muszą być cały czas uzupełniane - czy to bardzo pogorszy sytuację astronomów?

TS: Można obliczyć, ile satelitów Starlink trzeba będzie zastąpić w ciągu roku. Każdy z nich ma nominalny czas życia wynoszący 5 lat, w ciągu 12 miesięcy trzeba więc będzie wystrzelić około 1/5 docelowej liczby satelitów konstelacji. To prawda więc, że przez cały czas będą pojawiały się nowe satelity, jednak natężenie ich wysyłania będzie około pięć razy niższe niż teraz, w trakcie budowania konstelacji. Z drugiej strony, satelity dobiegające kresu swojego funkcjonowania będą sprowadzane niżej celem wprowadzenia ich w atmosferę, gdzie spłoną. Oznacza to, że w tym samym czasie 1/5 konstelacji będzie przemieszczać się w dół, a taka sama liczba satelitów mających zastąpić te zużyte - w górę. W każdej chwili będzie więc nad nami całkiem dużo satelitów niebędących na wysokości operacyjnej.

KM: Czy wspomniane sposoby na łagodzenie problemów generowanych przez Starlinki będzie skuteczne także wobec satelitów znajdujących się na docelowej orbicie? Czy są adekwatne do problemu i czy można byłoby zrobić coś więcej?

TS: Tak, działania, jakie podejmuje SpaceX, mają pozytywny efekt nie tylko w fazie rozmieszczania. Malowanie zwróconej do Ziemi strony satelitów na czarno pozwala zmniejszyć ogólną jasność, a osłony sunshade zapobiegają bezpośrednim odbiciom, co jest ogromnie ważne. Astronomowie, także amatorzy, dobrze znają ten problem przez satelity Iridium, których panele słoneczne często odbijają słońce prosto w obiektywy teleskopów. Myślę, że te działania są odpowiednie. Wydaje mi się, że to jedyne sposoby, na jakie można ograniczyć problem jasności satelitów - nie widzę nic więcej, co mógłby zrobić producent i operator satelitów.

KM: Więc Elon Musk robi coś z problemem, który spowodował Starlink. A jak wygląda sytuacja z One Web i Kuiperem?

TS: Trudne pytanie. Oczywiście, Kuiper nie jest jeszcze na tym etapie, kiedy zacznie sprawiać problemy, ale dyskusja na temat sposobów ograniczenia skutków tych konstelacji dla astronomii powinna toczyć się właśnie teraz i o ile wiem, jakieś rozmowy faktycznie trwają. Myślę, że SpaceX było najbardziej aktywne… to znaczy, rzecz jasna ich działania były reakcją na nasze prośby, nie wychodzili ze swoimi własnymi inicjatywami, niemniej jednak rozmowy z nimi są owocne, a oni sami otwarci na uwagi i gotowi do dyskusji o pojawiających się problemach, a to już dobrze. W kwestii pozostałych obecnie budowanych i planowanych konstelacji jest gorzej. Potrzebujemy zdecydowanie więcej rozmów, żeby upewnić się, że wdrożą podobne rozwiązania.

KM: Mówił pan o rozwiązaniach, które może wdrożyć producent i operator satelitów. A co z organizacjami międzynarodowymi i narzędziami prawnymi? Jakie działania by pan rekomendował?

TS: Dobrze, że wracamy do sposobów ograniczania skutków istnienia superkonstelacji, bo nie wspomniałem do tej pory o jeszcze jednym rozwiązaniu, które my, astronomowie, chętnie byśmy widzieli wcielone w życie. Chodziłoby o to, żeby utrzymać status pewnych rejonów jako chronionych. Wybierając oddalone od cywilizacji lokalizacje i dbając o odpowiednie regulacje staramy się utrzymywać te rejony Ciemnego Nieba (Dark Sky) w stanie jak najmniejszego zanieczyszczenia świetlnego i radiowego pochodzącego z Ziemi.

Chcielibyśmy, żeby operatorzy konstelacji włączyli się w te wysiłki i upewnili się, że przelatujące nad chronionymi rejonami satelity w jak najmniejszym stopniu będą naruszały ich czystość. Oczywiście, satelity wciąż pozostaną jasne, trzeba jednak upewnić się, że będą całkowicie zabezpieczone przed jakimikolwiek odbiciami światła, a także zapobiec zanieczyszczeniu radiowemu, zmniejszając emisję w tym spektrum.

Co do regulacji prawnych, to uważam, że to bardzo, bardzo ważna kwestia. Póki co jeśli chodzi o regulacje, to jedyne, jakie mamy, to wytyczne dotyczące kosmicznych śmieci. I nawet one nie mają statusu wiążącego prawa międzynarodowego. Na szczęście są implementowane w systemach prawnych na poziomie państw, więc występując o licencję na wystrzelenie satelity w Stanach Zjednoczonych albo Wielkiej Brytanii czy Francji trzeba udowodnić, że spełnia się określone wymogi dotyczące ograniczania kosmicznych śmieci. Niestety, w kwestiach zanieczyszczenia światłem czy falami radiowymi nie ma nic, nawet wytycznych. Co więcej, do niedawna ani w społeczności przemysłu satelitarnego, ani w organach regulacyjnych czy Narodów Zjednoczonych nie było nawet świadomości, że takie regulacje są potrzebne. I to właśnie jest nasze obecne wyzwanie: uświadomienie ludziom tego problemu.

Pod tym względem wróciliśmy do początku lat 90., kiedy taka sama sytuacja dotyczyła kwestii kosmicznych śmieci i bezpieczeństwa. Wtedy, 30 lat temu, musieliśmy zwrócić uwagę społeczności na fakt, że wkrótce będziemy mieli duży problem. Dziś musimy zrobić to samo dla ochrony Ciemnego Nieba i powstrzymania zanieczyszczenia pasma radiowego.

Musimy rozmawiać o tym na poziomie międzynarodowym i dojść do jakichś kompromisów - nawet jeśli nie będą miały one formy twardego prawa. Jak pokazał przykład SpaceX, dostatecznie duża presja ze strony opinii publicznej i państw, sygnalizująca, że pewnych rzeczy nie powinno się robić, w ostatecznym rozrachunku przynosi skutki. Dlatego wszystko w waszych rękach.