Astronomer har noen alvorlige bekymringer rundt Starlink og andre satellittkonstellasjoner

Se for deg rommet rundt jorden fylt med titusenvis av kommunikasjonssatellitter. Det scenariet blir sakte til å bli, og det har astronomer bekymret. Nå har en gruppe astronomer skrevet et papir som beskriver sine detaljerte bekymringer, og hvordan alle disse satellittene kan ha en alvorlig, negativ innvirkning på bakkebasert astronomi.

SpaceX og andre selskaper kaster sine ivrige kapitalistiske øyne på plassen rundt jorden. SpaceX og OneWeb er de eneste selskapene - så langt - som lanserer deler av satellittkonstellasjonene. Men en rekke andre selskaper har planer om å gjøre det samme, og etter hvert vil alle disse satellittene telle i titusenvis.

Astronomisamfunnet har vakt noen bekymringer rundt disse satellittkonstellasjonene. Royal Astronomical Society og American Astronomical Society har begge gitt ut uttalelser som uttrykker bekymring og ønske om å samarbeide med selskaper innen satellittkonstellasjonsvirksomheten. Disse påstandene er høflige, forsiktige i kritikken og skrevet i samarbeidets ånd.

Men denne nye artikkelen legger ut alle det astronomiske samfunnets bekymringer, støttet med data, og presser poenget sitt mer insisterende.

"I århundrer har jordbaserte astronomiske observasjoner ført til eksepsjonelle fremskritt i vår vitenskapelige forståelse av naturlovene."

Fra “Bekymringer om bakkebaserte astronomiske observasjoner: Et skritt for å sikre det astronomiske himmelen”

En satellittkonstellasjon er en gruppe kunstige satellitter som jobber sammen for å gi global eller nesten global kommunikasjonsdekning. De har potensial til å gjøre høyhastighetsinternett tilgjengelig nesten hvor som helst. Det er klart det er mange fordeler med det.

Men det er kritikk også, og tre astronomer fra Italia har presentert denne kritikken i detalj. De tre er Stefano Gallozzi, Marco Scardia og Michele Maris. Artikkelen deres har tittelen "Bekymringer rundt bakkebaserte astronomiske observasjoner: Et skritt for å sikre det astronomiske himmelen."

Når du legger opp alle satellittene som selskapene ønsker å starte som en del av konstellasjonene, får du et sted rundt 50 000 satellitter. Spørsmålet er, hvilken effekt vil disse satellittene ha på bakkebasert astronomi? Forfatterne av rapporten hevder at alle disse satellittene uunngåelig vil skade astronomisk observasjon.

En merknad til leserne: engelsk er ikke det første språket for forfatterne av papiret, så noen av sitatene inneholder små inkonsekvenser, men betydningen er tydelig.

"Avhengig av høyden og overflatens reflektivitet, er deres bidrag til himmelens lysstyrke ikke ubetydelig for profesjonelle bakkebaserte observasjoner," heter det i innledningen. "Med den enorme mengden på omtrent 50 000 nye kunstige satellitter for telekommunikasjoner som planlegges lansert i Medium og Low Earth Orbit, vil den gjennomsnittlige tettheten av kunstige objekter være på> 1 satellitt for kvadratisk himmelgrad; dette vil uunngåelig skade profesjonelle astronomiske bilder. ”

Siden SpaceX er lengst med å distribuere stjernebildet, og navnet deres dukker ofte opp i papiret. SpaceXs Starlink-system har allerede lansert nesten 250 av satellittene sine, og de planlegger å distribuere opptil 42 000 satellitter totalt. I følge papiret vil disse satellittene "skinne fra den tredje til den syvende størrelsen på himmelen etter solnedgang og før soloppgang."

Forfatterne sier at alle disse satellittene uunngåelig vil etterlate stier i astronomiske bilder, og kan hindre søket etter Near Earth Objects. Det er en viss grad av risiko for at vi ikke får noen potensiell innvirkning på grunn av alle disse satellittene.

Men det er ikke bare bilder som vil bli påvirket negativt, ifølge rapporten. "Alvorlige bekymringer er også vanlige for andre bølgelengder som er kvalifisert for bakkebasert undersøkelse, spesielt for radioastronomi, hvis detektorer allerede er mettet av allestedsnærværende bestråling av satellittkommunikasjon fra romstasjoner og fra bakken."

Tilbake i mai 2019 prøvde Elon Musk å avvise alle astronomiske bekymringer rundt Starlink. Blant hans ganske bryske avvisning av kritikk var hans uttalelse om at “Vi må flytte teleskop <sic> til bane uansett. Atmosfærisk demping er forferdelig. ”

Musk har en enorm profil i romfartssamfunnet, så ordene hans kan ha overbevist noen om at det ikke er noen problemer mellom Starlink og astronomi. Men Musk er en gründer, ikke en vitenskapsmann.

For alle sine prestasjoner er Musk ikke ekspert på astronomi eller astronomisk observasjon. Er hans uttalelse om at Starlink "vil ha ~ 0% innvirkning på fremskritt innen astronomi," nøyaktig og informert?

De tre forfatterne av det nye papiret ser ikke ut til å tro det. De skisserer risikoen som satellittkonstellasjoner utgjør for astronomi, og det handler ikke alt om de er synlige i optisk lys. De peker på at det er “farlige effekter som følge av slike endringer i befolkningen i små satellitter. En dedikert strategi for hasteinngrep for å beskytte og beskytte hvert astronomisk band som kan observeres fra bakken, er skissert. "

Uten bakkebaserte observasjoner ville det meste av nåværende rombasert astronomi være ubrukelig eller umulig.

Fra “KONSERNSJONER OM GRUNNBASERT ASTRONOMISKE OBSERVASJONER: ET TRINN TIL Å SAFEGUARDERE DEN ASTRONOMISKE Himmel”

Forfatterne starter i begynnelsen, med å påpeke de enorme fremskrittene i forståelsen gjort av bakkebaserte observasjoner. "I århundrer har jordbaserte astronomiske observasjoner ført til eksepsjonelle fremskritt i vår vitenskapelige forståelse av naturlovene." Det er vanskelig å krangle med.

I avisens første seksjon snakker de om hvordan rombasert astronomi, eller romteleskoper, har bidratt til kunnskap. Men de påpeker at bakkebasert og rombasert astronomi trenger hverandre og produserer den beste vitenskapen når de jobber sammen. Uten bakkebaserte observasjoner ville det meste av nåværende rombasert astronomi være ubrukelig eller umulig.

Det er trygt å si at forfatterne ikke er enige i Musk's glib-påstand om at "Vi trenger å flytte teleskop <sic> til bane uansett. Atmosfærisk demping er forferdelig. ”

Kanskje Musk aldri har hørt om adaptiv optikk. Adaptiv optikk lar moderne bakkebaserte teleskoper overvinne atmosfærens effekt på observasjoner. Kommende teleskoper som European Extremely Large Telescope og Thirty Meter Telescope har adaptiv optikk i hjertet av designene.

Forfatterne påpeker også hva som bør være tydelig for alle som tenker på det veldig lenge: sammenlignet med bakkebasert astronomi, er rombaserte teleskoper enormt dyre. Og risikabelt.

Fremskritt innen teleskopteknologi gjøres her på jorden. Deres distribusjon er den risikofylte delen, men teknologiene er allerede testet og utviklet her på jorden. Som forfatterne av papiret påpeker, er det ikke mulig å teste og utvikle nye teleskopteknologier i verdensrommet.

"En vesentlig begrensning av rombaserte teleskoper er at de ikke kan vedlikeholdes, pusses opp eller repareres etter oppskyting." Hubble er et unntak, og andre romteleskoper har ikke blitt opprettholdt. Når de er ferdige, er de ferdige.

"Sammenlignet med bakkebaserte observatorier, er gjennomsnittlig levetid for rombaserte teleskoper i størrelsesorden et par tiår eller mindre. Tvert imot, basisbaserte observatorier varer i flere tiår, med teleskoper installert i begynnelsen av romtiden og igjen fungerer på en lønnsom måte. ” Kort fortalt blir romteleskoper teknologisk foreldet, mens deres bakkebaserte kolleger fortsetter å fungere.

Vi kan se dette med European Southern Observatory (ESO) Very Large Telescope (VLT). VLT består av fire primære enheter, og den første så første lys i 1998. Gjennom årene har den blitt oppgradert flere ganger, hver gang økte observasjonsevnen. To av instrumentene, SPHERE (første lys juni 2014) og ESPRESSO (første lys september 2016), er designet for å studere eksoplaneter, noe som ikke var viktig da VLT ble designet. Andre instrumenter, som VISIR (VLT Imager og Spectrometer for mid-Infrared) ble oppgradert til å studere eksoplaneter.

Romteleskoper er også kostbare sammenlignet med bakkebaserte teleskoper. James Webb romteleskopet har vært i utvikling i 20 år, og det vil koste 10 milliarder dollar i USA. Men den neste generasjonen bakkebaserte teleskoper, som Giant Magellan Telescope og European Extremely Large Telescope, vil koste rundt en milliard dollar hver. Og de vil sannsynligvis overleve JWST i flere tiår.

Den snirklete delen av avisen omhandler de faktiske problemene som bakkebasert astronomi vil møte fra satellittkonstellasjoner. I noen elektromagnetiske bølgelengder er romteleskoper mye mer effektive enn bakkebaserte teleskoper. I det fjerne infrarøde for eksempel blokkerer atmosfæren mye av det. Men det forteller ikke hele historien.

I papiret snakker forfatterne om nedbrytning av himmelen. Denne nedbrytningen kommer ikke bare fra lysforurensning på bakken, men "det skyldes også at kunstige satellittflåter krysser og arrdannelser med lyse parallelle striper / stier på alle breddegrader."

Starlink alene ønsker å plassere opptil 40 000 satellitter i bane. Det er bare ett selskap av flere som har planer om å lansere satellittkonstellasjoner. Ingen vet hvor mange det vil komme til slutt, men det er greit å bruke en 50 000 satellittfigur for diskusjon.

"Astronomer er ekstremt opptatt av muligheten for at himmelen sett fra Jorden kan bli pledd av titusenvis av satellitter, noe som i stor grad vil overgå de rundt 9000 stjernene som er synlige for det uhjelpte menneskelige øye," sier forfatterne. "Dette er ikke en fjern trussel: det skjer allerede."

De tre astronomene fordeler alle tallene for jordas voksende flåte av satellitter. Når man tar hensyn til visningsvinkler, høyde og lysstyrke fører dem til denne konklusjonen: ”Således med 50k satellitter vil“ normaliteten ”være en himmel full av kunstige gjenstander: hver firkantet grad av himmelen vil ha en satellitt som kryper i seg langs hele å observere natt tilgjengelig og synlig av astronomiske kameraer og ikke bare med profesjonell instrumentering. ”

I følge forfatterne vil all denne lysforurensningen være en alvorlig skade for astronomisk observasjon. De erkjenner at SpaceX eksperimenterer med en "mørk" satellitt som er malt svart for å redusere refleksjonsevnen. Men de påpeker at 75% av satellittens overflate er solcellepaneler, som tydeligvis ikke kan males. De peker også på problemer med å male en satellitt svart: “Hvis satellittlegemet vil bli hemmet til å reflektere sollyset, vil det absorbere stråling som blir for mye med mulige feil, og vil sannsynligvis øke risikostyringen for hele flåten og gjøre mørkbeleggsløsning ineffektiv eller til og med kontraproduktiv. ”

Så er det hele problemet med radiobåndinterferens. "Selv med de beste belegg- og avbøtningsprosedyrene for å redusere virkningen på visuelle astronomiske observasjoner, er det det ofte utelates eller glemt at telekommunikasjonskonstellasjoner vil skinne i radiobølgelengdebåndene, observerbare fra bakken."

Det er flere tiår gamle avtaler fra begynnelsen av romalderen som reserverer bestemte radiofrekvenser for visse bruksområder. Frekvensene til visse atomer og molekyler i rommet er reservert for radioastronomi. Disse inkluderer karbonmonoksid og dets isoper og H2O.

Radioastronomer må allerede kjempe med alle slags forstyrrelser. I følge forfatterne vil dette bli mye verre. "Det som ikke er anerkjent bredt, er at utviklingen av den siste generasjons telekommunikasjonsnettverk (både fra verdensrommet og fra Jorden) allerede har en betydelig innvirkning på radioastronomiske observasjoner (i alle underbånd): med LEO-satellittflåter er det ganske sikkert at situasjonen kan bli uutholdelig. ”

"Personer som tilhører fremtidige generasjoner har rett til en uforurenset og uskadet jord, inkludert ren himmel."

UNESCOs verdenserklæring om menneskerettigheter for fremtidige generasjoner.

Så er det spørsmålet om lovlighet, og hvilke instanser som kan autorisere utplassering av satellittkonstellasjoner.

Forfatterne gjør oppmerksom på 1994-uttalelsen fra UNESCO (FNs organisasjon for utdannelse, vitenskapelig og kultur). Denne uttalelsen sier “Personer som tilhører fremtidige generasjoner, har rett til en uforurenset og uskadet jord, inkludert ren himmel; de har rett til glede av det som grunnlag for menneskets kulturhistorie og sosiale bånd som gjør hver generasjon og individ til et medlem av en menneskelig familie. ”

Den samme uttalelsen fra UNESCO sier også: "Her er verdensarv hele menneskehetens eiendom, og selv om det kan være beskyttelseslover, er håndhevelse av dette en annen sak, ettersom bare stater kan saksøke andre stater under denne typen internasjonal traktat. En stat er ansvarlig for aktivitetene som skjer innenfor dens jurisdiksjon - enten de er autoriserte eller uautoriserte. "

De tre astronomene påpeker at siden FCC og andre organer i USA har gitt godkjenning til Starlink, kan de kanskje også stoppe Starlink. De kan til og med være forpliktet til etter folkeretten.

De nevner også den ytre romtraktaten, og sier “Og den juridiske prosessen er at statsregjeringen, denne gangen USAs regjering, er juridisk ansvarlig for alle objekter som sendes ut i det ytre rom som lanseres fra USAs grenser. Det betyr at det er USAs regjering som er ansvarlig for skaden forårsaket av sitt selskap, Starlink, som sender gjenstander i bane som forårsaker skade. "

Oppgaven avsluttes ved å peke på mulige rettslige tiltak som det internasjonale samfunnet kan ta for å stoppe satellittkonstellasjoner.

De kan saksøke FCC fordi de ikke tok hensyn til lysforurensning i godkjennelsen, noe som strider mot den nasjonale miljøpolitiske loven. Denne handlingen krever at ethvert føderalt byrå vurderer miljøpåvirkningen av prosjektene de godkjenner. Forfatterne hevder at FCC ikke vurderte lysforurensningen fra Starlink tilstrekkelig.

Det internasjonale astronomisamfunnet kunne "saksøke i retten for manglende jurisdiksjon og rettsvitenskap fra amerikanske FCC for å autorisere private ikke geostasjonære satellitter over andre stater og nasjoner." Dette stiller spørsmål ved FCCs rett til å til og med autorisere satellittkonstellasjoner som ferdes over andre nasjoner.

Så er det International Court of Justice (ICJ). De tre forfatterne sier at det internasjonale samfunnet kan saksøke den amerikanske regjeringen ved ICJ "... for å få på plass ytterligere Starlink-lanseringer for å tallfeste tapet av offentlige finanser for å skade nasjonale og internasjonale astronomiske prosjekter."

Det internasjonale astronomisamfunnet startet en underskriftskampanje i januar 2020. Samfunnet ønsker et hold satt på Starlink og andre, de vil ha lovlig beskyttelse på plass for astronomisk observasjon, og de ønsker å begrense antallet satellittkonstellasjoner til et minimum.

"Alle disse forespørslene kommer fra den inderlige bekymringen fra forskere som stammer fra truer med å bli hindret i å få tilgang til full kunnskap om kosmos og tapet av en immateriell eiendel av uendelig verdi for menneskeheten," sier forfatterne.

Plassen blir mer en lovlig morass etter hvert som tiden går. Nøyaktig hvilke typer aktiviteter som skal tillates er uklart. For tiår siden, nær begynnelsen av romalderen, ble lover og avtaler satt på plass for å holde ting under kontroll.

Men ingen forutså noe som satellittkonstellasjoner, og det juridiske rammeverket for romområdet vil trolig komme under mye press.

Mer:

• Forskningsartikkel: Bekymringer om bakkebaserte astronomiske observasjoner: Et skritt for å ivareta det astronomiske himmelen
• Wikipedia: Starlink
• American Astronomical Society: Position Statement on Satellite Constellations