12 juli 2020

Nieuw ESO-onderzoek taxeert de gevolgen van satellietconstellaties voor astronomische waarnemingen

Hemelgebieden die het meest worden aangetast door satellietconstellaties. Credit: ESO/Y. Beletsky/L. Calçada.

Astronomen hebben onlangs hun zorgen uitgesproken over de effecten van grote satellietconstellaties op het wetenschappelijk onderzoek. Om een betere inschatting te kunnen maken van de gevolgen van deze constellaties voor astronomische waarnemingen, heeft ESO opdracht gegeven voor een onderzoek dat zich vooral richt op waarnemingen op visuele en infrarode golflengten met ESO-telescopen, maar ook andere sterrenwachten erbij betrekt. Het onderzoek, dat geaccepteerd is voor publicatie in Astronomy & Astrophysics, brengt alles bij elkaar achttien representatieve satellietconstellaties in rekening, zoals die door SpaceX, Amazon, OneWeb en anderen worden ontwikkeld. In totaal gaat het om meer dan 26 duizend satellieten[1].

Het onderzoek laat zien dat grote telescopen, zoals ESO’s Very Large Telescope (VLT) en ESO’s toekomstige Extremely Large Telescope (ELT), ‘middelmatige hinder’ zullen ondervinden van de constellaties die nu in ontwikkeling zijn. De effecten zijn het grootst bij lange belichtingstijden (van ongeveer 1000 seconden): tijdens ochtend- en avondschemering zou tot wel drie procent van de opnamen onbruikbaar zijn. Bij kortere belichtingstijden geldt dit voor minder dan 0,5 procent van deze waarnemingen. Ook waarnemingen die op andere nachtelijke tijdstippen plaatsvinden zouden minder hinder ondervinden, omdat de satellieten zich dan in de aardschaduw bevinden en dus niet worden aangelicht. Afhankelijk van het soort onderzoek kunnen de gevolgen worden verzacht door de observatieschema’s van de ESO-telescopen aan te passen, al moet daar wel een prijs voor worden betaald[2]. Van de kant van de industrie kunnen de gevolgen op effectieve wijze worden tegengegaan door de satellieten donker te maken.

Schematisch tekening van de waarneembaarheid van satellieten voor een zekere tijd en plaats. Credit: ESO/L. Calçada

Het onderzoek laat ook zien dat de impact van de satellieten het grootst is voor surveys met een groot beeldveld die met grote telescopen worden gedaan. Zo wordt van alle belichtingen met bijvoorbeeld de Vera C. Rubin-sterrenwacht van de Amerikaanse National Science Foundation (geen ESO-faciliteit) – afhankelijk van het jaargetijde, het tijdstip in de nacht en de gesimplificeerde aannames van het onderzoek – tot wel 30 à 50 procent ‘ernstig gehinderd’. De verzachtende maatregelen die bij ESO-telescopen kunnen worden toegepast, hebben geen effect bij deze sterrenwacht, al worden er nog alternatieve strategieën overwogen. Verder onderzoek is nodig om de wetenschappelijke implicaties van dit verlies aan waarnemingsgegevens volledig in kaart te brengen. Groothoek-surveytelescopen zoals de Rubin-sterrenwacht kunnen grote stukken hemel snel in beeld brengen, waardoor ze cruciaal zijn voor het opsporen van kortstondige verschijnselen zoals supernova’s en potentieel gevaarlijke planetoïden. Vanwege hun unieke vermogen om zeer grote datasets te produceren en waarnemingsobjecten voor tal van andere sterrenwachten te ontdekken, beschouwen de astronomische gemeenschappen en financieringsinstellingen in Europa en elders de groothoek-surveytelescopen als topprioriteit voor toekomstige ontwikkelingen in de astronomie.
Professionele en amateur-astronomen hebben ook hun zorgen geuit over hoe grote satellietconstellaties de ongerepte aanblik van de nachthemel zouden aantasten. Het onderzoek laat zien dat voor een sterrenwacht op middelbare geografische breedte ongeveer 1600 satellieten boven de horizon te zien zouden zijn, waarvan de meeste laag aan de hemel – minder dan 30 graden boven de horizon. Daarboven – het deel van de hemel waar de meeste astronomische waarnemingen plaatsvinden – zullen op elk moment ongeveer 250 satellieten te vinden zijn. Hoewel al deze satellieten rond zonsondergang en -opkomst worden aangelicht door de zon, verdwijnen ze in de loop van de avond in de aardschaduw. Het ESO-onderzoek kent een zekere helderheid aan deze satellieten toe. Ervan uitgaande dat de gekozen helderheid juist is, zullen ongeveer honderd satellieten helder genoeg zijn om in de schemering met het blote oog te worden opgemerkt. Ongeveer tien daarvan zouden zich meer dan 30 graden boven de horizon bevinden. Al deze aantallen nemen af naarmate het donkerder wordt en meer satellieten in de aardschaduw belanden. Al met al zouden de nieuwe satellietconstellaties het aantal satellieten dat ’s avonds boven een hoogte van ongeveer 30 graden met het blote oog waarneembaar is ongeveer doen verdubbelen[3].
Deze aantallen hebben geen betrekking op de lange ketens van satellieten zoals die kort na lancering te zien zijn. Hoewel deze ketens spectaculair en helder zijn, bestaan ze maar kort en zijn ze alleen kort na zonsondergang of kort voor zonsopkomst te zien, en dan ook nog eens vanuit een zeer beperkt gebied op aarde.

De hemel boven de Extremely Large Telescope. Credit: ESO/M. Zamani

Het ESO-onderzoek maakt gebruik van vereenvoudigingen en aannamen om voorzichtige schattingen te verkrijgen van de effecten, die in werkelijkheid kleiner kunnen zijn dan nu is berekend. Om de werkelijke gevolgen nauwkeuriger te kwantificeren, moeten geavanceerdere modelberekeningen worden gedaan. Hoewel de nadruk ligt op ESO-telescopen, zijn de gevonden resultaten – bij vergelijkbare instrumentatie en onderzoeksdoelen – ook van toepassing op telescopen van anderen.
Satellietconstellaties zullen ook gevolgen hebben voor radio-, millimeter- en submillimeter-sterrenwachten, waaronder de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en het Atacama Pathfinder Experiment (APEX). Deze gevolgen zullen het onderwerp zijn van vervolgonderzoeken.
Samen met andere sterrenwachten, de Internationale Astronomische Unie (IAU), de American Astronomical Society (AAS), de Britse Royal Astronomical Society (RAS) en andere genootschappen, neemt ESO maatregelen om het bewustzijn van deze kwestie onder de aandacht te brengen van mondiale fora zoals de VN-commissie voor het vreedzaam gebruik van de ruimte (COPUOS) en de Europese commissie voor radio-astronomische frequenties (CRAF). Tegelijkertijd wordt met de diverse ruimtevaartbedrijven naar praktische oplossingen gezocht die de grote investeringen in geavanceerde astronomische faciliteiten op aarde kunnen beschermen. ESO steunt de ontwikkeling van regelgevingskaders die er uiteindelijk toe zullen leiden dat de veelbelovende technologische vooruitgang in lage aardbanen en de omstandigheden die de mensheid in staat stellen om het heelal waar te nemen en te leren begrijpen vreedzaam naast elkaar kunnen blijven bestaan. Bron: ESO.

  1. Veel van de parameters die de satellietconstellaties kenmerken, waaronder het verwachte aantal satellieten, worden nogal eens bijgesteld. Het onderzoek gaat ervan uit dat er in totaal 26.000 satellieten om de aarde zullen draaien, maar dit aantal zou hoger kunnen zijn. []
  2. Voorbeelden van verzachtende maatregelen zijn: het vermijden van waarnemingen rond de berekende posities van de satellieten, het sluiten van het luik van de telescoop op het moment dat een satelliet het beeldveld doorkruist, en het beperken van de waarnemingen tot het hemelgebied dat in de aardschaduw ligt, waar de satellieten niet door de zon worden verlicht. Deze methoden zijn echter niet voor alle soorten waarnemingen geschikt. []
  3. Geschat wordt dat er momenteel 34.000 objecten groter dan 10 centimeter om de aarde draaien. Daartoe behoren ongeveer 5500 satellieten, waarvan er circa 2300 in bedrijf zijn. De rest bestaat uit ‘ruimteschroot’, zoals rakettrappen en lanceer-koppelstukken van satellieten. Overal en altijd bevinden ongeveer 2000 van deze objecten zich boven de lokale horizon. In de schemering worden vijf tot tien ervan aangelicht door de zon, waardoor ze met het blote oog te zien zijn. []

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.