Astronomen hebben ernstige zorgen over Starlink en andere satellietconstellaties

Stel je de ruimte rond de aarde voor die gevuld is met tienduizenden communicatiesatellieten. Dat scenario komt langzaam tot stand en het baart astronomen zorgen. Nu heeft een groep astronomen een paper geschreven waarin ze hun gedetailleerde zorgen uiteenzetten en hoe al deze satellieten een ernstige, negatieve impact kunnen hebben op de astronomie op de grond.

SpaceX en andere bedrijven werpen hun scherpe kapitalistische ogen op de ruimte rond de aarde. SpaceX en OneWeb zijn tot dusver de enige bedrijven die delen van hun satellietconstellaties lanceren. Maar een aantal andere bedrijven heeft plannen om hetzelfde te doen, en uiteindelijk zullen al die satellieten er tienduizenden worden.

De astronomiegemeenschap heeft enige bezorgdheid geuit over deze satellietconstellaties. De Royal Astronomical Society en de American Astronomical Society hebben beide verklaringen gepubliceerd waarin ze hun bezorgdheid en wens uiten om met bedrijven in de satellietconstellatie-industrie samen te werken. Die verklaringen zijn beleefd, voorzichtig in hun kritiek en geschreven in de geest van samenwerking.

Maar dit nieuwe artikel zet alle zorgen van de astronomische gemeenschap uiteen, ondersteund met gegevens en dringt erop aan op hun punt.

"Eeuwenlang hebben astronomische waarnemingen op de grond geleid tot uitzonderlijke vooruitgang in ons wetenschappelijk begrip van de natuurwetten."

Uit "Zorgen over astronomische waarnemingen op de grond: een stap om de sterrenhemel te beschermen"

Een satellietconstellatie is een groep kunstmatige satellieten die samenwerken om wereldwijde of bijna-wereldwijde communicatiedekking te bieden. Ze hebben het potentieel om bijna overal snel internet beschikbaar te maken. Dat heeft natuurlijk veel voordelen.

Maar er zijn ook kritiek en drie astronomen uit Italië hebben deze kritiek in detail gepresenteerd. De drie zijn Stefano Gallozzi, Marco Scardia en Michele Maris. Hun artikel is getiteld "Zorgen over astronomische waarnemingen op de grond: een stap om de sterrenhemel te beschermen."

Als je alle satellieten die bedrijven willen lanceren als onderdeel van hun constellaties bij elkaar optelt, krijg je ergens rond de 50.000 satellieten. De vraag is: welk effect hebben die satellieten op de astronomie op de grond? De auteurs van het rapport beweren dat al deze satellieten onvermijdelijk astronomische waarnemingen zullen beschadigen.

Een opmerking voor lezers: Engels is niet de eerste taal van de auteurs van het artikel, dus sommige citaten bevatten kleine inconsistenties, maar de betekenis is duidelijk.

"Afhankelijk van hun hoogte en oppervlakte reflectiviteit, is hun bijdrage aan de helderheid van de lucht niet te verwaarlozen voor professionele waarnemingen op de grond", zegt het rapport in de inleiding. “Met de enorme hoeveelheid van ongeveer 50.000 nieuwe kunstmatige satellieten voor telecommunicatie die gepland zijn om te worden gelanceerd in een middelhoge en lage baan om de aarde, zal de gemiddelde dichtheid van kunstmatige objecten van> 1 satelliet zijn voor een vierkante hemelgraad; dit zal onvermijdelijk professionele astronomische beelden schaden. ”

Omdat SpaceX het verst is in het inzetten van hun sterrenbeeld, en hun naam duikt vaak op in de krant. Het Starlink-systeem van SpaceX heeft al bijna 250 van hun satellieten gelanceerd en ze zijn van plan om in totaal tot 42.000 satellieten in te zetten. Volgens het artikel zullen deze satellieten "na zonsondergang en voor het ochtendgloren van de 3e tot de 7e magnitude aan de hemel schijnen."

De auteurs zeggen dat al deze satellieten onvermijdelijk sporen zullen achterlaten in astronomische beelden en de zoektocht naar Near Earth Objects kunnen belemmeren. Het risico bestaat dat we door al deze satellieten geen potentiële impact zien.

Maar volgens het rapport zullen niet alleen de afbeeldingen negatief worden beïnvloed. "Ernstige zorgen komen ook vaak voor bij andere golflengten die in aanmerking komen voor grondonderzoek, met name voor radioastronomie, waarvan de detectoren al verzadigd zijn door de alomtegenwoordige bestraling van satellietencommunicatie vanuit zowel ruimtestations als vanaf de grond."

In mei 2019 probeerde Elon Musk astronomische zorgen over Starlink weg te nemen. Onder zijn nogal bruuske afwijzing van kritiek was zijn verklaring: "We moeten hoe dan ook telelscopen <sic> in een baan om de aarde brengen. Atmosferische demping is verschrikkelijk. '

Musk heeft een enorm profiel in de ruimtegemeenschap, dus zijn woorden zouden sommigen ervan kunnen hebben overtuigd dat er geen problemen zijn tussen Starlink en astronomie. Maar Musk is een ondernemer, geen wetenschapper.

Ondanks al zijn prestaties is Musk geen expert in astronomie of astronomische waarneming. Is zijn verklaring dat Starlink "~ 0% impact zal hebben op de vooruitgang in de astronomie", nauwkeurig en geïnformeerd?

De drie auteurs van het nieuwe artikel lijken het niet te denken. Ze schetsen de risico's die satellietconstellaties vormen voor de astronomie, en het gaat er niet alleen om of ze zichtbaar zijn in optisch licht. Ze wijzen erop dat er "gevaarlijke effecten optreden als gevolg van dergelijke veranderingen in de populatie van kleine satellieten. Een speciale strategie voor dringende interventie om elke astronomische band die vanaf de grond waarneembaar is, te beschermen en te beschermen, wordt beschreven. ”

"Zonder waarnemingen op de grond zou het grootste deel van de huidige astronomie in de ruimte nutteloos of onmogelijk zijn."

Van "ZORGEN OVER AARDINGSONDERZOEKEN OP DE GROND: EEN STAP OM DE ASTRONOMISCHE HEMEL TE BESCHERMEN"

De auteurs beginnen bij het begin door te wijzen op de enorme vooruitgang in begrip die door op de grond gebaseerde waarnemingen wordt bereikt. "Eeuwenlang hebben astronomische waarnemingen op de grond geleid tot uitzonderlijke vooruitgang in ons wetenschappelijk begrip van de natuurwetten." Dat is moeilijk om tegenin te gaan.

In het eerste deel van de krant vertellen ze hoe ruimtegebaseerde astronomie, of ruimtetelescopen, hebben bijgedragen tot kennis. Maar ze wijzen erop dat astronomie op de grond en in de ruimte elkaar nodig heeft en de beste wetenschap voortbrengt wanneer ze samenwerken. "Zonder waarnemingen op de grond zou het grootste deel van de huidige astronomie in de ruimte nutteloos of onmogelijk zijn."

Het is veilig om te zeggen dat de auteurs het niet eens zijn met Musk's stellige bewering dat "we toch telelscopen <sic> in een baan om de aarde moeten brengen. Atmosferische demping is verschrikkelijk. '

Misschien heeft Musk nog nooit van adaptieve optiek gehoord. Dankzij adaptieve optica kunnen moderne telescopen op de grond het effect van de atmosfeer op waarnemingen overwinnen. Aankomende telescopen zoals de European Extremely Large Telescope en de Thirty Meter Telescope zijn voorzien van adaptieve optiek in het hart van hun ontwerpen.

De auteurs wijzen ook op wat duidelijk moet zijn voor iedereen die er lang over nadenkt: in vergelijking met astronomie op de grond zijn ruimtetelescopen enorm duur. En riskant.

Vooruitgang in telescooptechnologie wordt hier op aarde gemaakt. Hun inzet is het risicovolle deel, maar de technologieën zijn al getest en ontwikkeld hier op aarde. Zoals de auteurs van het artikel opmerken, is het testen en ontwikkelen van nieuwe telescooptechnologieën in de ruimte niet haalbaar.

"Een belangrijke beperking van ruimtetelescopen is dat ze na lancering niet kunnen worden onderhouden, opgeknapt of gerepareerd." De Hubble is een uitzondering en andere ruimtetelescopen zijn niet onderhouden. Als ze klaar zijn, zijn ze klaar.

“Vergeleken met op de grond gebaseerde observatoria, is de gemiddelde levensduur van ruimtetelescopen ongeveer een paar decennia of minder. Integendeel, op de grond gebaseerde observatoria gaan tientallen jaren mee, met aan het begin van het ruimtetijdperk geïnstalleerde telescopen die weer winstgevend werken. ” Kortom, ruimtetelescopen raken technologisch verouderd, terwijl hun tegenhangers op de grond blijven werken.

We kunnen dit zien met de Very Large Telescope (VLT) van de European Southern Observatory (ESO). De VLT bestaat uit vier primaire eenheden en de eerste zag het eerste licht in 1998. In de loop der jaren is de VLT meerdere keren geüpgraded, waarbij de waarnemingscapaciteit telkens is vergroot. Twee van zijn instrumenten, SPHERE (eerste licht juni 2014) en ESPRESSO (eerste licht september 2016), zijn ontworpen om exoplaneten te bestuderen, iets dat niet belangrijk was toen de VLT werd ontworpen. Andere instrumenten, zoals VISIR (VLT Imager en Spectrometer voor midden-infrarood), werden opgewaardeerd om exoplaneten te bestuderen.

Ruimtetelescopen zijn ook duur in vergelijking met telescopen op de grond. De James Webb-ruimtetelescoop is al 20 jaar in ontwikkeling en kost 10 miljard dollar. Maar de volgende generatie telescopen op de grond, zoals de Giant Magellan Telescope en de European Extremely Large Telescope, zullen elk ongeveer $ 1 miljard kosten. En ze zullen de JWST waarschijnlijk tientallen jaren overleven.

Het kernachtige deel van het artikel behandelt de feitelijke problemen waarmee de astronomie op de grond te maken zal krijgen als gevolg van satellietconstellaties. Bij sommige elektromagnetische golflengten zijn ruimtetelescopen veel effectiever dan telescopen op de grond. In het verre infrarood blokkeert de atmosfeer bijvoorbeeld veel. Maar dat vertelt niet het hele verhaal.

In de paper spreken de auteurs over degradatie van de lucht. Deze aantasting komt niet alleen door lichtvervuiling op de grond, maar "het is ook te wijten aan het kruisen van kunstmatige satellietvloten en littekens waarnemingen met heldere parallelle strepen / paden op alle breedtegraden."

Alleen Starlink wil tot 40.000 satellieten in een baan om de aarde brengen. Dat is slechts één van de vele bedrijven met plannen om satellietconstellaties te lanceren. Niemand weet hoeveel er uiteindelijk zullen zijn, maar het is redelijk om een ​​satellietcijfer van 50.000 te gebruiken voor discussie.

"Astronomen zijn buitengewoon bezorgd over de mogelijkheid dat de hemel vanaf de aarde wordt bedekt door tienduizenden satellieten, die de ongeveer 9.000 sterren die zichtbaar zijn voor het blote menselijke oog aanzienlijk zullen overtreffen", zeggen de auteurs. 'Dit is geen verre bedreiging: het gebeurt al.'

De drie astronomen splitsen alle cijfers op voor de groeiende vloot van satellieten op aarde. Rekening houdend met de kijkhoeken, hoogte en helderheid leidt hen tot deze conclusie: "Dus met 50k-satellieten zal de" normaliteit "een hemel zijn vol met kunstmatige objecten: elke vierkante graad van de hemel zal een satelliet hebben die over het geheel kruipt nacht observeren die toegankelijk en zichtbaar is door astronomische camera's en niet alleen door professionele instrumentatie. "

Volgens de auteurs zal al deze lichtvervuiling een ernstig nadeel zijn voor astronomische waarneming. Ze erkennen dat SpaceX experimenteert met één "donkere" satelliet die zwart is geverfd om reflectiviteit te verminderen. Maar ze wijzen erop dat 75% van het oppervlak van de satelliet zonnepanelen zijn, die uiteraard niet kunnen worden geverfd. Ze wijzen ook op problemen met het schilderen van een satellietzwart: “Als het lichaam van de satelliet wordt geremd om het zonlicht te weerkaatsen, zal het de opwarming van de straling te veel absorberen met mogelijke storingen, en dus waarschijnlijk het risicobeheer voor de hele vloot verhogen en de dark-coating oplossing niet effectief of zelfs contraproductief. "

Dan is er het hele probleem van radiobandinterferentie. "Zelfs met de beste coating- en mitigatieprocedures om de impact op visuele astronomische waarnemingen te verminderen, wordt het vaak weggelaten of vergeten dat telecommunicatieconstellaties zullen schijnen in de radiogolflengtenbanden, waarneembaar vanaf de grond."

Er zijn decennia oude overeenkomsten vanaf het begin van het ruimtetijdperk die bepaalde radiofrequenties reserveren voor bepaald gebruik. De frequenties van bepaalde atomen en moleculen in de ruimte zijn gereserveerd voor radioastronomie. Deze omvatten koolmonoxide en zijn isotopen en H2O.

Radioastronomen hebben al te maken met allerlei soorten interferentie. Volgens de auteurs wordt dit nog veel erger. “Wat niet algemeen wordt erkend, is dat de ontwikkeling van de nieuwste generatie telecommunicatienetwerken (zowel vanuit de ruimte als vanaf de aarde) al een diepgaande impact heeft op radioastronomische waarnemingen (op alle subbanden): met LEO-satellietvloten is het vrij zeker dat de situatie ondraaglijk kan worden. '

"Personen van toekomstige generaties hebben recht op een onbesmette en onbeschadigde aarde, inclusief zuivere luchten;"

UNESCO's Universele Verklaring van de Rechten van de Mens voor toekomstige generaties.

Dan is er de kwestie van de wettigheid en welke instanties toestemming kunnen geven voor het inzetten van satellietconstellaties.

De auteurs vestigen onze aandacht op de verklaring van 1994 van UNESCO (educatieve, wetenschappelijke en culturele organisatie van de Verenigde Naties). Die verklaring zegt: “Personen die behoren tot toekomstige generaties hebben recht op een onbesmette en onbeschadigde aarde, inclusief zuivere luchten; ze hebben recht op het genot ervan als de grondslag van de menselijke geschiedenis van cultuur en sociale banden die elke generatie en individu tot een lid van één menselijke familie maken. ”

Diezelfde verklaring van UNESCO zegt ook: "Hier is werelderfgoed het eigendom van de hele mensheid, en hoewel er beschermende wetten kunnen zijn, is de handhaving hiervan een andere zaak, aangezien alleen staten andere staten kunnen vervolgen onder dit type internationaal verdrag. Een staat is verantwoordelijk voor de activiteiten die plaatsvinden binnen zijn rechtsgebied - ongeacht of deze zijn geautoriseerd of niet geautoriseerd. "

De drie astronomen wijzen erop dat, aangezien de FCC en andere instanties in de Verenigde Staten Starlink hebben goedgekeurd, zij mogelijk ook Starlink kunnen stoppen. Mogelijk zijn ze zelfs verplicht krachtens internationaal recht.

Ze noemen ook het Outer Space Treaty en zeggen: “En het juridische proces is dat de deelstaatregering, dit keer de Amerikaanse regering, wettelijk verantwoordelijk is voor alle objecten die de ruimte in worden gestuurd vanaf de Amerikaanse grenzen. Dat betekent dat de Amerikaanse regering verantwoordelijk is voor de schade die wordt veroorzaakt door het bedrijf Starlink, dat objecten in een baan om de aarde brengt die schade veroorzaken. ”

De paper sluit af door te wijzen op mogelijke juridische maatregelen die de internationale gemeenschap zou kunnen nemen om satellietopstellingen te stoppen.

Ze konden de FCC aanklagen omdat ze bij hun goedkeuring geen rekening hielden met lichtvervuiling, wat in strijd is met de National Environmental Policy Act. Die wet vereist dat elke federale instantie rekening houdt met de milieu-impact van de projecten die ze goedkeurt. De auteurs beweren dat de FCC onvoldoende rekening heeft gehouden met de lichtvervuiling door Starlink.

De internationale astronomiegemeenschap zou 'een rechtszaak kunnen aanspannen wegens een gebrek aan jurisdictie en jurisprudentie van de Amerikaanse FCC om particuliere niet-geostationaire satellieten boven andere staten en naties toe te staan'. Dit zet vraagtekens bij het recht van de FCC om zelfs satellietconstellaties toe te staan ​​die over andere landen reizen.

Dan is er het Internationaal Gerechtshof (ICJ). De drie auteurs zeggen dat de internationale gemeenschap de Amerikaanse regering op het ICJ zou kunnen aanklagen "... om verdere Starlink-lanceringen in de wacht te zetten om het verlies van overheidsfinanciën te kwantificeren als schade aan nationale en internationale astronomische projecten."

De internationale astronomiegemeenschap is in januari 2020 een petitie gestart. De gemeenschap wil Starlink en anderen in de greep houden, ze willen wettelijke bescherming voor astronomische waarneming en ze willen het aantal satellietconstellaties tot een minimum beperken.

"Al deze verzoeken komen voort uit de oprechte bezorgdheid van wetenschappers die voortvloeien uit de dreiging dat de toegang tot de volledige kennis van de kosmos en het verlies van een immaterieel goed van onschatbare waarde voor de mensheid wordt geweigerd", zeggen de auteurs.

De ruimte wordt mettertijd steeds meer een juridisch moeras. Welke soorten activiteiten precies worden toegestaan, is onduidelijk. Tientallen jaren geleden, aan het begin van het ruimtetijdperk, werden wetten en overeenkomsten opgesteld om de zaken onder controle te houden.

Maar niemand voorzag zoiets als satellietconstellaties en het juridische kader voor de ruimte zal waarschijnlijk onder grote druk komen te staan.

Meer:

• Onderzoeksartikel: bezorgdheid over astronomische waarnemingen op de grond: een stap om de sterrenhemel te beschermen
• Wikipedia: Starlink
• American Astronomical Society: Position Statement on Satellite Constellations