Летом любители наблюдать за звездами в сельской местности привыкли видеть горстку спутников, проносящихся по небу. Но в ближайшие годы зоркие любители смогут различать сотни спутников. А для профессиональных астрономов исследования уже никогда не будут прежними.
Гонка за то, чтобы покрыть земной шар спутниковым интернетом, продолжается. SpaceX лидирует со своим флотом спутников Starlink, цель которого - обеспечить высокоскоростным интернетом любого жителя планеты. Компания уже вывела на орбиту более 350 аппаратов весом 570 фунтов и шириной 30 футов, 60 из которых стартовали в среду. В конечном итоге компания планирует создать "мегаконстелляцию" из десятков тысяч спутников, а также дополнительные рои спутников от Amazon и британской компании OneWeb. С тех пор как над головой появились первые нити новых ярких огней, астрономы беспокоятся о будущем своей области. Теперь один из самых полных анализов первых 12 000 спутников Starlink приносит как хорошие, так и плохие новости.
Ущерб, который спутники нанесут астрономическим исследованиям, будет варьироваться в зависимости от проекта и обсерватории. Небесные новички не представляют экзистенциальной угрозы для отрасли, но борьба с ними, вероятно, станет важной частью того, как астрономия будет проводиться в будущем. "Это тревожный сигнал для астрономов в целом, чтобы начать думать о смягчении последствий", - говорит Джонатан Макдауэлл, астрофизик из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики и автор анализа.
Основатель SpaceX Элон Маск утверждает, что Starlink не будет представлять никакой опасности для научного прогресса. "Я уверен, что мы не окажем никакого влияния на астрономические открытия, ноль", - сказал он на конференции в прошлый понедельник. "Мы примем меры по исправлению ситуации, если она будет выше нуля".
Компания сотрудничает с различными астрономическими организациями, чтобы минимизировать свое влияние на ночное небо, но полностью устранить этот эффект представляется практически невозможным. На самом деле, околоземная среда уже претерпевает изменения, говорится в докладе Макдауэлла, который находится на рассмотрении в Astrophysical Journal Letters. В то время как в настоящее время вокруг Земли вращаются тысячи спутников (многие из них уже не существуют), зона, на которую нацелилась SpaceX, остается относительно пустой. До первого запуска Starlink, состоявшегося менее года назад, насчитывалось всего 400 крупных спутников (весом более 220 фунтов), вращающихся на низкой высоте (менее 370 миль) - тех, которые легче всего увидеть. Сегодня число спутников Starlink почти удвоилось, а сеть завершена лишь на три процента.
Небо с 12 000 низколетящих спутников Starlink в их нынешнем воплощении выглядело бы совершенно иначе для невооруженного глаза. Макдауэлл построил симуляцию, учитывающую размер, высоту, количество и наблюдаемую яркость спутников на основе отчетов, которые он заказал у сети астрономов-любителей. Затем он рассчитал, сколько спутников пройдет над головой в разные моменты ночи для разных времен года и разных точек земного шара. Жители городов ничего не заметят, но согласно модели Макдауэлла (которая основана на документах компании SpaceX, поданных в Федеральную комиссию по связи США), любители наблюдать за звездами в сельской местности увидят, как горизонт зарождается сотнями тусклых пятен, когда солнечный свет отражается от металлических поверхностей спутников, десятки из которых проходят прямо над головой. Точное количество видимых спутников будет зависеть от условий, но пик видимости приходится на часы после захода солнца в летнее время - самое лучшее время для наблюдения за небом.
К счастью для астрономов-любителей, компания SpaceX экспериментирует с покраской обращенной к Земле стороны своих спутников в черный цвет, чтобы уменьшить их отражательную способность. Компания запустила свой первый прототип "darksat" в январе, и он действительно оказался примерно в 2,5 раза тусклее своих блестящих собратьев, согласно опубликованному в понедельник препринту, основанному на одной паре наблюдений. Макдауэлл говорит, что это уменьшение - если оно подтвердится - вероятно, приведет спутники прямо к краю человеческого зрения. Вы можете заметить дезориентирующее ощущение движения, если сильно прищуритесь, но вы, вероятно, не сможете различить пятнышки света.
"Возможно, этого достаточно, чтобы спасти небо для невооруженного глаза", - говорит Макдауэлл. "Но этого недостаточно для спасения профессиональной астрономии".
Астрономы - это разносторонняя группа, изучающая все - от местных космических камней до далеких черных дыр, и влияние Starlink будет столь же разнообразным. Некоторые исследовательские проекты, особенно те, которые работают зимой поздно вечером, едва заметят добавление SpaceX. В это время Солнце полностью скрывается за Землей, и отраженный солнечный свет не достигает спутников. Для Макдауэлла это стало облегчением. "Поначалу я был настроен излишне пессимистично, - говорит он, - но тот факт, что зимой все не так плохо, очень важен. Я был рад и удивлен, увидев это".
Однако есть и плохая новость: компоненты Starlink будут ярко светиться в зеркалах телескопов в первые и последние часы ночи, когда Солнце находится за горизонтом, особенно летом. Эти условия идеальны для наблюдения за объектами, расположенными вблизи Солнца, например, для исследований астероидов, в том числе тех, которые могут когда-нибудь столкнуться с Землей. Подобные проекты просто невозможно осуществить в зимние ночи. Если вы ограничитесь зимними наблюдениями, - говорит Макдауэлл, - вы потеряете, по сути, половину неба".
Поскольку спутники запускаются ежемесячно, а в перспективе - раз в две недели, Макдауэлл предлагает исследователям уже сейчас начать подготовку к быстро приближающемуся будущему Starlink.
Самый простой способ удалить нежелательные полосы, оставленные спутниками, - использовать программное обеспечение. Если астрономы сделают пять снимков объекта, а спутник фотобомбит только пару кадров, исследователи могут смешать фотографии вместе, чтобы стереть спутник. Этот метод лучше всего подходит для обсерваторий с меньшим количеством спутников над головой, например, расположенных в южном полушарии, но при этом придется потратить ценное время на сбор дополнительных данных.
Для других обсерваторий потребуется специализированное оборудование. Например, система, в которой маленькие камеры окружают главное зеркало телескопа кольцом, может дать инструменту ощущение периферийного зрения. Когда камеры заметят приближающийся спутник, они могут щелкнуть затвором по всему полю зрения телескопа, временно ослепляя его, пока космический аппарат не исчезнет. Подобная схема будет полезна для проектов, нацеленных на тусклые объекты и использующих время экспозиции намного большее, чем кратковременные вспышки пролетающих спутников.
Однако в конечном итоге каждой из многочисленных мировых обсерваторий придется пройти через период проб и ошибок, пока они будут определять, какие стратегии лучше всего подходят к их местоположению и техническим характеристикам, и наблюдать, какие проблемы возникнут. "Это настолько изменит окружающую среду, что возникнут неожиданные последствия, о которых мы не подумали", - говорит Макдауэлл.
Но даже если они смогут найти значительное финансирование, необходимое для поддержки более длительных наблюдений и нового оборудования, существует предел того, насколько астрономы смогут адаптироваться к небу, полному движущихся огней. В какой-то момент, если на каждом снимке будет множество спутниковых полос, астрономия просто остановится. Макдауэлл считает, что исследователи могут научиться жить с десятками тысяч затемненных спутников Starlink, но подчеркивает, что в долгосрочной перспективе для выживания астрономии потребуется международный договор, ограничивающий их общее количество.
"Я думаю, что компромисс между астрономами и исследователями космоса заключается в том, что мы должны выработать некоторые меры по смягчению последствий гораздо более переполненного неба, - говорит он, - но в конечном итоге космическое сообщество должно установить предел того, насколько переполненным может стать это небо".
SpaceX не ответила на просьбу о комментарии. Но Макдауэлл хвалит компанию за демонстрацию добросовестности, например, за разработку дарксата и консультации непосредственно с обсерваторией Веры Рубин - флагманским объектом, который будет запущен в 2022 году. Он надеется, что дополнительные меры, такие как покраска антенн дарксатов в черный цвет, будут и в дальнейшем минимизировать большие сдвиги на горизонте.
"Я беспокоюсь несколько меньше, чем в краткосрочной перспективе", - говорит он. "Но это все равно реальные изменения в небе".