Миллионы спутников могут изменить будущее астрономии: учёные оценили масштабы проблемы

За последние несколько лет околоземное пространство изменилось сильнее, чем за все предыдущие десятилетия космической эры. Если раньше большинство искусственных спутников принадлежало государственным космическим агентствам, то сегодня всё большую роль играют коммерческие проекты, создающие гигантские орбитальные группировки для обеспечения глобального доступа к интернету, связи и навигации.

Количество аппаратов на орбите стремительно растёт, и, по мнению астрономов, в ближайшие годы этот процесс может выйти на совершенно новый уровень. Исследователи предупреждают, что при реализации всех заявленных проектов вокруг Земли могут одновременно работать миллионы спутников. Такой сценарий способен серьёзно повлиять не только на космическую безопасность, но и на развитие всей современной астрономии.

Как изменилась околоземная орбита

Ещё совсем недавно число действующих спутников исчислялось несколькими тысячами. Однако массовые запуски аппаратов нового поколения радикально изменили ситуацию.

Современные спутниковые группировки строятся по совершенно иной концепции.

Вместо нескольких крупных дорогостоящих аппаратов компании выводят на орбиту тысячи относительно небольших спутников, работающих как единая сеть.

Такая архитектура обеспечивает:

• широкое покрытие поверхности Земли;
• высокую скорость передачи данных;
• устойчивость системы к отказам отдельных аппаратов;
• возможность регулярного обновления оборудования.

Именно эта модель стала причиной стремительного роста числа космических объектов.

Почему спутников становится всё больше

Основной причиной является развитие глобальных телекоммуникационных систем.

Компании стремятся обеспечить высокоскоростной интернет практически в любой точке планеты, включая удалённые районы, океаны и полярные области.

Кроме того, спутниковые группировки используются для:

• дистанционного зондирования Земли;
• мониторинга климата;
• навигации;
• связи с морским и воздушным транспортом;
• научных исследований;
• обеспечения безопасности.

Спрос на подобные услуги продолжает увеличиваться, поэтому количество запускаемых аппаратов ежегодно растёт.

Что беспокоит астрономов

Для астрономических наблюдений особенно важно тёмное и свободное от посторонних объектов небо.

Во время ночных наблюдений спутники отражают солнечный свет и оставляют яркие полосы на фотографиях.

Даже один такой след способен испортить изображение, полученное после длительной экспозиции.

Если же через поле зрения проходят сразу десятки аппаратов, качество научных данных значительно снижается.

По мере увеличения числа спутников подобные ситуации происходят всё чаще.

Проблема касается не только оптических телескопов

На первый взгляд может показаться, что речь идёт исключительно о фотографиях ночного неба.

На самом деле влияние значительно шире.

Современная астрономия использует различные диапазоны электромагнитного излучения.

Работе радиотелескопов также могут мешать сигналы спутниковых систем связи.

Даже при соблюдении международных норм полностью исключить подобные помехи оказывается крайне сложно.

В результате страдают исследования далёких галактик, пульсаров, молекулярных облаков и других слабых космических источников.

Почему особенно уязвимы новые обсерватории

Современные телескопы становятся всё более чувствительными.

Они способны регистрировать чрезвычайно слабые объекты на огромных расстояниях.

Для получения таких изображений используются длительные серии наблюдений.

Именно поэтому вероятность пересечения поля зрения спутником значительно возрастает.

Особенно сильно эта проблема затрагивает обзорные телескопы, которые регулярно фотографируют большие участки неба.

Такие проекты предназначены для поиска:

• астероидов;
• комет;
• сверхновых;
• гамма-всплесков;
• переменных звёзд;
• новых экзопланет.

Чем больше снимков приходится отбраковывать, тем сложнее выполнять подобные исследования.

Миллионы спутников могут изменить ситуацию радикально

Авторы исследования рассмотрели долгосрочные сценарии развития спутниковых группировок.

Если все существующие планы различных операторов будут реализованы, число аппаратов на околоземной орбите может увеличиться на порядки по сравнению с сегодняшним уровнем.

При таком сценарии спутники будут регулярно пересекать поле зрения практически любого крупного телескопа.

Это означает, что часть наблюдений неизбежно окажется испорченной независимо от времени суток или направления наблюдений.

Проблема не ограничивается только яркими следами

Каждый спутник представляет собой движущийся объект с определёнными отражающими свойствами.

Некоторые аппараты остаются хорошо заметными даже после специальных мер по снижению яркости.

Кроме того, существуют дополнительные факторы:

• солнечные блики;
• изменение ориентации спутника;
• отражение света от солнечных батарей;
• особенности высоты орбиты;
• сезонные изменения освещённости.

Все эти эффекты затрудняют прогнозирование влияния спутников на наблюдения.

Есть ли способы уменьшить проблему

Исследователи подчёркивают, что полностью отказаться от спутниковых систем невозможно.

Однако существует несколько направлений, позволяющих снизить их влияние.

К ним относятся:

• уменьшение отражательной способности аппаратов;
• выбор более подходящих орбит;
• координация работы операторов с астрономическими обсерваториями;
• совершенствование программ обработки изображений;
• разработка международных правил эксплуатации крупных спутниковых группировок.

Некоторые компании уже проводят эксперименты по снижению яркости своих аппаратов, однако полностью решить проблему пока не удалось.

Почему особенно важны международные соглашения

Космическое пространство не принадлежит одной стране или одной организации.

Спутники разных операторов одновременно используют общие орбитальные области.

Поэтому эффективное решение возможно только при международном сотрудничестве.

Учёные считают необходимым учитывать интересы астрономического сообщества ещё на этапе проектирования новых спутниковых систем.

Это позволит избежать серьёзных последствий в будущем.

Влияние на научные открытия

Современная астрономия всё чаще занимается поиском очень редких и кратковременных событий.

Например:

• вспышек сверхновых;
• столкновений нейтронных звёзд;
• гамма-всплесков;
• потенциально опасных астероидов;
• слабых карликовых галактик.

Если важная часть изображения окажется закрыта следом спутника, исследователи могут пропустить уникальное явление.

Для некоторых проектов даже небольшое увеличение количества испорченных кадров становится серьёзной проблемой.

Вопрос касается не только профессиональных учёных

Яркие спутниковые цепочки всё чаще замечают любители астрономии.

Они становятся заметны невооружённым глазом вскоре после запусков и нередко пересекают созвездия, которые традиционно наблюдают жители разных стран.

Кроме того, многочисленные спутники постепенно изменяют привычный вид ночного неба — культурного и природного наследия человечества.

Поэтому обсуждение этой проблемы выходит далеко за пределы научного сообщества.

Почему исследования необходимо проводить уже сейчас

Количество спутников продолжает быстро увеличиваться, а сроки их эксплуатации становятся всё короче. Это означает, что запуски будут происходить всё чаще, поддерживая и расширяя существующие орбитальные группировки.

Авторы исследования подчёркивают, что без своевременной оценки последствий ситуация может стать значительно сложнее уже в ближайшие десятилетия. После формирования многомиллионной спутниковой инфраструктуры изменить сложившуюся систему будет гораздо труднее.

Баланс между развитием технологий и сохранением науки

Спутниковые группировки приносят обществу огромную пользу. Они обеспечивают связь, помогают прогнозировать погоду, поддерживают навигацию, участвуют в мониторинге чрезвычайных ситуаций и открывают доступ к интернету в удалённых регионах.

Однако одновременно возникает новая задача — сохранить возможность полноценных астрономических наблюдений. Именно благодаря наземным телескопам человечество продолжает открывать новые экзопланеты, исследовать далёкие галактики, наблюдать эволюцию звёзд и искать ответы на фундаментальные вопросы о происхождении и устройстве Вселенной. Поиск компромисса между развитием космической инфраструктуры и сохранением возможностей астрономии становится одной из важнейших задач современной космической политики.

Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org