Jak se Hubblův teleskop a pozemní observatoře vypořádávají se snímky narušenými družicemi Starlink
Nedávno svět oblétla zpráva o narušování snímků Hubblova teleskopu (HST) přelétávajícími družicemi Starlink a psali jsme o tom i my. Emoce se od té doby ustálily a podle článku Universe Today to vypadá, že rušení zatím nepředstavuje velký problém. Hned si řekneme proč, ale nejdříve si vysvětlíme, proč jsou čáry na astronomických snímcích vlastně problém. Důvod je naprosto jednoduchý. Tenké pruhy na snímcích mají potenciál zastínit klíčový cíl. Pokud jsou pruhy mimo cíl nebo na nezajímavé části snímku, tak většinou nepředstavují žádný problém, ale pokud zastiňují vzdálenou galaxii, jejíž světlo sbíral teleskop například desítky hodin, pak to problém je. Nejen proto, že je snímek vědecky bezcenný, ale také proto, že tyto provozní hodiny velkých astronomických dalekohledů stojí hodně peněz a u vesmírných strojů pak ještě víc. Těles v bezprostřední blízkosti Země stále přibývá a vyhnout se těmto stopám po družicích je dnes už prakticky nemožné. Naštěstí existují řešení a stále jich přibývá. Právě tým okolo zpracování snímků z Hubblova teleskopu aktuálně oznámil, že našel způsob, jak si s „čarami“ poradit. Co tedy astronomové vlastně dělají, když se objeví na snímku HST pruh od satelitu?
Hubbleův dalekohled (Foto: NASA)
Ukazuje se, že stopy nejsou pro tento dalekohled takovým problémem jako pro ostatní odvětví. Je to proto, že existuje trik pro kalibraci obrazu Hubblova teleskopu. Tým ze Space Telescope Science Institute (STScI) vyvinul nový nástroj pro identifikaci těchto druhů stop, který je zlepšením oproti předchozímu softwaru, protože je mnohem citlivější, jak prozradil Dave Stark. Nástroj, který používá, je založen na rozsáhlé technice analýzy obrazu zvané Radon Transform. Je to matematický trik podobný Fourierově transformaci. Obojí lze použít k rekonstrukci obrazů. A to znamená, že satelitní stopy nejsou velkou hrozbou pro pokračující pozorování teleskopu, alespoň v této chvíli. Pokud vám vrtá hlavou, co je to Fourierova transformace, tak postačí vědět, že jde o matematickou pomůcku. V roce 1822 Joseph Fourier přišel s tvrzením, že jakákoliv funkce, spojitá či nespojitá, je rozepsatelná do řady sínů. Více asi nemá smysl to rozebírat.
Snímek mlhoviny v Orionu s celkovou dobou expozice 208 minut, na kterém jsou vidět stopy družic z poloviny prosince 2019. Zdroj: A. H. Abolfath
V již zmiňovaném článku na Universe Today uvádějí, že Stark použil tento nástroj na vyhledávání stop u jednoho z přístrojů teleskopu. Konkrétně u ACS (Advanced Camera for Surveys). Tato širokoúhlá kamera nahradila starší FOC (Faint Object Camera) v roce 2002 během třetí servisní mise k teleskopu. Přístroj je složen ze širokoúhlé kamery, kamery s vysokým rozlišením a kamery pro pozorování Slunce. V roce 2007 kamera selhala. Opravena pak byla při pamětihodné, poslední servisní misi v roce 2009.
Opraváři Hubblova teleskopu při své práci v rámci mise STS-82 (Foto: NASA)
Každé vědecké pozorování HST pochází ze souboru vícenásobných expozic stejného cíle. Družice přelétající zorné pole se obvykle zobrazuje jen v jednom snímku z mnoha. Víme taky, že ovlivněno je asi deset procent dnešních pozorování HST. Stark dodává, že průměrná šířka, kterou naměřil pro satelity, byla 5 až 10 pixelů. Nejširší záběr ACS má průměr 4000 pixelů, takže typická stopa ovlivní méně než 0,5 % jedné expozice. Takže zanechané stopy jdou nejen celkem snadno označit, ale neovlivňují většinu pixelů na jednotlivých snímcích z Hubbleova teleskopu. To je jednoznačně dobře. Přestože se počet satelitů zvyšuje, naše softwarové nástroje pro čištění astronomických snímků zatím drží krok a jejich vývoj a rozvoj bude relevantní i v budoucnu.
Hubbleův snímek dvojice srážejících se galaxií NGC 4676, přes které vede satelitní stopa. Foto: HST/NASA
„Když [čáry po družicích] označíme, měli bychom být schopni bez problémů obnovit celé zorné pole po kombinaci dat ze všech expozic,“ dodává Stark. V současné době používaný softwarový nástroj shromažďuje veškeré světlo podél všech možných přímých cest přes daný obraz HST. Tímto způsobem identifikuje a charakterizuje lineární prvky v obraze. Tento přístup je schopen poté poskytnout výsledný obraz bez čar po družicích, a to i v případě, že je stopa velmi slabá, což je opět dobrá zpráva. Některé další softwarové nástroje přitom astronomové používají již roky pro čištění snímků z HST.
A co pozemní teleskopy a stopy po družicích?
Jistě mnoho z vás během čtení napadlo, zda může být onen nástroj využit i u pozemních teleskopů. Bohužel to není možné, protože software je vyvinut na míru HST. U pozemských teleskopů bude situace obtížnější, ale zdá se, že minimálně částečně řešitelná bude též. Stejné družice, které trápí HST, dávají astronomům zabrat při pozorováních profesionálními dalekohledy na Zemi. Ukazuje se, že se mohou a vlastně i budou muset přizpůsobit megakonstelacím. Bude to však vyžadovat poměrně velké množství telemetrických údajů o těchto automatech. To astronomům umožní při plánování pozorování programovat přesný harmonogram obcházející přelety apod. Většina observatoří pak bude muset hledat matematická řešení podobná softwaru u HST, aby mohla snímky dodatečně opravit a mít z nich tížený vědecký zisk.
Teleskop na observatoři Vera C. Rubin je komplexní a technologicky složité zařízení. Každá pozorovací hodina stojí nemalé peníze. Zdroj: www.lsst.org
Jak velký je vliv družic na pozemní zařízení? Jako příklad lze uvést provozovatele observatoře Vera C. Rubin v Chile, kteří se obávají, že nejméně 30 % pozorování bude ovlivněno pruhy z družic a odstranit je v takovém případě bude obzvláště náročné, protože tamní velký teleskop je stavěn k pozorování všeho možného, od vzdálených (a velmi slabých) galaxií až po potenciálně ohrožující blízkozemní asteroidy. Právě pracovníci z této observatoře spolupracují s inženýry společnosti SpaceX na způsobech, jak zmírnit dopady družic Starlink jejich úpravou. Kromě toho budou muset ale i tak vymyslet softwarová řešení, stejně jako to dělají pracovníci HST pro svá pozorování.
Jsou tu navíc nezávazná pravidla, která by snad mohla být jednou ošetřena i legislativně. Ta kromě zatemnění odrazivosti družic a zajištění přesné telemetrie zahrnují například také udržování výšky oběžné dráhy pod 600 km (aby se snížil počet družic viditelných po celou noc). Dále pak orientaci odrazivých povrchů, jako jsou solární panely, tak aby neodrážely sluneční světlo zpět na Zemi, a snížení počtu družic na nutné minimum. Všeobecné přijetí všech těchto pravidel ke zmírnění stop po družicích by teoreticky mělo pomoci astronomům pozorovat a zkoumat nebe i nadále a zároveň vyhovět rostoucí potřebě telekomunikačních služeb, které velké družicové konstelace poskytují.
Přispějte prosím na provoz webu ElonX, aby mohl nadále zůstat bez reklam. Podpořte nás pomocí služby Patreon či jinak a zařaďte se tak po bok ostatních dobrodinců, kteří už finančně přispěli. Děkujeme!
Podpořte projekt ElonX
Žijeme v dobé umělé inteligence. Pokud tohle někdo v dnešní době pokládá za problém, tak jen neví, že žijeme v době umělé inteligence, která z toho dělá nicotný problém.
Díky za článek, ale přiznávám, že této větě nerozumím “…udržování výšky oběžné dráhy pod 600 km (aby se snížil počet družic viditelných po celou noc)”. Družice ve výšce třeba 1000 km přece není vidět celou noc, jen letí z pohledu pozemského pozorovatele po obloze pomaleji a je viditelná z větší části povrchu Země. Z pohledu astronoma je tedy v principu lepší, když bude konstelaci tvořit 5000 družit ve výšce 300 km než 5000 družic ve výšce 1000 km, protože jich bude v každém okamžiku na obloze vidět současně méně. Na druhou stranu ale platí, že ze stejných důvodů musí být družic na nižší dráze víc, než kolik jich stačí pro výše umístěné konstelace (jedna družice pokryje větší plochu povrchu Země). Takže tady se ten rozdíl zase stírá. Ve výsledku tedy nerozumím, proč by astronomové měli mít nějaký zásadní prospěch z umístění družic nízko.
Nižší oběžné dráhy jsou samozřejmě žádoucí z pohledu rychlosti deorbitace při selhání, ale článek nevyznívá, že by toto řešil.
Družice na nížší oběžné dráze budou déle v zemském stínu. Je to výrazný rozdíl 500 km vs. 1000 km.
Pokud si představím zenský stín jako kužel, s vrcholovým úhlem 1/2°, pak jeho rozměr ve výšce 500 nebo 100 km se moc neliší. Družice na nížší dráze se pohybuje vyšší úhlovou rychlostí, takže průlet stínem bude kratší. Nevidím důvod, proč by to mělo být opačně.
Pro astronomy je celkem jedno, jak rychle nebo jak , jasná je družice. To možná zajímá laického pozorovatele bez jakékoliv optiky, jen při pozorování prostým okem. Ale astronomy, kteří fotí, pro ně je rozdíl 1,5 mag naprosto nepodstatný. Pokud se dá zachytit stopa 10cm satelitu Vanguard ve vzdálenosti několika tisíc km, pak je celkem jedno, jestli satelity s rozměry desítek metrů jsou 500km nebo 100 km daleko.
Souhlas – snaha snížit jas je podle mě motivovaná hlavně tím, aby družice nebyly vidět prostým okem. To je samo o sobě chválihodné, když člověk otočí hlavu k nebi, tak těch pohybujících se “teček” je tam vždycky celkem dost i bez Starlinku a takové ty vláčky působily hodně rušivě. Ale pro astronomy to bohužel znamená nutnost investovat do postprocesingu jak popisuje článek (fotit krátké expozice a skládat dohromady až po vymazání čar po družicích) a některé druhy pozorování to prakticky vylučuje (zejména focení velkých zorných polí). Moc se mi to nelíbí, ale to je něco, co přináší vývoj vždy a nemá smysl se kvůli tomu rozčilovat, chce to snažit se hledat řešení. Formané např. nebyli nadšeni z rozvoje železnice, ale nikdo se jich neptal a museli se přizpůsobit.
Souhlasím, že rozměr v těch výškách se liší minimálně, prakticky můžeme počítat s válcem a výsledek bude prakticky totožný, ale spíš je o velikost oblohy, která je v danou dobu naprosto bezpečná pro pozorování. Byť ten “kruh” je velikostně stejný, tak ve dvojnásobné vzdálenosti pokrývá menší část oblohy.
To hodně záleží na celkové dráze. Družice na slunečně synchronní dráze (SSO) podél terminátoru nemusí do stínu vstoupit nikdy, zatímco družice v rovině ekliptiky se tomu nevyhne. Pokud bychom vzali druhý případ, tak družice na vyšší dráze bude naopak větší část z doby odběhu osvětlená a ve stínu tak bude méně, než na nižší dráze. Tento rozdíl však mezi 500 a 1000 km nebude moc významný. Jediné, co mě v této souvislosti napadá za výhodu nižší dráhy je to, že je-li slunce nízko pod obzorem (ráno a večer), tak družice na nižší dráze vstoupí do stínu dřív, tj. “zhasne” v nižší výšce nad obzorem a bude tak rušit astronomická pozorování na menší ploše oblohy.
V jednej časti sedmikrasok (youtube brnenskej hvezdarne) to pán riaditeľ popisoval , že ešte aj ročné obdobia ovplyvňujú ako je tie satelity vidieť, niečo s uhlom pod akým sa svetlo dostáva do atmosféry a následne láme alebo niečo také
Je možno nějak vysvětlit, proč má článek v názvu družice Starlink, když létají na drahách pod HST a HST nefotí směrem k Zemi ani k jejímu obzoru? Zrovna HST tedy se Starlinky problém nemá, ty vadípři pozemních pozorováních. ale chápu, že je potřeba stále poukazovat na to , že Starlinky nevadí, že se to řeší a nebude s tím v budoucnu žádný problém. Jen jich bude minimálně o řád více 🙂
Rozklikněte si odkazovaný článek z první věty.
Hubble postupně samovolně klesá a dnes se nachází níže než spousta družic Starlink.
Ten poloprostor nad HST, kdy je výška Starlinku jen o max. 25 km vyšší, znamená, že se do něho dostávají tyto satelity zcela vyjímečně. Zatím co na Zemi to jsou všechny od inklinace nějakých 35° výše
Některé družice Starlink jsou už nad HST. 🙂😉👍
Karle správně, starlink 1 gen má slupky níže.
Gen2 je tipuji 200 ks nad orbitou Hubble.
Družic má spacex přes 4000 ks.
👍🏻 pěkné
Ale vysvětlete nějaké nepsaná pravidla případně budoucí legislativu někomu jako je Čína,
v Americe se tím možná budou řídit chystané megakomstalace, ale dost pochybuji že by si s tím lámal hlavu nějaký Číňan, Ind nebo Rus🤣 těm bude nějaké Americká legislativa (kterou budou akceptovat i Evropané) …na provoz satelitů u prdele.
A vůbec, dost pochybuji i o tom provozu jen nezbytně nutného počtu satelitů,
Čistě hypoteticky, dejme tomu že Starlinku stačí na provoz 10000 satelitu (jenže to vědí jen provozovatelé uvnitř firmy) a úředníkům z FAA řeknou že potřebují dalších 20000 jako své minimum, bude někdo zkoumat pokrytí a datové přenosy v rámci sítě aby jim těch dalších 20000 zatrhl jako naprostou zbytečnost…?
Těžko, prostě Starlinku schválí to co mají ve dokumentaci o své síti, kde je napsáno celkem 30-33tis satelitů jako minimum, přinejhorším Starlink řekne OK, uděláme kompromis, snížíme svůj požadavek na 25000,
FAA bude spokojená že provozovatel ubral že svého počtu
a sám provozovatel bude mít v plánu na vypuštění pořád výrazně víc satelitů než je nezbytné minimum
Stačí tedy aby jsi provozovatel mega konstalace dostatečně nadsadil své požadavky a v případě nutnosti udělal takové to gesto “OK my tedy své plány trochu pozměníme a uskromníme se”
Jak se říká….
Vlk se nažral a koza zůstala celá
Chápu, ale i Čína má velké teleskopy a amatérské pozorovatelé oblohy. Pokud bude vše ignorovat bude logicky škodit i sama sobě. Stejně je to i s Indií. Podobná pravidla by bylo třeba samozřejmě nutné dojednat na mezinárodní úrovni, třeba na půdě OSN.
Perfektní článek děkuji
Není zač. 🙂