Starlink i nadále dělá starosti astronomům. Jak se osvědčil experimentální tmavý satelit?

Netroufám si odhadnout, co se vám vybaví, když se řekne slovo Starlink, ale asi se shodneme, že komunitě astronomů po vyslovení tohoto slova vstávají vlasy na hlavě. Jsou však jejich obavy opravdu oprávněné? Budou sítě jako Starlink skutečně znamenat konec pozemské astronomie? Přiznám se, že ani pro mě, jako fanouška SpaceX a kosmonautiky všeobecně, není lehké najít odpověď. Jisté je jedno, hodně se toho změní.

V první řadě je ovšem hned v úvodu potřeba připomenout, že problém družic narušující astronomická pozorování tu byl dávno předtím, než se k obloze vydala první sada satelitů konstelace Starlink. Každý objekt na oběžné dráze Země odrážející sluneční záření, naprosto cokoli s albedem větším než nula, může zanechat na astrofotografii nežádoucí stopu, včetně letadel. Každou noc stovky podobných objektů míjejí nějakou astronomickou observatoř a proto je nepřítel astronomů každá družice, ne jen ty ze sítě Starlink. Svůj boj tak astronomové vlastně prohráli dávno. Fakticky už někdy okolo roku 1957. Proč tedy konstelace Elona Muska vzbuzuje právě teď tolik pozdvižení?

Průlet flotily Starlink je pro mnoho lidí fascinující podívanou, ale pro astronomy je to doslova noční můra. Družice jsou krátce po vypuštění opravdu jasné a to ještě umocňuje jejich počet „ve vláčku“. Dobře je to patrné na videu:

Mohou za to především dvě věci – jejich vysoký počet a také jejich jasnost. Po vynesení mají zdánlivou magnitudu okolo 2–3 mag. Jsou tedy dostatečně jasné, aby je bylo možné spatřit okem i v obydlených oblastech znečištěných osvětlením. Navíc prolétávají za sebou ve formaci připomínající korálky táhnoucí se od obzoru k obzoru. Družice se však naštěstí postupně přesouvají na vyšší dráhy okolo 500 km, a ztrácejí tak původní jasnost, která postupně klesá k magnitudě 5–8. Což znamená, že pouhým okem jsou družice vidět jen na velmi tmavé obloze. Ovšem pro astronomy je i 5. magnituda problém, protože pro pořizování fotografií potřebují dlouhou expozici. Jednoduše řečeno, k nasnímání vzdálených objektů ve vesmíru potřebují astronomové čas a čím je objekt dál, tím delší čas je ke snímání třeba, protože je nutné shromáždit co nejvíce světla. Tím ale zároveň stoupá i riziko, že jim pozorování překazí nežádoucí objekt. Některé objekty se pak dají ze snímků odstranit, ale u některých je to zatím téměř nemožné nebo velmi složité a do této kategorie patří bohužel i družice Starlink.

Ukázka maximální jasnosti z první várky družic Starlink. Modrá barva: operační družice, červená: neaktivní družice, zelená: odpad, svislé čáry: družice bez změření jasu. (Zdroj: Jonathan McDowell)

Pat Seitzer, astronom studující kosmický odpad, uvedl, že před konstelací Starlink bylo na obloze podobně jasných objektů rušících pozorování asi 200, ale jen do konce roku 2020 by díky síti Elona Muska mohl tento počet narůst až 9krát. „A pak to začne být opravdu zajímavé,“ uvedl Seitzer. Není ovšem sám, obavy mají i jiní astronomové jako například profesor Kryštov Stanek, který říká: „Mohu se hájit, když mi soused postaví přístřešek, který mi brání ve výhledu, ale pokud někdo na oběžnou dráhu dopraví tisíce družic, nenadělám s tím vůbec nic? Jako obyvatel Země se ptám, opravdu?“

Nikdo na začátku neočekával, že družice sítě Starlink budou takto jasné, dokonce ani pracovníci SpaceX ne. „Všechny nakonec překvapilo, jak výrazná je ‚šňůrka perel‘, kterou na obloze vytváří formace Starlink,“ říká Jeff Hall, ředitel observatoře v Arizoně. SpaceX ovšem upozorňuje na to, že návrh družic není konečný a že společnost neustále pracuje na zlepšeních z hlediska odrazivosti. Pozitivní zprávou tedy je, že společnost výzvy astronomů rozhodně neignoruje. Podle Patricie Cooperové prý SpaceX strávilo měsíce studiem nad tím, proč jsou družice vlastně tak jasné. Dnes už víme, že část problémů způsobovaly solární panely, které při změně oběžné dráhy mění svou pozici a tím zvyšují při pohledu ze Země odrazivost družic. Roli hraje také plochý tvar těla družice a SpaceX věří, že i změna povrchu některých částí zmírní jejich výslednou odrazivost.

Jasné řešení v nedohlednu?

V současnosti prý SpaceX již dostatečně pochopilo aspekty, kvůli kterým jsou družice sítě tak jasné, a již testuje způsoby, které pomohou snížit odrazivost a sníží tedy výslednou jasnost. SpaceX některá řešení zkouší přímo v kosmu. Například při prvním letošním startu v lednu vynesl Falcon 9 třetí sérii satelitů, včetně jednoho kusu s upraveným povrchem. Tomuto kusu se přezdívá Darksat (tmavá družice) a má oficiální označení Starlink-1130. Podle Cooperové je cílem pracovat společně s astronomickou komunitou na sledování a měření účinnosti nového povrchu. Může ovšem trvat měsíce, než budeme znát výsledky toho, jak moc je tato nová „tmavá družice“ vlastně efektivní. SpaceX se také soustředí na měření toho, jak moc nový povrch ovlivňuje tepelné a jiné vlastnosti. Může tedy trvat další měsíce, než se společnost rozhodne, zda nová řešení skutečně aplikuje na všechny budoucí družice sítě Starlink, nebo zda a kolik tmavých družic bude třeba do kosmu vyslat. Mezi tím však SpaceX bude dál pokračovat v budování sítě bez úprav.

Na začátku ledna na Havaji proběhl již 235. konference Americké astronomické společnosti a hlavním tématem byla samozřejmě problematika satelitních megakonstelací. Patricie Cooperová zde zastupovala SpaceX a z diskuse vyplynulo několik nových informací, ale další otázky naopak zůstávají stále nezodpovězeny. Například Cooperová se vyhla odpovědi, kdy tedy společnost SpaceX plánuje přijít s trvalým řešením.

Ukázalo se, že někteří astronomové mají důvod se obávat. Některé oblasti astronomie mohou být skutečně ovlivněny více než jiné. Jedna srovnávací studie například ukazuje, že potíže by mohly mít zejména oblasti pro dlouhodobé snímání velmi vzdálených objektů nebo méně jasných objektů. Což znamená, že vědci, kteří hledají vzdálené objekty za dráhou planety Neptun – včetně tajemné planety devět – by mohli mít problémy, až bude síť Starlink kompletní. Další problém je, že družice Starlink budou mnohem viditelnější během soumraku, což by mohlo mít negativní vliv při hledání blízkozemních asteroidů. „Záleží na tom, jakou vědu děláte, a o to vlastně vlastně jde,“ říká Jonathan McDowell, astrofyzik z Harvardu a expert na vesmírné lety, který napsal studii akceptovanou v Astrophysical Journal Letters.

Satelitní konstelace nemají negativní vliv jen na klasickou astronomii a astrofotografii, ale také radioastronomii. Opět se ale nejedná o nový problém. Například starší generace navigačních družic GPS a GLONASS způsobovaly rušení v pásmu L, které se podařilo vyřešit až v roce 2007. Podobný problém způsobovala také původní konstelace společnosti Iridium. Úřad FCC požaduje, aby nová síť Iridium NEXT toto rušení nezpůsobovala, avšak momentálně Iridium tento požadavek údajně nesplňuje. Rušení ale prý není tak výrazné jako v případě staré konstelace. Pro radioastronomy je proto skvělou zprávou, že SpaceX i OneWeb se rozhodly vzdát osminy pro ně vyhrazeného vysílacího pásma (nejnižší 250MHz kanál), aby vyšly vstříc radioastronomii.

Narušení pozorování způsobené družicemi Starlink na Lowellově observatoři. (Zdroj: Victoria Girgis/Lowell Observatory)

Ke cti společnost SpaceX budiž přičteno, že je od května 2019 (první start družic pro síť Starlink) v kontaktu s pracovní skupinou Americké astronomické společnosti (AAS), zřízenou právě krátce po prvním startu konstelace Starlink. Každý měsíc probíhá telekonference, kde se ze začátku řešil hlavně záměr SpaceX a pochopení plánů. V současnosti se astronomové snaží dozvědět více o výsledcích experimentů, které SpaceX podniká k tomu, aby snížilo jasnost svých družic.

První výsledky jsou už k dispozici a nutno uvést, že jsou rozporuplné. Astronomové provedli ze Země pozorování pomoci filtru Sloan g’ a r’ (Sloanovy fotometrické filtry) a porovnávali „tmavou družici“ se standardním exemplářem Starlink-1113. Měření proběhlo 6. března a 8. března 2020. Naměřená jasnost „tmavé družice“ byla 7,57±0,04 mag (vzdálenost od pozorovatele 976,5 km) a druhé družice Starlink-1113 pak 6,69±0,05 mag (vzdálenost od pozorovatele 941,6 km). Na první pohled je tedy patrné, že úpravy snížily jasnost, ale výsledky zrovna dvakrát oslnivé nejsou. Je potřeba si ovšem uvědomit, že se jedná o první měření a ne zrovna v nejlepší pozici družic vůči Slunci. Navíc porovnávací kus Starlink-1113 neměl tak úplně stejné parametry. Laicky a zjednodušeně řečeno došlo k poklesu jasnosti asi o 55 %, ovšem astronomové by uvítali pokles nejméně o 10–20násobek!

Pozorovávání Darksatu přibývají i od amatérských astronomů, včetně těch z České a Slovenské republiky. Jeden snímek zpracoval 19. března Juraj Hanula, který mi dovolil ho zde zveřejnit. Hvězda uprostřed fotografie je proměnná hvězda Epsilon Persei s magnitudou asi 3,8. Porovnání ukazuje, že Darksat je o něco méně jasný, což většinou postačuje laikům k vynášení soudu o zbytečnosti obav některých astronomů, ale to je naprosto zavádějící a chybná interpretace. Renomovaní vědci by jistě neriskovali svou pověst pro nic za nic.

Zdroj: Juraj Hanula

Přestože máme k dispozici pouze předběžné výsledky, tak lze myslím říci, že provedené úpravy nestačí a budou třeba další, zřejmě mnohem razantnější. Tony Tyson z AAS uvedl, že jejich simulace družic Starlink ukázaly, že budou vytvářet nejen jasné pruhy na snímcích pořízených dalekohledy, ale naruší i další optické přístroje a ovlivní saturaci pixelů. Na druhou stranu oceňuje zájem SpaceX stejně jako vedoucí pracovní skupiny astronomů ze skupiny AAS Jeff Hall. Ten poznamenal, že na rozdíl od některých ostrých mediálních útoků astronomické komunity, zejména na sociálních sítích, jsou diskuse jeho skupiny se SpaceX vždy vedené v přátelské atmosféře a poznamenal, že je SpaceX naopak velmi vstřícné a aktivní. Elon Musk například nedávno oznámil, že SpaceX na budoucích misích Starlinku vyzkouší také jakési sluneční stínidlo a další způsoby ztmavení satelitů.

V severních a jižních zeměpisných šířkách budou družice Starlink dominovat hlavně během prvních a posledních několika hodin noci. V létě bude tedy situace horší. Z venkovních oblastí půjde vidět až stovky družic této sítě. Astrofyzik Jonathan McDowell přirovnal situaci k oblastem u letišť, kde je vidět na obloze desítky světýlek. Je tedy nutné ještě počkat na další data, ale už teď je jasné, že bude třeba dalších úprav na družicích sítě Starlink.

Napětí ve světové komunitě astronomů stále stoupá a po shromáždění Americké astronomické společnosti Ethan Siegal ostře kritizoval diskusi AAS se SpaceX, když v narážce na Mnichovskou dohodu uvedl: „Jsme snad Neville Chamberlain Elona Muska?“ Jeff Hall však spolupráci s Muskovou společností hájil a podotkl, že není žádný důvod nevěřit tomu, co kolegové ze SpaceX říkají a proto se všichni vynasnaží, jak nejlépe umí, aby se společně pokusili situaci vyřešit. Toto tvrzení podporuje i vyjádření Patricie Cooperové, která uvedla, že SpaceX podporuje astronomy a váží si práce, kterou odvádějí, a proto se společnost zavázala, že nenaruší astronomická pozorování.

Hlavu vzhůru, to nejhorší teprve přijde

Přestože si AAS i SpaceX pochvalovaly společnou spolupráci, tak zatím nemáme fakticky jasno v tom, o kolik by jasnost družic vlastně musela klesnout, aby astronomové považovali konstelaci za přijatelnou. Podle SpaceX je teď hlavní snahou, aby družice nebyly viditelné pouhým okem, a podle Cooperové toho společnost dosáhne. To by prý pomohlo částečně rozptýlit obavy široké veřejnosti o noční oblohu. Ruskin Hartley, výkonný ředitel Mezinárodní asociace pro tmavou oblohu (IDA) na konferenci AAS uvedl, že ochrana noční oblohy před vizuálními dopady konstelací jako Starlink se stala pro jeho organizaci hlavní prioritou. Interní průzkum členů IDA ukázal, že jsou hluboce znepokojeni tím, co se stane s noční oblohou, až budou nasazeny kompletní konstelace družic Starlinku, OneWebu a dalších sítí. Ruskin souhlasil, že by družice podobných konstelací měly být alespoň pouhým okem neviditelné a vyzval ke „sdílenému správcovství“ všech společností plánující v nastávajících letech satelitní konstelace, tak aby minimalizovaly jejich dopad na noční oblohu.

Družice sítě OneWeb přichystané k odeslání na kosmodrom (Zdroj: Airbus)

Na stole už je prý několik dalších řešení, jak ještě víc snížit stávající jasnost, ale pravdou je, že na oběžnou dráhu jsou stále vynášeny družice bez těchto úprav. Elon Musk během svého vystoupení na nedávné konferenci Satellite 2020 prakticky potvrdil slova Patricie Cooperové a uklidňoval přítomné tvrzením, že konstelace Starlink nebude mít nakonec žádný vliv na pozemní astronomii: „Jsem si jistý, že nebudeme mít žádný vliv na astronomické objevy.“ A dodal: „Nulový vliv. To je moje předpověď. A pokud budou větší než nulový, tak přijmeme nápravná opatření.“ Přes Muskovo ujišťování je ovšem nutno si přiznat, že proslulí astronomové by nezacházeli tak daleko ve svých tvrzeních, co se týče nulového dopadu. Tony Tyson doufá, že se podaří v budoucnu družice alespoň dostatečně ztemnit tak, aby negativně nenarušovaly jejich detektory. „Stopy po družicích tu samozřejmě budou pořád, ale možná se nám podaří zachránit alespoň část vědy,“ dodal.

Astronomové jsou si samozřejmě vědomi, že konstelace Starlink není jediným problémem. Jsou tu i jiné početné sítě jako třeba OneWeb (i když ten momentálně bankrotuje). Družice této firmy jsou zase například po vynesení mnohem méně jasné. Mají zdánlivou hvězdnou velikost okolo 8. magnitudy a tudíž jsou pro běžného pozorovatele ze Země neviditelné, ale nikoli pro teleskopy. Jejich problémem je, že díky větší výšce trvá jejich přelet přes oblohu déle. Společnost AAS tedy oslovila i OneWeb k řešení dopadu na astronomii a jedno je jisté. Každá další konstelace zase o něco změní současnou podobu oblohy.

Prognózy naznačují, že v nejbližších letech se dočkáme tří základních vln megakonstelací. První vlna už prakticky započala a lze do ní zahrnout budování sítí OneWeb a Starlink. Pak mají přijít na řadu konstelace od společností Telesat anebo DARPA-Blackjack. V třetí vlně se očekává početná síť společnosti Amazon (Project Kuiper). Někde mezi druhou a třetí vlnou se očekává zahájení výstavby dvou čínských konstelací CASIC (156 družic Chung-jen) a CASC (320–864 družic Chung-jün). Už v prosinci minulého roku Čína v rámci těchto programů vynesla testovací kusy na oběžnou dráhu. V plánu je pro nadcházejích 5 let vynést do kosmu až 20 000 tisíc nových družic a všechny zamíří na nízkou (LEO) nebo střední oběžnou dráhu (MEO)! Z dostupných dat jsem vytvořil tabulku, ve které jsou zahrnuty nejznámější plánované konstelace a dvě již dokončené (Iridium, Globalstar).

Operátor Název Země Počet Pásmo Zaměření
Amazon Project Kuiper USA 3236 Ka Globální širokopásmové připojení
Blacksky Global Blacksky USA 60 Dálkový průzkum
Boeing USA 2956 V Globální širokopásmové připojení
Boeing USA 60 Ka Vysokorychlostní připojení pro koncové uživatele
CASC Chung-jün Čína Až 864 L, Ka Globální širokopásmové připojení
CASIC Chung-jen Čína 156 Ka Širokopásmová telekomunikace
Globalstar GlobalStar USA 24 S Nízkorychlostní / telefonní přenosy
Iridium Iridium NEXT USA 75 L Globální telekomunikace, satelitní telefonní síť, přenosové
Karousel LLC USA 12 Ka Telekomunikační družice
OneWeb  OneWeb USA/Velká Británie 650 Ku Globální širokopásmové připojení
Planet Labs Flock USA 217 Dálkový průzkum
RSSC Rusko 288 Ka, Ku Vysokorychlostní telekomunikace
SES O3b USA 42 Ka Širokopásmové služby
Sky a Space Global Anglie 200 L, S Úzkopásmová telekomunikace
SpaceX Starlink USA 7518 V Globální širokopásmové připojení
SpaceX Starlink USA 4425 Ka, Ku Globální širokopásmové připojení
Telesat Telesat Kanada 117 Ka Telekomunikační
ViaSat USA 24 Ka, V Telekomunikační

Každá z těchto konstelací je potenciální hrozbou pro astronomii. Pokrok ovšem úplně zastavit nelze. Podobný scénář by tu byl i bez sítě Starlink Elona Muska. Jen asi ne tak brzy. S obdobnou megakonstelací by jistě za pár let přišla jiná společnost, která by třeba ani neměla snahu na základě kritiky cokoli měnit a astronomie by v takovém případě byla ohrožena ještě mnohem víc. Ostatně takový scénář není vyloučen ani v budoucnu. Jednou z cest, jak lze tuto situaci řešit a zmírnit dopady na astronomii, je rozvoj tzv. pseudo-družic, které by mohly být v některých případech vhodnou alternativou pro klasické družice. Pokud máte zájem o více informací ohledně těchto platforem, tak vám doporučím článek, který mi na toto téma nedávno vyšel na Kosmonautix.cz. Další možností může být úprava legislativy, ale to může trvat roky.

Neoficiální vizualizace satelitů Starlink (Autor: AstroReeseW / Twitter)

Vyhlídky jsou takové, že družic bude přibývat. K rozmachu už se schylovalo dávno. Ke cti SpaceX je nutno přičíst to, že se snaží vzniklou situaci alespoň nějak řešit, ale může se klidně stát, že tu bude společnost, stát či agentura, které to bude všechno vcelku jedno, a vlastně ani dosud neexistuje způsob, jak tomu fakticky zabránit. Takže se dá očekávat, že v budoucnu bude situace pro astronomii bohužel ještě mnohem horší.

Pravdou je, že noční obloha nadneseně patří každému z nás a neměl by nám být její osud úplně lhostejný. Je to světové přírodní dědictví a je třeba jej chránit. Už naši předci z hluboké historie se z oblohy mnohému naučili. Před naší generací teď leží velký úkol, který bude mít dopad na budoucnost černé oblohy, a teď více než kdy dříve se musíme opět zamyslet nad tím, co vše se ještě můžeme „z hvězd“ naučit.

Zdroje: Science Magazine, Space News, Phys.org, VTM, Space.com, Spaceflight Now a další

Karel Zvoník



Mohlo by se vám líbit...

Odebírat komentáře
Nastavit upozorňování na
guest
66 Komentáře
nejstarší
nejnovější nejlepší
Inline Feedbacks
Zobrazit všechny komentáře