Studie změřila vliv Starlinku na astronomické snímky a NASA varuje před riziky zvýšeného počtu družic na orbitě

Starlink společnosti SpaceX je přelomový počin, ale zároveň není bez rizika. Zejména vysoký počet družic mnozí považují za hazard a varují, že by se v případě nějaké nehody mohla spustit orbitální řetězová reakce podobná té, která byla k vidění například ve filmu Gravitace. Do debaty se zapojila i NASA a další vrásky Starlink přidělává astronomům, kteří se bojí narušení pozemních pozorování. Nová studie se rozhodla vliv družic Starlink na astronomii změřit konkrétně.

Dobrou a jistě pozitivní zprávou je, že SpaceX výtky neignoruje a naopak se snaží v rámci možností upravovat družice konstelace tak, aby škodily co možná nejméně. Stále se ovšem problémy nepodařilo zcela vyřešit (to nejspíš nebude možné nikdy). Článek publikovaný tento rok v časopise The Astrophysics Journal Letters odhalil, že asi pětina snímků pořízených během soumraku z observatoře Palomar je ovlivněna konstelací Starlink. Dialog mezi SpaceX a astronomickou komunitou je velmi důležitý a měl by pokračovat. Výsledky jsou totiž prospěšné pro obě strany. Observatoř Palomar (Zwicky Transient Facility, ZTF) skenuje noční oblohu každé dva dny a všímá si jakýchkoli změn. Pátrá tedy po asteroidech a je schopna odhalit i výbuch hvězd. Výzkum zjistil, že od listopadu 2019 do září 2021 byly pruhy družic Starlink pozorovány na 5 301 snímcích.

Snímek galaxie Andromeda z 19. května 2021 narušený čmouhou po jedné z družic Starlink. (Zdroj: Caltech Optical Observatories/IPAC)

Tyto pruhy byly nejvíce patrné při pozorováních během soumraku, což je způsobeno hlavně polohou Slunce. Výsledkem je, že přibližně 64 % zachycených drah bylo pořízeno nízko nad obzorem za soumraku. Počet pruhů na snímcích se zvýšil z 0,5 % snímků na konci roku 2019 na 18 % snímků v srpnu 2021. Tým navíc očekává, že do konce desetiletí bude postižen každý jednotlivý soumrakový snímek, protože Starlink se rozšíří z dnešních přibližně 2000 kusů na přibližně 10 000. Je ovšem důležité poznamenat, že tým také uvedl, že pruhy ovlivňují méně než 0,1 % pixelů na daném snímku. Což fakticky znamená, že mají velmi malý vliv na to, co chtějí astronomové pozorovat. Existuje jen velmi malá pravděpodobnost, že by za pruhem na snímku byl schovaný třeba asteroid nebo jiná událost. Oproti třeba nepříznivému počasí, je toto pro observatoř Palomar opravdu zanedbatelný problém, tedy alespoň prozatím.

Diagram názorně ukazuje, že s narůstajícím počtem družic Starlink narůstá i procento narušených snímků pořízených na observatoři Palomar. (Zdroj: Caltech Optical Observatories/IPAC)

Przemek Mróz, hlavní autor studie zabývající se dopadem Starlinku na astronomii, a bývalý postdoktorant Caltechu, který nyní působí na Varšavské univerzitě, říká: „Podle mého názoru se společnost SpaceX zachovala zodpovědně, když nainstalovala stínítka omezující jas svých družic.“ Představitelé SpaceX tvrdí, že v době vzniku konstelace jednoduše nevěděli, že to bude problém. V roce 2019 prezidentka společnosti Gwynne Shotwell řekla: „Nikdo na to nepomyslel. My jsme na to nepomysleli. Nenapadlo to ani astronomickou komunitu.“ Po prvních startech se ovšem ukázalo, že jsou satelity mnohem jasnější, než se čekalo, a vzniklou situaci se ve spolupráci s astronomickou komunitou rozhodla firma Elona Muska řešit. Bylo provedeno několik úprav družic, aby se snížila jejich odrazivost. Ať už použitím speciálních materiálů, nebo instalací stínítka. Viditelnost se podařilo snížit, ale nikoli odstranit.

VisorSat je typ družice vybavený sluneční clonou. (Zdroj: SpaceX, úprava: Karel Zvoník)

Výzkumníci zjistili, že družice stále nejsou dostatečně tmavé, aby splňovaly mezinárodně dohodnuté směrnice. Podepsané byly na workshopu v roce 2020, na kterém se podílela i Americká astronomická společnost, a kde se obě strany dohodly, že družice na nízké oběžné dráze Země (LEO) by měly mít jasnost alespoň 7 mag. Mag je označení pro magnitudu, což je veličina udávající zdánlivou jasnost objektu na obloze. Platí, že čím větší toto číslo je, tím je objekt méně jasný. Pro pozorování bez dalekohledu jsme mimo městské osvětlení schopni vidět objekty s magnitudou okolo 6. Na objekty s magnitudou vyšší už je třeba dalekohled. Vědci bohužel zjistili, že současné družice konstelace Starlink mají jasnost kolem 6,8 magnitudy. To je sice slabší než jakákoli hvězda, kterou můžete vidět pouhým okem, ale ne dost na to, aby družice splňovaly dohodnutá kritéria. Nové satelity Starlink jsou ovšem už asi pětkrát slabší než ty původní a pracuje se na dalších zlepšeních. Například druhá generace družic Starlink je na rozdíl od té současné už od začátku navrhována s ohledem na co nejnižší jasnost na obloze.

Družice Starlink na noční obloze (Zdroj: Mashable)

Studie tedy ukázala, že i kdyby SpaceX nasadilo celou konstelaci 40 000 družic, neovlivní to významně vědecké operace na observatoři v Kalifornii, protože by bylo ovlivněno (zamaskováno) méně než jedno procento pixelů. Toto ovšem nemusí platit pro jiné observatoře! Nicméně získané výsledky jsou prvním zhodnocením důsledků skutečného dopadu na konkrétní pracoviště. První data ukazují, že dopad není tak katastrofický. Pořád bude ovšem nutné snímky „čistit“ pomoci softwarových nástrojů. Astronomové tento proces přirovnávají k čištění předního skla automobilu od hmyzu kvůli lepší viditelnosti.

Zde je krátký výňatek ze zprávy: „Rostou obavy z dopadu konstelací družic na nízké oběžné dráze (LEO) na pozemní astronomická pozorování, zejména na širokoúhlé průzkumy v optickém a infračerveném oboru. Zařízení Zwicky Transient Facility (ZTF) v Kalifornii představuje díky velkému zornému poli své kamery ideální zařízení pro studium vlivu megakonstelací na nízké oběžné dráze, jako je Starlink společnosti SpaceX, na astronomické pozorování. Archivní pozorování ZTF shromážděná mezi listopadem 2019 a zářím 2021 našla 5301 pruhů družic, které lze připsat družicím Starlink. Zjišťujeme, že počet postižených snímků s časem roste, protože SpaceX nasazuje více družic. Postižena jsou zejména pozorování za soumraku – podíl snímků s pruhy pořízených za soumraku se zvýšil z méně než 0,5 % na konci roku 2019 na 18 % v srpnu 2021. Odhadujeme, že jakmile velikost konstelace Starlink dosáhne 10 000, mohou být ovlivněny v podstatě všechny snímky ZTF pořízené za soumraku. Nicméně i přes nárůst počtu pruhů družic pozorovaných během analyzovaného období nejsou současné vědecké operace ZTF zatím výrazně ovlivněny. Zjistili jsme také, že změna designu družic Starlink (instalací clon, které mají zabránit dopadu slunečního světla na antény družic a zabránit tak odrazu) snižuje jejich jasnost o faktor 4,6 ± 0,1 vzhledem k původnímu designu.“

Neoficiální render družice Starlink na oběžné dráze Země (Autor: @ErcXspace)

Jenže SpaceX není jedinou společností, která zamýšlí budování konstelace. Ve skutečnosti podobných projektů stále přibývá. Pokud všechny společnosti dodrží své plány, tak na nízké oběžné dráze Země by mohlo být vidět až 100 000 satelitů! Do konce desetiletí se očekává, že na specifickém místě nějaké observatoře bude nad obzorem v jeden moment více než 5 000 satelitů. Několik set až tisíc těchto satelitů bude osvětleno Sluncem. Tyto družice budou detekovatelné i těmi nejmenšími optickými nebo infračervenými dalekohledy v závislosti na konkrétní hodině a ročním období. Těžko se odhaduje, jaký dopad potom něco takového bude mít. Některé konstelace jsou ovšem v plánu pro vyšší oběžné dráhy a to znamená, že by mohly být ohroženy i snímky pořízené po soumraku. Takže důvod k radosti rozhodně není na místě, ale stejně tak to nemusí být neřešitelné. Dalším nebezpečím je i možnost vzájemných kolizí.

Konstelaci společnosti OneWeb bude tvořit 650 satelitů ve výšce 1200 km (Zdroj: OneWeb)

NASA má obavy z možného výrazného zvýšení frekvence konjunkcí a možných dopadů na vědecké i pilotované mise. Nedávno tedy napsala dopis Federálnímu úřadu pro komunikaci (FCC). Zpráva nastiňuje nebezpečí, která představuje plánované vypuštění dalších zhruba 30 000 satelitů Starlink druhé generace na oběžnou dráhu. Ta zahrnují rizika kolizí s ostatními družicemi, interferenci s dalekohledy hledajícími asteroidy a také potenciální opoždění startů raket kvůli prolétávajícím satelitům.

NASA v dopise zpochybnila tvrzení společnosti SpaceX, že družice Starlink představují nulové riziko srážky s velkým objektem na oběžné dráze díky schopnosti automaticky manévrovat. Agentura uvádí, že toto tvrzení zatím není statisticky podloženo a zároveň nelze předpokládat, že všechny systémy a družice budou vždy 100% spolehlivé. NASA proto doporučuje, aby SpaceX provedlo podrobnou studii automatického protikolizního systému, která ověří jeho spolehlivost i po přidání desítek tisíc dalších družic do sítě Starlink a zároveň zohlední potenciální vliv dalších megakonstelací, které už tou dobou mohou být v provozu. NASA varuje, že momentálně neexistují ustálená pravidla orbitálního provozu, což by mohlo vést k problémům při interakcích konstelací různých společností. SpaceX také volá po zavedení jasnějších a závazných pravidel, aby se těmto případným problémům předešlo. Nicméně stojí za to připomenout, že NASA už dnes důvěřuje antikoliznímu systému SpaceX natolik, že agentura uzavřela dohodu se SpaceX, podle které v případě potenciálně nebezpečného přiblížení družice Starlink ke stanici ISS nebo nějaké vědecké družice, bude NASA spoléhat na úhybný manévr ze strany SpaceX.

Mezinárodní vesmírná stanice v listopadu 2021. Snímek byl pořízen z paluby Crew Dragonu. (Foto: NASA)

Agentura NASA se také obává dopadu družic na detekci případných takzvaných zabijáckých asteroidů. NASA odhaduje, že na každém jednotlivém snímku z průzkumu asteroidů pořízeném za účelem planetární obrany proti nebezpečným dopadům asteroidů by byly stopy po družicích Starlink, což by snížilo účinnost průzkumu asteroidů tím, že by části snímků byly nepoužitelné. Tyto obavy se mi zdají od NASA až přehnané, obzvláště pokud teď víme, že dopad na astronomii nemusí být tak zásadní. Navíc je to příležitost vytvořit nové softwarové programy, což se ostatně již děje. Ruský start-up například testuje technologii, která filtruje stopy družic Starlink na snímcích. Systém Stealth Transit detekuje blížící se satelity a pomocí aktivní závěrky přeruší expozici, aby ochránil astronomická pozorování před nežádoucími účinky prolétajících satelitů. Podobných vychytávek bude jistě přibývat, a je to opět jen na důmyslnosti.

Snímek ukazuje práci systému Stealth Transit, který sleduje průlety družic v ohnisku, a před jejich vstupem do záběru je schopný uzavřít závěrku a po průletu ji opět otevřít. (Zdroj: Stealth Transit)

Další obavou, kterou NASA v dopise vyjádřila, je omezení příležitostí pro starty raket nebo návraty kosmických lodí kvůli zvýšenému počtu přelétávajících satelitů. To je něco, na co si v minulosti stěžoval například i šéf společnosti Rocket Lab Peter Beck. Podle něj měla firma méně příležitostí pro start své rakety Electron kvůli přelétávajícímu vláčku čerstvě vypuštěných družic Starlink. Konkrétně NASA navrhuje, aby SpaceX provedlo studii, která porovná, jaký vliv budou mít desítky tisíc dalších družic Starlink na startovní příležitost pro mise NASA. Problém by to totiž mohl být například u meziplanetárních misí typu Europa Clipper, u kterých jsou už dnes značně omezená startovní okna kvůli optimální poloze planet.

Jak velkým problémem budou velké konstelace pro pilotovaný program, si netroufám odhadnout, ale věřím, že i zde se dají udělat kroky, které rizika eliminují na minimum. Byť úplně se je asi nikdy odstranit nepodaří. Rizik spojených s lety lidí do vesmíru je ovšem mnohem víc a míra nebezpečí tu bude vždy. Osobně bych to přirovnal třeba k nárůstu dopravy. Počet aut je na silnicích mnohonásobně vyšší než v minulosti. Automaticky tedy stoupá i riziko nehod, ale opět se nám daří toto riziko snižovat díky technologiím, které byly třeba ještě před 40 lety nemyslitelné.

Karel Zvoník

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!




Mohlo by se vám líbit...

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