SG.hu
A műholdrendszerek a legnagyobb fenyegetés a csillagászok számára
Hiába telepítenék a Földről az űrbe a teleszkópokat, ott is elvakítanák őket a műholdak.
Egy elemzést tett közzé három NASA-csillagász, amely szerint több tervezett orbitális teleszkóp képeit keresztül-kasul átszelnék a tervezés alatt álló műholdrendszerek, például a teljesen kiépített Starlink és versenytársai. Miközben a műholdrendszerek földi távcsövekre gyakorolt hatását széles körben vizsgálták, az űrbeli hardvereket eddig viszonylag immunisnak tartották a zavarásokkal szemben. Ám a műholdrendszerek tervezett bővítése, valamint a közelgő küldetések egyes jellemzői azt jelentik, hogy legalább egy javasolt obszervatórium átlagosan majdnem 100 műholdnyomot látna minden egyes expozícióban. A helyzetet tovább rontja, hogy néhány tervezett intézkedés, amely a földi távcsövekre gyakorolt hatás csökkentését célozza, valójában még rosszabbá tenné a helyzetet az űrben.
A műholdrendszerek viszonylag új fenyegetést jelentenek a csillagászat számára. Mielőtt a SpaceX újrafelhasználható rakétái által előidézett indítási költségcsökkenés bekövetkezett, a legnagyobb műholdrendszerek néhány tucat műholdból álltak. A Starlink rendszer gyors növekedése azonban olyan problémákat okozott a földi csillagászat számára, amelyek nem könnyen oldhatók meg.
Sajnos akkor sem lehetne ezt megoldani, ha végtelen költségvetés állna rendelkezésre, és jobban támaszkodnánk az űralapú hardverre. Noha az orbitális műholdak felette lennének több problémát okozó rendszernek, de az új eszközök nagy része olyan magasságban kering, hogy így is zavarnák a megfigyeléseket. A Hubble Űrtávcső képarchívumának vizsgálata például azt mutatja, hogy a közelmúltbeli képek több mint négy százaléka tartalmaz műholdnyomot, ami jelentős növekedés az évszázad korábbi éveihez képest. Persze vVannak olyan űralapú teleszkópok, amelyek nem a Föld körül keringenek, például a James Webb Űrtávcső, amelyek továbbra is gondtalanul működhetnek. Ezek indítása azonban drága, és túl messze vannak a Földtől ahhoz, hogy a Hubble-hez hasonló rendszeres karbantartást kapjanak.
És a probléma csak egyre rosszabb lesz - állítja a kaliforniai NASA Ames Kutatóközpont három csillagásza, Alejandro Borlaff, Pamela Marcum és Steve Howell. Az amerikai Szövetségi Kommunikációs Bizottsághoz benyújtott dokumentumok alapján megállapították, hogy ha minden tervezett indítás megvalósul, a jelenlegi műholdak összesen csupán a három százalékát teszik ki annak, ami egy évtized múlva Föld körüli pályán lesz. Hogy megbecsüljék, milyen hatással lehet ez a műholdáradat a csillagászatra, a három kutató több kulcsfontosságú orbitális obszervatóriumra összpontosított. Ezek egyike a Hubble. Egy másik a frissen indított SPHEREx, amely teljes égboltfelmérést végez az infravörös tartományban. A kínaiak fejlesztenek egy Xuntian nevű teleszkópot, amely az űrállomásukkal együttműködésben fog működni, és az Európai Űrügynökség egy ARRAKIHS nevű küldetést készít elő, amely a közeli galaxisok sötétanyag-halóit fogja vizsgálni.
A műholdak megfigyelésekre gyakorolt hatása sok tényezőtől függ. Sok műhold állandó infravörös és rádiósugárzást bocsát ki, így mindig fennáll a lehetősége, hogy zavarja az adott hullámhosszon történő képalkotást. A napfényt is visszaverik, de ennek legnagyobb a valószínűsége akkor, amikor a látómezőjük közel esik a horizontjukhoz (vagyis amit a műholdon ülő megfigyelő a Föld hajnal- vagy alkonyati peremének látna). Bár lehetséges, hogy a megfigyelések során igyekeznek elkerülni a horizontot, ez nehézséget jelent, ha hosszú expozíciókra van szükség. Az olyan felmérések, amelyek célja a Föld pályáját keresztező aszteroidák azonosítása, mindig kénytelenek lesznek a horizont közelében képalkotást végezni.
Egy másik kulcsfontosságú tényező az obszervatórium magassága. Az olyan berendezés, mint az Xuntian, amelynek pályájának el kell érnie az űrállomást, szükségszerűen alacsonyabb magasságban lesz, és így több műholdrendszer alatt helyezkedik el. A SPHEREx, mint kisebb, önálló műhold, potenciálisan magasabb pályára is emelhető. Így a műholdrendszerek jelentette kockázat nagyban változhat attól függően, hol található maga az obszervatórium, milyen hullámhosszakra érzékeny, és mire használják. Éppen ezért vizsgált Borlaff, Marcum és Howell több nagyon különböző hardvert, bár elemzésüket korlátozták azokra a műholdakra, amelyek napfényben fürödve haladnak át az obszervatórium látómezején.
Ha a műholdrendszereket a tervezett mértékig kiépítik, körülbelül 550 000 műhold kering majd a Föld körül. Ezen a ponton a kutatók becslése szerint egy a Hubble által készített átlagos képen két műholdnyom lesz, míg a SPHEREx ötöt mutatna. Innen a helyzet drámaian romlik: az ARRAKIHS esetében 69, a Xuntian esetében 92 nyom jelenne meg átlagosan. A Hubble képeinek több mint egyharmadán legalább egy nyom lenne látható, míg a többi teleszkóp szinte minden felvétele tartalmazna legalább egyet. A Xuntian problémái nagyrészt alacsony pályájából fakadnak. Az ARRAKIHS magasabban lesz, de szélesebb látómezővel rendelkezik, és várhatóan hosszú, 600 másodperces expozíciókat fog készíteni, ami növeli a műholdelhaladás esélyét. A Hubble ezzel szemben keskeny látómezővel rendelkezik, ami korlátozza annak esélyét, hogy műholdak áthaladjanak a mezőjén. A kutatók a becslések érvényesítésére modellezték a jelenlegi műholdpopuláció Hubble-re gyakorolt hatását, és a kapott műholdnyomok aránya hasonló volt a ténylegesen megfigyelthez.
A problémára nincs jó megoldás. Jelenleg a legjobb gyakorlat az, hogy a műholdakat úgy tájolják, hogy minél kevésbé a földi távcsövek irányába verjék vissza a fényt. Ez a tájolás azonban valójában növeli annak esélyét, hogy épp az űrbéli hardver felé tükrözzék vissza a fényt. Ezen felül a műholdak a napelemeiket mindig a Nap felé tájolják, ami azt jelenti, hogy nagyobb eséllyel néznek „szemből” és maximálisan fényvisszaverően bármely, a Nappal ellentétes irányba néző teleszkóp felé.
A műholdrendszerek alacsonyabb pályára helyezése ugyan eltávolítaná őket több obszervatórium elől, de a műholdak így nagyobb légköri súrlódásnak lennének kitéve, ezért rövidebb lenne az élettartamuk a pályán - ezt pedig aligha fogadnák el azok a vállalatok, amelyek ezeket pályára állítják. Ennek ellenére ez a legjobb megoldás, amit a csillagászok jelenleg ismernek, mivel a kutatók szerint „kritikus fontosságú kijelölni biztonságos és korlátozott pályarétegeket az űr fenntartható használatához.”
Egy elemzést tett közzé három NASA-csillagász, amely szerint több tervezett orbitális teleszkóp képeit keresztül-kasul átszelnék a tervezés alatt álló műholdrendszerek, például a teljesen kiépített Starlink és versenytársai. Miközben a műholdrendszerek földi távcsövekre gyakorolt hatását széles körben vizsgálták, az űrbeli hardvereket eddig viszonylag immunisnak tartották a zavarásokkal szemben. Ám a műholdrendszerek tervezett bővítése, valamint a közelgő küldetések egyes jellemzői azt jelentik, hogy legalább egy javasolt obszervatórium átlagosan majdnem 100 műholdnyomot látna minden egyes expozícióban. A helyzetet tovább rontja, hogy néhány tervezett intézkedés, amely a földi távcsövekre gyakorolt hatás csökkentését célozza, valójában még rosszabbá tenné a helyzetet az űrben.
A műholdrendszerek viszonylag új fenyegetést jelentenek a csillagászat számára. Mielőtt a SpaceX újrafelhasználható rakétái által előidézett indítási költségcsökkenés bekövetkezett, a legnagyobb műholdrendszerek néhány tucat műholdból álltak. A Starlink rendszer gyors növekedése azonban olyan problémákat okozott a földi csillagászat számára, amelyek nem könnyen oldhatók meg.
Sajnos akkor sem lehetne ezt megoldani, ha végtelen költségvetés állna rendelkezésre, és jobban támaszkodnánk az űralapú hardverre. Noha az orbitális műholdak felette lennének több problémát okozó rendszernek, de az új eszközök nagy része olyan magasságban kering, hogy így is zavarnák a megfigyeléseket. A Hubble Űrtávcső képarchívumának vizsgálata például azt mutatja, hogy a közelmúltbeli képek több mint négy százaléka tartalmaz műholdnyomot, ami jelentős növekedés az évszázad korábbi éveihez képest. Persze vVannak olyan űralapú teleszkópok, amelyek nem a Föld körül keringenek, például a James Webb Űrtávcső, amelyek továbbra is gondtalanul működhetnek. Ezek indítása azonban drága, és túl messze vannak a Földtől ahhoz, hogy a Hubble-hez hasonló rendszeres karbantartást kapjanak.
És a probléma csak egyre rosszabb lesz - állítja a kaliforniai NASA Ames Kutatóközpont három csillagásza, Alejandro Borlaff, Pamela Marcum és Steve Howell. Az amerikai Szövetségi Kommunikációs Bizottsághoz benyújtott dokumentumok alapján megállapították, hogy ha minden tervezett indítás megvalósul, a jelenlegi műholdak összesen csupán a három százalékát teszik ki annak, ami egy évtized múlva Föld körüli pályán lesz. Hogy megbecsüljék, milyen hatással lehet ez a műholdáradat a csillagászatra, a három kutató több kulcsfontosságú orbitális obszervatóriumra összpontosított. Ezek egyike a Hubble. Egy másik a frissen indított SPHEREx, amely teljes égboltfelmérést végez az infravörös tartományban. A kínaiak fejlesztenek egy Xuntian nevű teleszkópot, amely az űrállomásukkal együttműködésben fog működni, és az Európai Űrügynökség egy ARRAKIHS nevű küldetést készít elő, amely a közeli galaxisok sötétanyag-halóit fogja vizsgálni.
A műholdak megfigyelésekre gyakorolt hatása sok tényezőtől függ. Sok műhold állandó infravörös és rádiósugárzást bocsát ki, így mindig fennáll a lehetősége, hogy zavarja az adott hullámhosszon történő képalkotást. A napfényt is visszaverik, de ennek legnagyobb a valószínűsége akkor, amikor a látómezőjük közel esik a horizontjukhoz (vagyis amit a műholdon ülő megfigyelő a Föld hajnal- vagy alkonyati peremének látna). Bár lehetséges, hogy a megfigyelések során igyekeznek elkerülni a horizontot, ez nehézséget jelent, ha hosszú expozíciókra van szükség. Az olyan felmérések, amelyek célja a Föld pályáját keresztező aszteroidák azonosítása, mindig kénytelenek lesznek a horizont közelében képalkotást végezni.
Egy másik kulcsfontosságú tényező az obszervatórium magassága. Az olyan berendezés, mint az Xuntian, amelynek pályájának el kell érnie az űrállomást, szükségszerűen alacsonyabb magasságban lesz, és így több műholdrendszer alatt helyezkedik el. A SPHEREx, mint kisebb, önálló műhold, potenciálisan magasabb pályára is emelhető. Így a műholdrendszerek jelentette kockázat nagyban változhat attól függően, hol található maga az obszervatórium, milyen hullámhosszakra érzékeny, és mire használják. Éppen ezért vizsgált Borlaff, Marcum és Howell több nagyon különböző hardvert, bár elemzésüket korlátozták azokra a műholdakra, amelyek napfényben fürödve haladnak át az obszervatórium látómezején.
Ha a műholdrendszereket a tervezett mértékig kiépítik, körülbelül 550 000 műhold kering majd a Föld körül. Ezen a ponton a kutatók becslése szerint egy a Hubble által készített átlagos képen két műholdnyom lesz, míg a SPHEREx ötöt mutatna. Innen a helyzet drámaian romlik: az ARRAKIHS esetében 69, a Xuntian esetében 92 nyom jelenne meg átlagosan. A Hubble képeinek több mint egyharmadán legalább egy nyom lenne látható, míg a többi teleszkóp szinte minden felvétele tartalmazna legalább egyet. A Xuntian problémái nagyrészt alacsony pályájából fakadnak. Az ARRAKIHS magasabban lesz, de szélesebb látómezővel rendelkezik, és várhatóan hosszú, 600 másodperces expozíciókat fog készíteni, ami növeli a műholdelhaladás esélyét. A Hubble ezzel szemben keskeny látómezővel rendelkezik, ami korlátozza annak esélyét, hogy műholdak áthaladjanak a mezőjén. A kutatók a becslések érvényesítésére modellezték a jelenlegi műholdpopuláció Hubble-re gyakorolt hatását, és a kapott műholdnyomok aránya hasonló volt a ténylegesen megfigyelthez.
A problémára nincs jó megoldás. Jelenleg a legjobb gyakorlat az, hogy a műholdakat úgy tájolják, hogy minél kevésbé a földi távcsövek irányába verjék vissza a fényt. Ez a tájolás azonban valójában növeli annak esélyét, hogy épp az űrbéli hardver felé tükrözzék vissza a fényt. Ezen felül a műholdak a napelemeiket mindig a Nap felé tájolják, ami azt jelenti, hogy nagyobb eséllyel néznek „szemből” és maximálisan fényvisszaverően bármely, a Nappal ellentétes irányba néző teleszkóp felé.
A műholdrendszerek alacsonyabb pályára helyezése ugyan eltávolítaná őket több obszervatórium elől, de a műholdak így nagyobb légköri súrlódásnak lennének kitéve, ezért rövidebb lenne az élettartamuk a pályán - ezt pedig aligha fogadnák el azok a vállalatok, amelyek ezeket pályára állítják. Ennek ellenére ez a legjobb megoldás, amit a csillagászok jelenleg ismernek, mivel a kutatók szerint „kritikus fontosságú kijelölni biztonságos és korlátozott pályarétegeket az űr fenntartható használatához.”