Radioastronomové se obávají vlivu družicových megasítí na chystané velké soustavy radioteleskopů

Koncepce „radioteleskopu o ploše jeden kilometr čtvereční“ (Square Kilometer Array) se začala rodit v devadesátých letech 20. století. Cílem je vybudovat mezinárodní projekt, který bude operovat s největším radioteleskopem světa. Do projektu jsou zapojeny tisíce vědců a inženýrů z 15 zemí a testuje se na třech zkušebních lokalitách v západní Austrálii a Jižní Africe (Australian Square Kilometre Array Pathfinder, the Murchison Widefield Array (MWA) a the MeerKAT array).

Vzhledem k tomu, že družicové megasítě chtějí sdílet stejné rádiové frekvence, v jakých operují sítě radioteleskopů, existuje zde reálný problém rádiového rušení pozorování od družic na oběžné dráze. Asi si kladete otázku, jak je možné, že tento problém zde nebyl již v minulosti. Je to tím, že počet právě viditelných družic nad obzorem, které by rušily pozorování, byl silně omezen. Navíc většina se nachází na geostacionární dráze v téměř stejné pozici.

Nyní už je situace jiná. K 1. srpnu 2020 jsme měli na oběžné dráze Země 2 787 funkčních družic. Navíc v následujících letech se má jejich počet velmi rychle násobit na počet přesahující počet 6400 kusů, ale reálně hrozí i počty jdou ke stu tisícům. A to bude znamenat reálnou hrozbu pro radioteleskopy, zvláště ty, které jsou nyní budovány, jako je SKA-Mid telescope v Jižní Africe. Tato observatoř se má skládat ze 197 rádiových antén sledujících oblohu v oboru středních frekvencí rádiových vln. Obavy panují ze zarušení pásma 5b, které používají družice i SKA-Mid telescope. Aktuální analýza vlivu družicových megasítí se zatím nezabývala vlivem na  antény v západní Austrálii, které používají frekvence nízké (low frequency telescope).

Ve chvíli, kdy se začaly objevovat informace o megasítích, typu sítě Starlink, provedla SKAO studii, která kvantifikuje vliv těchto družicových konstelací na sítě radioteleskopů. Průzkum se zaměřil na tři oblasti. První se zaměřuje na možnost fyzického poškození radioteleskopů. Druhá na zarušení přístrojů a třetí na dopad na vědecké výsledky.

V prvním případě jde o to, že silné rádiové signály z družic mohou přímo zasáhnout antény radioteleskopů. V druhém, že dojde k úplnému zarušení přístrojů signálem družic a zastření signálů pozorovaných objektů. To učiní přijímač krátkodobě nepoužitelným. V první fázi výstavby megasítí (při počtu družic do 6400), by šlo o ještě relativně přijatelně krátké okamžiky, které zcela nemusí zhatit pozorování. V případě 100 000 družic už by ale pauzy mezi rušením mohly být tak krátké, že by šlo vlastně o kontinuální zarušení. To by tedy do třetice znamenalo úplnou ztrátu vědecky cenných pozorování.

SKAO ale ukazuje, že už při počtu 6400 družic ztratí radioteleskopy na citlivosti vlivem neustálého rušení. Nejvíce to bude mít vliv na studium mimo jiné velkých mračen organických molekul a molekul v extragalaktickém prostředí. Dr. Robert Braun, vědecký ředitel SKA vysvětluje: „Je zde obecně velký zájem ve vědecké komunitě i široké veřejnosti odhalit tajemství vzniku života, kromě toho, který se zrodil na Zemi. Jednou z nejslibnějších metod je hledat v naší Galaxii komplexy prebiotických molekul, jejichž typické spektrální otisky lze pozorovat v rádiovém oboru v pásmu 10 až 15 GHz. To je jenom jeden z mnoha zajímavých vědeckých úkolů, které závisí na možnosti mít k dispozici velmi citlivé aparatury v tomto oboru elektromagnetického spektra. Vyhlídka ztráty citlivosti právě v tomto oboru je pro nás silně znepokojující.“

Pokud budou družice vysílat v rádiovém pásmu 5b, bude to podle analýzy vést k tomu, že ztratíme možnost studovat slabé signály objektů ve vesmíru v tomto pásmu a dále, že se prodlouží čas potřebný k pozorování o 70 % oproti stavu, kdy by pozorování rušeno nebylo. Plánované observatoře budou moci být podle studie využity zhruba pouze v polovině času. V případě existence sítí se 100 000 družic už bude pozorování v podstatě znemožněno.

SKAO na základě studie mimo jiné navrhuje, aby paprsky vysílačů družic nesměřovaly do oblastí, kde se budou vyskytovat antény SKA. To by se prý mělo dát zajistit, aniž by to ovlivnilo způsob vypouštění, dráhu nebo hardware družic. Autoři analýzy si uvědomují, že toto se už dnes vlastně děje, když družice míjí oblasti, kde se setkávají s trasami signálů družic na geostacionárních drahách. Pokud by se stejná strategie uplatnila i v tomto případě, vliv na observatoř SKA-Mid telescope by se snížil nejméně desetinásobně a ztráta vlivem zarušení by klesla pod 7 % pozorovacího času.

I když každá míra rušení je špatná a nemělo by k ní docházet, SKA si je vědoma, že je to i o určitém stupni kompromisu. Pokud všichni zúčastnění v této studii dodrží doporučení analýzy, sníží se tento vliv na minimum. Hlavní ředitel SKA Prof. Philip Diamond k tomu dodává: „Díky našemu modelování nyní známe potenciální vliv megasítí na naše zařízení. Stavíme zde moderní výzkumné zařízení za miliardy eur daňových poplatníků z celého světa a je naším úkolem minimalizovat škody, které mohou megasítě napáchat na jeho schopnosti poskytovat lidstvu inovace a nové znalosti.“

Astronomická observatoř v Jižní Africe se pochopitelně snaží chránit i před vlivy pozemskými. V roce 2007 proto přijal jihoafrický parlament regulační opatření, jak a kde mohou satelitní operátoři instalovat pozemní infrastrukturu v oblasti kolem areálu SKA-Mid telescope.

Doporučení SKAO byla vydána šest měsíců poté, co Elon Musk oznámil, že jeho síť Starlink se má do budoucna sestávat pouze z družic, které budou co nejlépe chránit zájmy astronomů, tedy budou zastíněny, což má snížit jas o 55 %. Je však velkou otázkou, zda se toto podaří a zda to bude stačit v oboru viditelném a infračerveném. Každopádně je to něco, čeho se chce SKAO držet.

Již dříve vyšla studie, která ukazuje, že (nejen) Muskova družicová konstelace může výrazně narušit pozorování v optickém a rádiovém oboru zařízení nové generace, jako je observatoř Vera C. Rubin (dříve Large Synoptic Survey Telescope a Event Horizon Telescope). První jmenovaný má být brzy spuštěn, zatímco druhý již pracuje a je to ten, kterému se podařilo získat vůbec první obraz černé díry!

Kromě problému rádiového rušení a poškození snímků přelety družic je zde vyhlídka ještě horšího scénáře. Tím je problém vesmírného odpadu. Většina družic je sice aktivně řízena a ty neřízené budou schopny v řádu měsíců až let také sestoupit a shořet v atmosféře, ale pořád zde existuje riziko, že se nějaká neřízená družice srazí s kusem kosmického smetí a způobí tím lavinový efekt. Snad je toto riziko dosud dost malé, a i s pomocí dalších opatření se podaří zajistit, že obloha zůstane čistá a bez výrazného rádiového rušení.

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Square Kilometre Array
[2] Universe Today