„Za únosnou mezí“: milion družic a zrcadel ve vesmíru představuje vážnou hrozbu pro noční oblohu

Od roku 2019 se počet družic obíhajících kolem Země rapidně zvýšil a dnes přesahuje 14 000 [1]– převážně se jedná o telekomunikační družice Starlink společnosti SpaceX. Zvýšil se také počet návrhů na vypuštění družic, a to jak co do počtu, tak i z hlediska potenciálního dopadu. „Dosud jsme to zvládali, ale situace se zhoršuje,“ zdůrazňuje Olivier Hainaut, který se podílel na vypracování doporučení ke zmírnění dopadu družicových konstelací na astronomii. Zatímco společnosti jako SpaceX přijaly opatření ke snížení jasu svých družic, současné návrhy družicových konstelací podle něj „překračují hranici“ toho, co astronomie dokáže snést. Hainaut, který již více než 30 let působí jako astronom v ESO, je autorem recenzované studie o dopadech družicových konstelací, která byla nedávno publikována / přijatá k publikaci v časopise Astronomy & Astrophysics.

Společnost SpaceX plánuje vyslat na oběžnou dráhu další milion družic pro vesmírná datová centra, což by výrazně změnilo vzhled noční oblohy. Nová studie ukazuje, že po velkou část každé noci by byly viditelné stovky družic a v určitých časech až několik tisíc, což se blíží počtu hvězd viditelných pouhým okem za dobrých podmínek. Další plánované družicové konstelace, jako je Cinnamon společnosti E-Space a čínské CTC-1 a 2, by na oběžnou dráhu přidaly další stovky tisíc družic, čímž by se problém ještě zhoršil.

Americký start-up Reflect Orbital si klade za cíl vypustit na oběžnou dráhu konstelaci velmi velkých družic podobných zrcadlům, které budou v noci poskytovat sluneční světlo pomocí odražených paprsků dosahujících na zemském povrchu délky nejméně pěti kilometrů. Společnost hodlá letos vypustit na oběžnou dráhu prototyp družice a do roku 2035 plánuje počet družic zvýšit na 50 000. Tyto družice by byly nejjasnějšími objekty, jaké kdy obíhaly kolem Země, což by mělo škodlivé důsledky pro tmavou oblohu na Zemi. Hainautovy výpočty ukazují, že celá konstelace by zaplnila noční oblohu stovkami velmi jasně viditelných družic. Při pohledu zevnitř odraženého paprsku by družice dodávající sluneční světlo vypadala čtyřikrát jasněji než úplněk. I kdyby žádná družice nesměřovala svůj paprsek přímo na pozorovatele, každá z nich by byla stejně jasná jako planeta Venuše, „ranní hvězda“. Z města trpícího světelným znečištěním, jako je například Mnichov v Německu, by tyto stovky družic byly jedinými „hvězdami“ viditelnými na noční obloze.

Tyto návrhy, spolu s dalšími zvažovanými ve studii, by dramaticky zesvětlily noční oblohu, což by omezilo schopnost lidstva pozorovat slabé kosmické objekty, včetně vzdálených galaxií, některých planet podobných Zemi obíhajících kolem jiných hvězd a dokonce i asteroidů potenciálně nebezpečných pro Zemi.

Jasné stopy a ještě jasnější obloha

Hainaut vysvětluje, že „družice osvětlené Sluncem jsou mnohem jasnější než vzdálené galaxie. Když družice proletí přes oblast, kterou pozorujeme, zanechá na našem snímku jasnou stopu, která zcela zastíní vše, co se nachází za ní.“

Aby vypočítal dopad tohoto a dalších vlivů družicových konstelací na astronomická pozorování, simuloval Hainaut polohy, pohyb a jas všech stávajících i plánovaných družicových konstelací.

U megakonstelace družic SpaceX zjistil, že na každém snímku pořízeném dvě hodiny po setmění pomocí dalekohledu VLT (Very Large Telescope) ESO na chilské observatoři Paranal by se objevily desítky stop, což by znamenalo ztrátu zorného pole až o 28 % [2]. To předpokládá, že družice by byly natolik slabé, že by za dobrých podmínek nebyly viditelné pouhým okem. Pokud by byly jen o něco jasnější, některé přístroje by byly zasaženy ještě více: například u kamery, jako je ta v observatoři Vera C. Rubinové americké Národní vědecké nadace (NSF), by mohla být většina snímků každou noc po několik hodin nepoužitelná [3].

Hainautovy simulace vycházely z předpokladu, že žádná družice společnosti Reflect Orbital nebude směřovat svůj paprsek přímo na observatoř ani do její blízkosti. I tak by však stopa po jediné zrcadlové družici mohla zmařit pozorování prováděné kamerou, jakou disponuje observatoř Vera C. Rubinové. Jakmile by se na oběžnou dráhu dostala celá flotila družic společnosti Reflect Orbital, každý snímek z takové kamery by byl ztracen v okamžiku, kdy by družice osvětlovalo Slunce.

To, co můžeme pozorovat, však neomezují pouze křížící se dráhy družic: jejich světlo může znečišťovat celou oblohu. Družice, které jsou příliš slabé na to, aby byly viditelné přímo, vytvářejí závoj „difúzního“ světla, zatímco světlo z jasnějších družic se při průchodu atmosférou „rozptyluje“ do všech směrů. Oba tyto jevy zvyšují celkovou jasnost noční oblohy. Tato studie jako první zohledňuje dopady na astronomii způsobené vlivem družicových konstelací na jas pozadí oblohy a odhaluje plný rozsah světelného znečištění způsobeného družicemi.

Velmi jasné konstelace, jako je Reflect Orbital, by měly obzvláště významný vliv na jas pozadí oblohy. Při plném počtu 50 000 družic Reflect Orbital by byla obloha celkově až třikrát až čtyřikrát jasnější.

Omezení počtu družic na ochranu noční oblohy

Hainaut dochází k závěru, že navrhovaných 1,7 milionu nových družic by mělo drastické důsledky pro pozemní astronomii. Těmto dopadům lze zabránit pouze omezením celkového počtu stávajících i budoucích družic na 100 000 družic, které jsou natolik slabé, že je nelze pozorovat pouhým okem z temného místa. „Nejde o pevně dané číslo, jako že 99 999 je v pořádku a 100 001 už ne: samozřejmě bych dal přednost 50 000,“ říká Hainaut. „Ale 100 000 způsobuje ztráty přibližně na úrovni jiných technických ztrát, jako je porucha zařízení.“ Dodává však, že družice musí být slabší než vizuální magnituda 7 [4]; pokud by některé z nich byly příliš jasné – nad minimální prahovou hodnotou pro viditelnost pouhým okem –, celkový počet by musel být mnohem nižší.

Společnosti SpaceX a Reflect Orbital, které jsou zodpovědné za nejextrémnější nové návrhy, podaly u americké Federální komise pro komunikace (FCC) žádost o povolení k vypuštění. Tato nová studie posloužila jako základ pro odpověď ESO na tyto návrhy adresovanou FCC, a to ve spolupráci s britskou Královskou astronomickou společností a Mezinárodní astronomickou unií.

„FCC obdržela více než 1 800 připomínek týkajících se společnosti Reflect Orbital a téměř 1 500 připomínek k žádosti společnosti SpaceX,“ vysvětluje Betty Kioko, referentka pro institucionální záležitosti ESO, která má na starosti koordinaci reakce ESO na tyto návrhy. „Nyní je řada na FCC a my čekáme, jaká rozhodnutí v obou případech přijme. Pro optickou astronomii se jedná o existenční hrozbu a doufáme, že regulační orgány tento názor sdílejí.“

„Astronomie přináší lidstvu obrovský přínos, a to jak z vědeckého, technického, ekonomického, tak i vzdělávacího hlediska, a pomáhá nám pochopit naše místo ve vesmíru,“ říká generální ředitel ESO Xavier Barcons. „Velký počet plánovaných družic na nízké oběžné dráze Země tuto schopnost ohrožuje, což podtrhuje nutnost omezit budoucí vypuštění družic a spolupráci astronomů, inženýrů, provozovatelů družic a dalších zainteresovaných stran při přijímání přísných opatření ke zmírnění dopadů.“

„Vypuštění tisíců družic má řadu důsledků: ekonomické, ekologické i astronomické,“ dodává Hainaut. Světelné znečištění způsobené velmi jasnými družicovými konstelacemi může ovlivnit zdraví a fungování života na Zemi tím, že narušuje biologické hodiny a ekosystémy. Velké konstelace mají také přímý dopad na kvalitu ovzduší, a to jak kvůli četným startům potřebným k vypuštění a údržbě tisíců družic, tak i kvůli znečištění atmosféry způsobenému jejich shořením při návratu do atmosféry na konci životnosti. „Moje práce je astronomie, takže kvantifikuji dopady na astronomii,“ vysvětluje Hainaut, „doufám, že ostatní vyhodnotí další dopady ve svých oborech.“

Hainaut uzavírá: „Nízká oběžná dráha Země je jakousi nebeskou pobřežní zónou, která má pro moderní život nesmírnou hodnotu, od globální konektivity až po náš přímý přístup k vesmíru. Musíme však řídit dopad megakonstelací – od světelného znečištění ovlivňujícího astronomii až po atmosférické účinky návratu družic do atmosféry –, abychom zajistili, že tento zdroj zůstane nedotčený a přístupný i pro budoucí generace.“

Poznámky

[1] Počet družic, které se v současné době nacházejí na oběžné dráze, vzroste na 32 000, pokud započítáme i nefunkční družice a vesmírný odpad.

[2] Pro simulaci byl zvolen přístroj FORS2, hlavní pracovní nástroj VLT, který je reprezentativním příkladem tradičních kamer na velkých dalekohledech.

[3] U kamer, jako je ta na observatoři Vera C. Rubinové, s komplexní elektronikou vysoké hustoty, způsobuje stopa družic, která je dostatečně jasná na to, aby nasytila detektor, nejen široký pruh na astronomickém snímku, ale také řadu duchových stop, které znásobují ztráty a mohou potenciálně znečistit celý snímek.

[4] Družice s vizuální magnitudou nižší než 7 zaručuje, že nedojde k nasycení detektoru kamer, jako je ta na observatoři Vera C. Rubinové. To zároveň znamená, že družice by byly příliš slabé na to, aby je bylo možné pozorovat pouhým okem, a to i pod dokonale tmavou oblohou.

Zdroje a doporučené odkazy

• Vědecká studie
• Fotografie dalekohledu VLT
• Pro novináře: přihlaste se k odběru našich tiskových zpráv s embargem ve vašem jazyce
• Pro vědce: máte zajímavý příběh? Představte nám svůj výzkum

Kontakty

Olivier Hainaut
ESO Astronomer
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6754
Mobil: +49 151 2262 0554
Email: ohainaut@eso.org

Beatrice Kioko
ESO Institutional Affairs Officer
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6278
Email: beatrice.kioko@eso.org

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6670
Mobil: +49 151 241 664 00
Email: press@eso.org

Anežka Srbljanović (press contact Česko)
ESO Science Outreach Network a Astronomical Institute of Czech Academy of Sciences
Tel.: +420 323 620 116
Email: eson-czech@eso.org

Connect with ESO on social media

Toto je překlad tiskové zprávy ESO eso26xx-satellites. ESON -- ESON (ESO Science Outreach Network) je skupina spolupracovníku z jednotlivých členských zemí ESO, jejichž úkolem je sloužit jako kontaktní osoby pro lokální média.