Nagrinėdami palydovų poveikį astronominiams stebėjimams, turime turėti omenyje, kad atskiri šviesos taršos šaltiniai gali būti milijardus ar net trilijonus kartų ryškesni už objektus, kuriuos tiria astronomai, ir kad daugelis moksliškai svarbiausių stebėjimų yra susiję su nepakartojamu laiku. – jautrūs arba trumpalaikiai įvykiai, pvz., arti Žemės esančių objektų, supernovų ar greitų radijo bangų aptikimas.
Optinė astronomija
ASO galima pamatyti iš Žemės, nes jie atspindi saulės šviesą. Jų ryškumas priklauso nuo daugelio veiksnių, tokių kaip palydovo dydis, jo atspindinčios savybės, aukštis virš Žemės ir orientacija. Palydovai judėdami astronominės ekspozicijos regėjimo lauke, vaizde palieka juosteles (4 pav.). Dėl 2021 m. palydovų padarytos žalos žr.6,7,8,21 ir jame esančios nuorodos. Norėdami suprasti galimą poveikį artimiausioje ateityje, apsvarstykite mūsų supaprastintą 2030 m. eros LEO palydovų populiaciją, kurią sudaro 100 000 palydovų 600 km aukštyje.
Nors tuo metu „Starlink“ palydovų buvo palyginti nedaug, poveikis (vaizdo dryžiai) buvo stiprus, nes daugelis „Starlink“ palydovų buvo susikaupę orbitos pakėlimo fazėje netrukus po paleidimo. Kreditas: CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/DECam DELVE apklausa.
Virš horizonto tam tikru metu matomi tik kai kurie palydovai. Mūsų 2030 m. populiacijose virš horizonto vienu metu yra maždaug 4 300 žmonių, o dangų jie įveikia maždaug per 13 minučių. Mažame matymo lauke gali būti tik keli procentai, kad jį paveiks ruožas, tačiau stebėjimas gali būti visiškai iššvaistytas ir jį reikės pakartoti22. Rimtesnis poveikis atsirastų plačių lauko tyrimų instrumentams. „Zwicky Transient Facility“ paveiktų vaizdų skaičius jau padidėjo nuo 0,5 % 2019 m. pabaigoje iki 18 % 2021 m. rugpjūčio mėn.21. Vera C. Rubin observatorijos 3,5 laipsnio pločio lauko vaizduoklis, kurį baigs baigti Čilėje, daugumoje ekspozicijų turės bent vieną juostą23. Laboratoriniai eksperimentai, naudojant Rubin Observatory kameros detektorius, rodo, kad elektroninis skersinis pokalbis sukelia dryžių kaskadą ir sukuria papildomus silpnesnius ruožus; dėl šio efekto kai kurios mokslinės analizės gali tapti neįmanomos, nes fono dangaus ryškumo statistika yra neatšaukiamai pakeista. Kad būtų išvengta perkalbėjimo problemos, palydovai turėtų būti ne šviesesni nei septintasis dydis, blankesni už blyškiausias žvaigždes, matomas plika akimi tamsiausiose vietose.23.
Be to, kai objektas erdvėje sukasi, gali įvykti trumpas ryškus blyksnis arba „blykstelėjimas“, nes palydovo briauna arba ypač atspindinti sudedamoji dalis trumpam atspindi daugiau saulės šviesos ant žemės esančio stebėtojo.24,25. Pavyzdžiui, pastebėta, kad „Starlink“ palydovai greitai keičiasi nuo silpnesnio nei šeštojo dydžio iki beveik trečio dydžio26. Šie itin ryškūs ir trumpalaikiai (praeinantys) įvykiai gali imituoti kai kuriuos įdomiausius šiuolaikinės astronomijos reiškinius. 2020 m. atliktas tyrimas nustatė, kad toks blyksnis yra gama spinduliuotės pliūpsnio Visatos pakraštyje ženklas – tai gali būti nepaprastai jaudinantis atradimas. Tačiau po metų buvo nustatyta, kad šį blyksnį iš tikrųjų sukėlė saulės šviesa, atsispindėjusi nuo senos Rusijos protonų raketos dalies.27. Kol kas nežinome, kaip dažnai tokia problema taps didėjant LEO populiacijai.
Kai Žemė užtemdo palydovą, palydovas nebėra apšviestas iš Žemėje esančio stebėtojo perspektyvos. (Tačiau ASO spinduliuoja šiluminius fotonus ir taip veikia IR jutimą net užtemimo metu.) Dėl to palydovų žvaigždynų poveikis astronominiams stebėjimams yra blogiausias nakties pradžioje ir pabaigoje. Tačiau kai kurie stebėjimo tipai turi būti atliekami tuo metu; o paveikta nakties dalis labai priklauso nuo žvaigždyno aukščio, observatorijos geografinės platumos ir metų laiko3,21,28. Be to, stebint prieblandoje bus matyti daugiausiai dryžių, ir tai yra tas pats laikotarpis, kai pageidautina ieškoti arti Žemės esančių objektų. Dėl to mūsų 2030 m. eros palydovų populiacija leistų mažiau atrasti netoli Žemės esančių asteroidų, įskaitant tuos, kurie gali kirsti Žemės orbitą. Tai yra visi veiksniai, į kuriuos reikia atidžiai atsižvelgti atliekant aplinkos vertinimą.
Radijo astronomija
Radijo astronomiją veikia palydovai, naudojantys radijo signalus duomenims perduoti pirmyn ir atgal su antžeminėmis stotimis ir galutinio vartotojo antenomis. Aptikti silpnus dangaus objektus šiame antropogeniniame fone gali būti labai sunku, nes palydovų spinduliuotė gali būti trilijoną kartų garsesnė nei astronominių taikinių.3,4. Kai kurių stebėjimų metu smulkiai detalūs žemėlapiai sudaromi derinant signalus iš daugelio tarpusavyje susijusių antenų, tačiau triukšmo problema paveikia kiekvieną anteną atskirai, o tai, remiantis fizika, visada bus jautri įvairiems krypčių ir dažnių diapazonams. Skirtingai nuo optinių vaizdų, efektas yra ne lokalizuotas ruožas, o sudėtingas viso žemėlapio efektas, kurį gali būti sunku atpažinti ir pašalinti – tai tarsi bandymas klausytis labai tylios muzikos triukšmingoje patalpoje. Radijo astronomijos antena yra jautri įvairioms krypčių diapazonui, paprastai mažesniam nei laipsnis skersai („tolimasis spindulys“), tačiau jos jautrumas labai skirtingomis kryptimis („šoniniai stulpeliai“). Palydovinės antenos taip pat didžiąją savo galios dalį skleidžia tolimojo pluošto, bet kai kurios ir šoninėse skiltyse. Blogiausias poveikis, galintis pažeisti jautrias elektroninių imtuvų sistemas, pastebimas dėl astronominių ir palydovinių pagrindinių spindulių išlygiavimo – tai neleidžia stebėti radijo ryšio arti GSO taikinių ir to reikėtų vengti net greitai judančių LEO palydovų atveju. Vis dėlto daug sunkiau išvengti šono ir šoninio slenksčio lygiavimo, nes danguje vienu metu gali būti dešimtys ar šimtai LEO palydovų ir jie visi greitai juda dangumi. Grynąjį efektą labai sunku apskaičiuoti, tačiau tai yra „Square Kilometer Array“ projekto modeliavimas29 rodo, kad kai subrendusi Starlink populiacija atsidurs orbitoje, kiekvienas stebėjimas atitinkamose juostose užtruks vidutiniškai 70 % ilgiau.
Tarptautiniai radijo spektro naudojimo reglamentai nustato kai kurias saugomas radijo astronomijos dažnių juostas. Šis metodas iš pradžių buvo labai sėkmingas. Tačiau apsaugotos juostos buvo pasirinktos prieš daugelį dešimtmečių, kai imtuvų sistemos iš esmės buvo siauros juostos. Dauguma šiuolaikinių radijo astronomijos darbų atliekami naudojant pažangiausias plačiajuosčio ryšio sistemas, kurios leidžia aptikti daug silpnesnius natūralius signalus. Todėl radijo astronomijos apsauga dabar priklauso nuo geografinių radijo tyliųjų zonų, kurias kai kurios šalys suteikia, o kai kurios – ne. Jei įmanoma, šis zonavimas gali apsaugoti nuo antžeminių, bet ne nuo palydovinių trukdžių. Kai tokius trukdžius dominavo nedidelis lėtai judančių GSO palydovų skaičius, tai buvo priimtina, tačiau dėl naujų LEO žvaigždynų gali kilti labai rimtų problemų. Naujosios sistemos neišvengiamai sutampa su palydovinio ryšio juostomis. Be to, dėl didelio kiekio palyginti nebrangių palydovų gamybos ir diegimo gali padidėti šoninės juostos nutekėjimo į apsaugotas juostas tikimybė.
Kalbant apie erdvinių trukdžių klausimą, apsaugotų juostų priskyrimas yra precedentas, nes dažnio trukdžiai netiesiogiai pripažįstami kaip poveikis aplinkai. Pripažinti, kad problemoms turėtų būti taikomi aplinkosaugos įstatymai, tokie kaip JAV Nacionalinės aplinkos politikos įstatymas (NEPA), yra logiškas kitas žingsnis, nes problemos daug blogėja.
Kosmoso astronomija
Kai kurie astronomijai naudojami erdvėlaiviai yra išdėstyti labai dideliais atstumais nuo Žemės ir jiems neveikia LEO palydovai. Tačiau daugelis, pavyzdžiui, Hablo kosminis teleskopas, yra LEO ir tikrai gali nukentėti nuo dryžių. Kartais palydovas gali prasiskverbti gana arti (<100 km), tokiu atveju atsiradęs dryželis yra itin ryški nefokusuota juostelė, panaikinanti didelę vaizdo dalį. Pavyzdys parodytas 5 pav. Neseniai atliktas S. Kruk ir kt. tyrimas. (rankraštis ruošiamas) parodė, kad, priklausomai nuo naudojamo prietaiso ir stebėjimo parametrų, nuo 2 % iki 8 % Hablo kosminio teleskopo vaizdų buvo paveikti palydovų dryžių, tačiau dažnis keitėsi laikui bėgant, o tai atspindi LEO palydovų populiacija. Mūsų 2030 m. eros populiacija rodo, kad iki dešimtmečio pabaigos bus paveikta trečdalis Hablo kosminio teleskopo vaizdų, kaip ir būsimos LEO mokslinės misijos, pvz., Kinijos kosminei stočiai statoma Xuntian plataus lauko observatorija.
Panašu, kad juostą padarė Starlink 1619, tuo metu tik keli kilometrai virš Hablo, taip sukuriant platų nefokusuotą pėdsaką. Vaizdo kreditas: Mikulskio kosminių teleskopų archyvas (MAST). Mokslo vadovas: Simonas Porteris.
Žalos mažinimas, žala ir jų išlaidos
Tarptautinė astronomijos bendruomenė surengė kelis susitikimus, kad aptartų, kaip spręsti naujus kraštovaizdžius, kai vis daugėja ryškių LEO palydovų, todėl buvo parengtos pagrindinės ataskaitos.6,7,8,9,10. JAV vyriausybės nepriklausomos patariamosios institucijos JASON ataskaita taip pat buvo užsakyta Nacionalinio mokslo fondo4. Astronomai bendradarbiavo su palydovų kompanijomis, kad aptartų būdus, kaip sušvelninti problemas. Kalbant apie optinę astronomiją, tai apėmė tokias idėjas kaip palydovų dažymas juodai, jų orbitų ir orientacijų keitimas, saulės skydelių pridėjimas ir detalių padėties bei trajektorijų pateikimas, kad observatorijos negalėtų į juos nukreipti. Radijo astronomijos atveju pagrindinės švelninimo priemonės apima spindulių nukreipimą toliau nuo pagrindinių observatorijos įrenginių ir sudėtingo signalo filtravimo naudojimą. Tačiau nė vienas iš šių švelninimo būdų negali visiškai išvengti LEO palydovų žvaigždynų, kenkiančių astronomijos mokslui7,8,10; Paleisti žymiai mažiau palydovų yra vienintelis švelninimo būdas, galintis tai padaryti.
Dabartinio ir siūlomo palydovų žvaigždynų augimo pasekmės turi tiesioginių išlaidų dėl stebėjimų kartojimo ar pratęsimo, mokslininkų laiko švaistymo ir netgi neigiamos įtakos jų karjerai. Sušvelninimo priemonių įgyvendinimas taip pat pareikalaus didelių išlaidų astronomijos bendruomenei (taigi ir mokesčių mokėtojams), palydovų operatorių įmonėms arba abiem. Čia nebandome vertinti tų išlaidų. Vietoj to nurodome, kad tai yra klasikinis žalos aplinkai pavyzdys, perkeliantis tikras išlaidas. Pavyzdžiui, viena svarbi 2021 m. Palydovinių žvaigždynų seminaro (SATCON2) stebėjimų darbo grupės išvada.8 buvo poreikis sukurti koordinuotą palydovinio stebėjimo centrą, priklausantį didesniam Tarptautinės astronomijos sąjungos tamsaus ir tylaus dangaus apsaugos nuo palydovų žvaigždynų trukdžių centrui.30. Tokiai ilgalaikei švelninimo veiklai reikės didelių ilgalaikių išteklių.
Atkreipiame dėmesį, kad JAV Federalinės ryšių komisijos įsakymas, dėl kurio vyksta teisinės diskusijos, visiškai teisingai paskatino „SpaceX“ tęsti bendradarbiavimą su astronomijos bendruomene. Tačiau šis produktyvus bendradarbiavimas turėtų vykti aplinkos vertinimo kontekste ir vadovaujantis.