Ein klarer Himmel ist eine Voraussetzung für die meisten Astronomen, die den Kosmos abbilden. Mit der zunehmenden Verbreitung von Satellitenspuren sehen Astronomen jedoch viel mehr Streifen in ihren Bildern. Das gilt insbesondere für Menschen, die professionelle bodengestützte und umlaufende Teleskope verwenden. Als das Hubble-Weltraumteleskop sein Auge zum Himmel öffnete, umkreisten weniger als 500 Satelliten unseren Planeten. Mittlerweile sind es fast 8.000 von ihnen, die ihre Spuren am Himmel hinterlassen.
Die bleistiftdünnen Streifen in HST-Bildern können ein wichtiges Ziel „verdecken“. Oder sie könnten einen ganzen Beobachtungslauf ruinieren. Der Betrieb des Teleskops ist nicht billig, daher kostet eine Fotobombenbeobachtung den Steuerzahler viel Geld. Was also tun HST-Astronomen, wenn ein Satellitenstreifen auftritt?
Es stellt sich heraus, dass Satellitenspuren für dieses Teleskop kein so großes Problem darstellen wie für andere. Laut Dave Stark von STScI gibt es einen Trick für die HST-Bildkalibrierung. „Wir haben ein neues Tool zur Identifizierung von Satellitenspuren entwickelt, das eine Verbesserung gegenüber der vorherigen Satellitensoftware darstellt, da es viel empfindlicher ist. Daher glauben wir, dass es sich besser für die Identifizierung und Entfernung von Satellitenspuren in Hubble-Bildern eignet“, sagte er.
Das von Stark verwendete Tool basiert auf einer umfassenden Bildanalysetechnik namens Radon Transform. Es handelt sich um einen mathematischen „Trick“, der der Fourier-Transformation ähnelt. Beide können zur Rekonstruktion von Bildern eingesetzt werden. Und das bedeutet, dass die Satellitenspuren derzeit keine große Bedrohung für die weiteren Beobachtungen des Teleskops darstellen.
Stark wandte das Tool auf Satellitenspuren über Hubbles Advanced Camera for Surveys (ACS) an. Jede wissenschaftliche Hubble-Beobachtung stammt aus einer Sammlung mehrerer Aufnahmen desselben Himmelsziels. Ein Satellit, der das Sichtfeld durchquert, erscheint im Allgemeinen in einem Bild und nicht im darauffolgenden Bild. Etwa zehn Prozent der HST-Beobachtungen werden heute durch Satellitenspuren beeinträchtigt.
„Die durchschnittliche Breite, die ich für Satelliten gemessen habe, betrug 5 bis 10 Pixel“, sagte Stark. „Die breiteste Ansicht des ACS hat eine Breite von 4.000 Pixeln, sodass eine typische Spur weniger als 0,5 % einer einzelnen Aufnahme beeinflusst. Wir können sie also nicht nur kennzeichnen, sie wirken sich auch nicht auf die Mehrheit der Pixel in einzelnen Hubble-Bildern aus. Sogar als.“ „Wenn die Zahl der Satelliten zunimmt, werden unsere Werkzeuge zur Bildbereinigung weiterhin relevant sein.“
Satellitenspuren finden und maskieren
Stark und seine Mitarbeiter haben eine Maskierungsroutine entwickelt, die erkennt, wo sich die fehlerhaften Pixel befinden, wie stark sie das Bild beeinflussen und sie dann ausschaltet. „Wenn wir sie markieren, sollten wir in der Lage sein, das gesamte Sichtfeld problemlos wiederherzustellen, nachdem wir die Daten aller Aufnahmen kombiniert haben“, sagte Stark.
Derzeit fasst das Softwaretool das gesamte Licht entlang aller möglichen geraden Pfade über ein bestimmtes HST-Bild zusammen. Auf diese Weise werden lineare Merkmale in einem Bild identifiziert und charakterisiert. Dieser Ansatz kombiniert das gesamte Licht einer Satellitenspur, sodass es im transformierten Bild „hervorsticht“. Dieser Ansatz funktioniert sogar für diejenigen, die im Originalbild sehr schwach sind. Es reiht sich in einen umfangreichen Katalog von Werkzeugen ein, die Astronomen seit Jahren verwenden, um HST-Beobachtungen zu „bereinigen“.
Was ist mit bodengestützten Teleskopen und Satellitenspuren?
Dieselben Satelliten, die HST plagen, geben Astronomen Anlass zur Sorge, wenn es um die Beobachtung mit professionellen bodengestützten Teleskopen geht. Es stellt sich heraus, dass sie sich an die Mega-Konstellationen anpassen können. Allerdings werden dafür ziemlich viele Telemetriedaten über diese Satelliten erforderlich sein. Dies würde es Astronomen ermöglichen, die Satelliten bei der Planung ihrer Beobachtungen „umzuprogrammieren“. Und die meisten Einrichtungen müssen ähnliche mathematische Problemumgehungen erarbeiten, um Bilder nachträglich zu reparieren.
Natürlich ist es sehr sinnvoll, die Auswirkungen von Satelliten abzumildern, damit sie keine so große Herausforderung für die Astronomie darstellen. Es gab auch Vorschläge, dass Satellitensystembetreiber versuchen sollten, die Sichtbarkeit ihrer weltraumgestützten Anlagen einzuschränken, damit die Streifen nicht so offensichtlich sind.
Welche Auswirkungen haben diese Satelliten letztendlich auf bodengestützte Einrichtungen? Beispielsweise befürchten die Betreiber des Vera C. Rubin-Teleskops in Chile, dass mindestens 30 % der Beobachtungen dieses Teleskops durch Satellitenstreifen beeinträchtigt werden. Das stellt eine besondere Herausforderung dar, da das Teleskop dafür gebaut ist, alles zu beobachten, von entfernten (und sehr lichtschwachen) Galaxien bis hin zu potenziell bedrohlichen erdnahen Asteroiden. Die Rubin-Mitarbeiter arbeiten beispielsweise mit SpaceX-Ingenieuren zusammen, um Möglichkeiten zu finden, die Auswirkungen von Starlink-Satelliten abzumildern. Darüber hinaus müssen sie Software-Umgehungslösungen finden, genau wie HST-Mitarbeiter es für ihre Beobachtungen tun.
Branchenrichtlinien zur Vermeidung von Satellitenspuren
Es gibt einige etablierte Richtlinien, die dazu beitragen könnten, Satellitenpfade für eine Vielzahl von Einrichtungen zu verringern. Neben der Verdunkelung des Satellitenreflexionsvermögens und der Bereitstellung genauer Telemetrie gehört dazu auch, die Umlaufbahnhöhe unter 600 km zu halten (um die Anzahl der Satelliten, die später in der Nacht sichtbar sind, zu reduzieren) und reflektierende Oberflächen wie Sonnenkollektoren so auszurichten, dass sie das Sonnenlicht nicht zurückreflektieren Erde und Verringerung der Anzahl von Satelliten.
Die Übernahme aller Richtlinien zur Eindämmung von Satellitenspuren sollte theoretisch die Abbildung des Nachthimmels für alle etwas einfacher machen und gleichzeitig dem wachsenden Bedarf an den Diensten dieser Satellitenkonstellationen gerecht werden.