Studie quantifiziert die Helligkeit von Satelliten und stellt die bodengestützte Astronomie in Frage

Die Möglichkeit, überall auf der Welt Zugang zum Internet zu haben oder ein Mobiltelefon zu nutzen, wird immer mehr als selbstverständlich angesehen, doch die Helligkeit von Internet- und Telekommunikationssatelliten, die globale Kommunikationsnetze ermöglichen, könnte die bodengestützte Astronomie vor Probleme stellen. Der Luft- und Raumfahrtingenieur Siegfried Eggl von der University of Illinois Urbana-Champaign koordinierte eine internationale Studie, die bestätigte, dass kürzlich eingesetzte Satelliten so hell sind wie Sterne, die man mit bloßem Auge sieht.

„Aus unseren Beobachtungen haben wir erfahren, dass BlueWalker 3 von AST Space Mobile – ein Konstellations-Prototypsatellit mit einer etwa 700 Quadratfuß großen Phased-Array-Antenne – eine Spitzenhelligkeit der Stärke 0,4 erreichte, was ihn zu einem der hellsten Objekte am Nachthimmel macht. „sagte Eggl. „Obwohl dies rekordverdächtig ist, ist der Satellit selbst nicht unsere einzige Sorge. Der nicht verfolgte Trägerraketenadapter hatte eine scheinbare visuelle Helligkeit von 5,5, was auch heller ist als die von der Internationalen Astronomischen Union empfohlene Helligkeit von 7.“

Zum Vergleich: Die Helligkeit der Sterne, die wir mit bloßem Auge sehen können, liegt zwischen minus 1 und 6 Magnituden, wobei minus 1 die hellste Größe ist. Sirius, der hellste Stern, hat eine Helligkeit von minus 1. Planeten wie die Venus können manchmal etwas heller sein – näher bei minus 4, aber die schwächsten Sterne, die wir sehen können, haben ungefähr eine Helligkeit von 6.

Sehen Sie sich ein Video an, das einen Sternenhimmel mit drei Satelliten zeigt: BlueWalker 3 um 19:52:45, 19:52:56, 19:53:18, 19:53:29; Starlink-4781 ist um 19:52:54 und 19:53:26 sichtbar und führt BlueWalker 3 an; Starlink-4016 liegt um 19:53:34 parallel und leicht hinter BlueWalker 3. Video mit freundlicher Genehmigung: Marco Langbroek, Technische Universität Delft.

„Man könnte meinen, wenn es helle Sterne gibt, würden ein paar weitere helle Satelliten keinen Unterschied machen. Aber mehrere Unternehmen planen, Konstellationen zu starten“, sagte Eggl. „Starlink hat zum Beispiel bereits die Erlaubnis, Tausende von Satelliten zu starten, aber wahrscheinlich wird ihnen irgendwann der volle Antrag von Zehntausenden gewährt.“

„Und das ist nur eine Konstellation von Satelliten. Europa und China wollen ihre eigenen Konstellationen, ebenso wie Russland. Allein die in den Vereinigten Staaten, die mit der FCC ausgehandelt werden, belaufen sich auf 400.000 Satelliten, die in naher Zukunft gestartet werden. Es gibt nur 1.000 Sterne, die man erreichen kann.“ Mit dem bloßen Auge sehen. Das Hinzufügen von 400.000 hellen, sich bewegenden Satelliten könnte den Nachthimmel völlig verändern.“

Eggl ist Mitglied des International Astronomical Union Center for the Protection of the Dark and Quiet Sky from Satellite Constellation Interference, IAU.

„BlueWalker 3 ist so hell, dass die meisten großen Teleskope wie das Rubin-Observatorium glauben, es könnte große Teile der Aufnahmen auslöschen“, sagte Eggl. „Aus dem gleichen Grund müssen sie bereits die Beobachtung von Mars und Venus meiden, aber wir wissen, wo sich die Planeten befinden, damit wir ihnen ausweichen können. Wir können Jahre im Voraus nicht genau vorhersagen, wo sich alle Satelliten befinden werden. Ich nehme einfach wiederkehrende Datenverluste in Kauf. Milliarden-Dollar-Observatorien sind auch keine Option.“

Er sagte, obwohl Satelliten die CCDs oder ladungsgekoppelten Geräte des Teleskops nicht unbedingt beschädigen würden, würden sie dennoch Datenverluste durch die Streifen verursachen. Extrem helle Satelliten könnten das gesamte Sichtfeld beeinträchtigen, etwa wenn Sie versuchen, einen Stern zu beobachten, wenn Ihnen jemand regelmäßig mit einer Taschenlampe in die Augen leuchtet.

Eggl sagte, dass in Zusammenarbeit mit dem Laboratory for Advanced Space Systems in Illinois und Satellitenbetreibern wie SpaceX mehrere Lösungen für das Problem untersucht würden.

„Starlink versucht, die Oberflächen seiner Satelliten dunkler zu machen, wodurch mehr sichtbares Sonnenlicht absorbiert und weniger reflektiert wird. Durch die Absorption entsteht jedoch Wärme. Die Satelliten müssen dann Infrarotlicht aussenden, was bedeutet, dass Beobachtungen in optischen Wellenlängen kein so großes Problem darstellen.“ , aber Infrarotbeobachtungen könnten es sein. Und Hitze ist eines der größten technischen Probleme, die wir im Weltraum haben. Alles schwarz zu malen hat also Konsequenzen“, sagte er.

Eine weitere Idee von SpaceX besteht darin, die Sonnenkollektoren von Satelliten mit dielektrischen Spiegeln reflektierender zu machen. Die Spiegel ermöglichen es den Satelliten, die Richtung der Reflexion so zu ändern, dass sie nicht direkt auf die Erde zeigt.

„Wenn SpaceX die Sonnenkollektoren in eine andere Richtung richten kann, um Glitzereffekte zu vermeiden, oder diese Spiegeltricks anwenden kann, könnten sie viele der Probleme lösen, die wir mit dem optischen Aufflackern von Starlink-Satelliten haben“, sagte Eggl. „Bei anderen Anbietern ist das nicht ganz so einfach. AST verfügt über riesige Satelliten mit Hunderten Quadratmetern elektronischer Phased-Arrays, die sie benötigen, um mit Mobiltelefonen am Boden zu kommunizieren. Wenn sie die Satelliten kleiner machen würden, würden mehr Funksignale verloren gehen.“ durch sogenannte „Nebenkeulen“ nach außen, die möglicherweise radioastronomische Standorte beeinträchtigen könnten.

Eggl sagte, AST bevorzuge es auch, den Satelliten auf die Erdoberfläche gerichtet zu halten, um maximale Effizienz zu erreichen. Starlink-Lösungen lassen sich möglicherweise nicht einfach auf AST-Satelliten übertragen, und es sind neue Strategien zur Schadensbegrenzung erforderlich.

„Wir versuchen, wo möglich mit der Raumfahrtindustrie zusammenzuarbeiten“, sagte er. „Wir wollen dieses Problem gemeinsam lösen, also ist es eine gemeinsame Anstrengung, der sich jeder anschließen kann, denn das ist der schnellste Weg, Dinge zu erledigen.“

Die Studie, „Optische Beobachtungen eines ultrahellen Sternbildsatelliten“ wurde von Sangeetha Nandakumar, Siegfried Eggl, Jeremy Tregloan-Reed et al. geschrieben. Es wird in der Zeitschrift veröffentlicht Natur. DOI:10.1038/s41586-023-06672-7

Ph.D. Der Student Nandakumar analysierte die Daten für diese erste internationale Studie, die vom Zentrum veröffentlicht wurde. Nandakumar arbeitet mit Jeremy Tregloan-Reed an der Universidad de Atacama in Chile.