Alors que les satellites réfléchissants remplissent le ciel, les étudiants s’assurent que les astronomes peuvent s’adapter

Lorsque les satellites rampent dans le ciel, ils réfléchissent la lumière du soleil vers la Terre, en particulier pendant les premières heures après le coucher du soleil et les premières heures avant le lever du soleil. Alors que de plus en plus d’entreprises lancent des réseaux de satellites en orbite terrestre basse, une vue claire du ciel nocturne se fait de plus en plus rare. Les astronomes, en particulier, tentent de trouver des moyens de s’adapter.

Dans cet esprit, une équipe d’étudiants et de professeurs de l’Université de l’Arizona a réalisé une étude approfondie pour suivre et caractériser la luminosité des satellites, à l’aide d’un capteur au sol qu’ils ont développé pour mesurer la luminosité, la vitesse et les trajectoires des satellites dans le ciel. Leur travail pourrait être utile aux astronomes, qui, s’ils sont informés de l’arrivée de satellites brillants, pourraient fermer les obturateurs de leurs caméras montées sur télescope pour empêcher les traînées lumineuses d’altérer leurs images astronomiques à longue exposition.

L’équipe de recherche était dirigée par le professeur de sciences planétaires Vishnu Reddy, qui co-dirige également – avec le professeur de systèmes et d’ingénierie industrielle Roberto Furfaro – le laboratoire de sensibilisation au domaine spatial de l’université, qui suit et caractérise toutes sortes d’objets en orbite autour de la Terre et de la lune.

Grace Halferty, diplômée cet été d’un baccalauréat en génie aérospatial et mécanique, est l’auteur principal de l’étude, qui est publiée dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Society. L’étude détaille comment l’équipe a créé un dispositif de suivi par satellite pour mesurer la luminosité et la position des satellites SpaceX Starlink et a comparé ces observations aux données de suivi par satellite du gouvernement de la base de données Space Track Catalog.

« Jusqu’à présent, la plupart des observations photométriques – ou de luminosité – disponibles étaient effectuées à l’œil nu », a déclaré Halferty. « Il s’agit de l’une des premières études photométriques complètes à passer par un examen par les pairs. Les satellites sont difficiles à suivre avec les télescopes astronomiques traditionnels, car ils sont si brillants et se déplacent rapidement, nous avons donc construit ce qui est essentiellement un petit capteur avec une caméra. objectif nous-mêmes parce qu’il n’y avait rien de disponible dans le commerce. »

L’équipe a effectué 353 mesures de 61 satellites sur deux ans et a constaté que la position des satellites Starlink telle qu’enregistrée dans le Space Track Catalog du gouvernement ne différait que de 0,3 seconde d’arc en moyenne par rapport aux calculs de l’UArizona. Une seconde d’arc dans le ciel a à peu près la taille d’un centime tenu à 2,5 milles de distance. La petite différence est probablement due aux décalages naturels dans les données gouvernementales, a déclaré Reddy. Étant donné que ces données sont basées sur des orbites estimées calculées quelques jours plus tôt, plutôt que sur des observations en temps réel, des erreurs de positionnement peuvent s’accumuler.

« Cela suggère qu’il y a de l’espoir que les astronomes puissent utiliser ces données pour fermer l’obturateur de leurs télescopes à temps au milieu du chaos croissant dans le ciel au-dessus », a déclaré Reddy.

Un embouteillage stellaire

Starlink est un vaste réseau de satellites, également appelé méga constellation, exploité par SpaceX dans le but de fournir une couverture Internet mondiale. SpaceX a commencé à lancer des satellites Starlink en 2019. Aujourd’hui, plus de 2 700 satellites Starlink ont ​​été lancés, soit une fraction du total prévu de 42 000 satellites.

D’autres exemples de constellations de satellites comprennent 31 satellites GPS et 75 satellites iridium pour la communication. D’autres entités prévoient de lancer davantage de satellites en orbite terrestre basse et moyenne au cours des prochaines années. Amazon, par exemple, prévoit de lancer 3 000 satellites et le gouvernement chinois prévoit d’en lancer 13 000. Ces satellites n’orbiteront pas plus haut que 22 000 milles au-dessus de la Terre.

Le problème avec les satellites est qu’ils nécessitent de l’énergie provenant de panneaux solaires, qui peuvent refléter la lumière du soleil sur les télescopes au sol et, à leur tour, avoir un impact sur les observations astronomiques des télescopes du monde entier. Environ 30% de toutes les images du télescope seront impactées par au moins une piste satellite une fois la constellation Starlink terminée, a déclaré Tanner Campbell, membre de l’équipe de recherche, assistant de recherche diplômé au Département de génie aérospatial et mécanique.

« Au fur et à mesure que d’autres constellations seront ajoutées, le problème ne fera qu’empirer pour les relevés astronomiques au sol », a-t-il déclaré.

Ces satellites sont encore plus réfléchissants juste après le lancement, alors qu’ils sont encore relativement bas et étroitement regroupés avant de se propager sur leur orbite au fil du temps. Ils sont souvent aussi brillants que Saturne ou Jupiter, deux des objets les plus brillants du ciel nocturne. Au fur et à mesure qu’ils manœuvrent vers des orbites plus élevées, ils deviennent légèrement plus faibles.

Une cible mouvante

SpaceX a déployé différentes méthodes pour assombrir ses satellites Starlink. Par exemple, les satellites VisorSat s’appuient sur une ombre pour bloquer la lumière solaire supplémentaire, ce qui les rend 1,6 fois plus faibles. Les satellites DarkSat, quant à eux, reposent sur un revêtement antireflet qui les rend 4,8 fois plus faibles. Cependant, DarkSats est devenu trop chaud, donc SpaceX s’est éloigné de cette méthode spécifique. Depuis août 2021, tous les satellites Starlink sont des VisorSats.

« Bien que ces modifications soient des pas dans la bonne direction, elles ne diminuent pas suffisamment les satellites pour les relevés astronomiques », a déclaré Adam Battle, membre de l’équipe de recherche, étudiant diplômé en sciences planétaires.

En juillet, SpaceX a annoncé de nouvelles stratégies. L’un implique des miroirs qui réfléchissent la lumière du soleil loin de la Terre et un autre implique l’utilisation de matériaux de construction plus sombres. L’équipe de Reddy prévoit d’étudier l’efficacité de ces méthodes pour réduire la réflexion de la lumière solaire vers la Terre.

Bien que savoir exactement où se trouvent les satellites soit utile aux astronomes, le fait de fermer les caméras ajoute des frais généraux pour les opérations du télescope. Les levés deviennent moins efficaces lorsque les astronomes doivent fermer l’obturateur ou jeter les images contaminées. Par exemple, une enquête qui prendrait cinq ans pour être complétée pourrait prendre 10 à 20 % de temps en plus si l’efficacité de l’enquête est en baisse. Les coûts continueront d’augmenter à mesure que de nouveaux satellites seront lancés, a déclaré Reddy.

L’équipe prévoit de s’appuyer sur son succès en étudiant la luminosité de la dernière génération de satellites Starlink dans quatre filtres de couleurs différentes, les mêmes que ceux utilisés dans les relevés astronomiques du ciel pour démêler différentes informations des étoiles, des planètes et plus encore. Pour y parvenir, l’équipe a travaillé avec la petite entreprise Starizona basée à Tucson pour construire un capteur capable de prendre des photos de satellites en quatre couleurs simultanément.

« Travailler avec de petites entreprises locales est une victoire pour nous car cela offre à nos étudiants la possibilité de prototyper rapidement et de mettre en ligne un nouveau système », a déclaré Reddy.