Телескоп LOFAR розкриває таємницю Starlink

Вчені використовують телескоп LOFAR, щоб вперше спостерігати низькочастотні радіохвилі від супутників у великих сузір’ях. Вчені використовували телескоп Low Frequency Array (LOFAR) для спостереження за ненавмисним електромагнітним випромінюванням від супутників SpaceX. Це випромінювання, відмінне від звичайних сигналів зв’язку, може порушити астрономічні дослідження. Дослідження закликає до регулювання для захисту радіоастрономії від такого ненавмисного випромінювання та дякує SpaceX за співпрацю в зусиллях зі зменшення наслідків.

Вчені з ряду провідних дослідницьких установ, включаючи Інститут радіоастрономії Макса Планка в Бонні, Німеччина, використовували телескоп Low Frequency Array (LOFAR), щоб спостерігати за 68 супутниками SpaceX. Автори приходять до висновку, що вони виявили «ненавмисне електромагнітне випромінювання», яке виходить від бортової електроніки. Це відрізняється від комунікаційних передач, які досі були основною метою радіоастрономів. Ненавмисне випромінювання може вплинути на астрономічні дослідження. Вони заохочують супутникових операторів і регуляторів враховувати цей вплив на радіоастрономію в розробці космічних кораблів і регулятивних процесах.

Результати були опубліковані 5 липня в журналі Astronomy & Astrophysics.

Нове явище на низькій навколоземній орбіті

Астрономам, які прислухаються до дуже слабких сигналів із Всесвіту, завжди доводилося керувати створеними людиною радіосигналами, які можуть затьмарити астрофізичні джерела. Тому більшість радіотелескопів будують у місцях із спеціальним радіозахистом від земних перешкод. Деякі навіть розташовані в тихих радіозонах, які підтримують відповідні національні регулятори. Нещодавній розвиток технологій уможливив створення великих супутникових угруповань для широкосмугового доступу до Інтернету або спостереження Землі. Вони представляють абсолютно нову складність.

З багатьма тисячами супутників на низькій навколоземній орбіті будь-який радіотелескоп матиме багато супутників, які випромінюють сигнали в його полі зору в будь-який момент часу. Очікувалося, що основним джерелом занепокоєння з боку супутникових угруповань буде їхня запланована передача зв’язку на та з Землі. Відкриття додаткових не комунікаційних джерел є новим і заслуговує на подальше дослідження.

Виявлення ненавмисного електромагнітного випромінювання, що надходить від супутника Starlink за допомогою радіотелескопа LOFAR. Жовто-зелені кружечки показують пікселі синтетичної радіокамери, які утворюють на небі шестикутну сітку. Червона стрілка вказує на прогнозований рух супутника Starlink у полі зору телескопа. Дійсно, супутник викликав сигнал у пікселях уздовж доріжки. На задньому плані показаний попередній огляд поточного огляду неба, який зараз виконується за допомогою телескопа LOFAR («The LOFAR Two-meter Sky Survey», Shimwell et al., у підготовці). Блакитні крапки та об’єкти – це галактики, які помітно помітні в радіорежимі електромагнітного спектра (хибне кольорове зображення). Авторство: IAU/CPS

«Це дослідження являє собою останню спробу краще зрозуміти вплив сузір’їв супутників на радіоастрономію, — сказав провідний автор Федеріко Ді Вруно. — На попередніх семінарах із теми «Темне і тихе небо» висувалася теорія про це випромінювання, наші спостереження підтверджують, що його можна виміряти». Ді Вруно є співдиректором Центру Міжнародного астрономічного союзу із захисту темного й тихого неба від перешкод із супутникового сузір’я (IAU CPS), а також менеджером спектра для обсерваторії SKA (SKAO). Усі інші автори є активними членами КПС.

Існуючі та плановані сузір’я

Ді Вруно та його співавтори спочатку зосередилися на супутниках SpaceX, оскільки SpaceX мала найбільшу кількість супутників — понад 2000 — на орбіті під час спостережень. Однак вони визнають, що SpaceX не єдиний оператор великих супутникових угруповань. Автори сподіваються виявити подібні ненавмисні випромінювання від інших супутників на низькій орбіті Землі, і планується подальша робота з вимірювання, яка вже буде зосереджена на інших супутникових угрупованнях.

Виявлення ненавмисного електромагнітного випромінювання, що надходить від супутників Starlink, за допомогою радіотелескопа LOFAR. Синьо-жовті кола показують пікселі синтетичної радіокамери, які утворюють шестикутну сітку на небі. Сині кружечки означають слабкий сигнал, жовті — сильний. Супутник викликав сигнал у пікселях уздовж доріжки. Положення супутника в небі ідеально збігалися з пікселями. Авторство: IAU/CPS

«За допомогою LOFAR ми виявили випромінювання від 110 до 188 МГц від 47 із 68 супутників, які спостерігали. Цей діапазон частот включає захищену смугу між 150,05 і 153 МГц, спеціально виділену для радіоастрономії Міжнародним союзом електрозв’язку (ITU)», – говорить співавтор Сеес Басса з ASTRON, Нідерландського інституту радіоастрономії. При цьому SpaceX не порушує жодних правил, оскільки щодо супутників таке випромінювання не підпадає під дію жодного міжнародного регулювання. Навпаки, наземне обладнання регулюється суворими правилами, щоб гарантувати, що один пристрій не заважає іншому, розташованому поблизу.

Автори також провели моделювання цього ефекту з кількох сузір’їв супутників. «Наше моделювання показує, що чим більше сузір’я, тим важливішим стає цей ефект, оскільки випромінювання від усіх супутників сумується. Це змушує нас турбуватися не тільки про існуючі сузір’я, але ще більше про заплановані. А також про відсутність чіткого регулювання, яке захищає діапазони радіоастрономії від ненавмисного випромінювання», – говорить співавтор Бенджамін Вінкель з Інституту радіоастрономії Макса Планка (MPIfR) у Німеччині.

Розширення співпраці з супутниковими операторами є ключовим

Автори перебувають у тісному контакті зі SpaceX, і компанія запропонувала продовжити обговорення можливих способів пом’якшення будь-яких негативних наслідків для астрономії сумлінно. У рамках ітерації дизайну SpaceX вже вніс зміни в наступне покоління супутників, які можуть пом’якшити вплив цих ненавмисних викидів на важливі астрономічні проекти.

Співавтор Джюла Йожа (також MPIfR та Університет Родса в Південній Африці) підкреслює: «Ми вважаємо, що раннє визнання цієї ситуації дає астрономії та операторам великих сузір’їв можливість активно працювати разом над технічними пом’якшеннями, паралельно з необхідними обговореннями для розробки відповідних правил».

«Це дослідження висвітлює приклад різних каналів того, як розвиток технологій може мати непередбачені побічні ефекти для астрономії», — підсумовує професор Міхаель Крамер, директор MPIfR і президент Астрономічного товариства в Німеччині. Він явно вітає спільний підхід SpaceX. «Подавши приклад SpaceX, ми сподіваємося на широку підтримку всієї супутникової галузі та регуляторів».

Про ЦПС

Центр захисту темного та тихого неба від перешкод супутникового сузір’я Міжнародного астрономічного союзу (IAU CPS) є глобальною організацією, яку спільно організовують NOIRLab NSF у США та обсерваторія SKA (SKAO) під егідою IAU. CPS сприяє глобальній координації зусиль астрономічного співтовариства спільно з обсерваторіями, космічними агентствами, промисловістю, регуляторними органами та іншими секторами, щоб допомогти пом’якшити негативні наслідки супутникових сузір’їв для астрономії. Джерело