разбор

В космосе становится тесно из-за спутников: SpaceX уже вывела туда тысячи Starlink, а в будущем число аппаратов на орбите может перевалить за миллион Чем это опасно?

Источник: Meduza

За семь лет компания SpaceX Илона Маска вывела на орбиту больше 10 тысяч спутников Starlink. А в ближайшие годы в космосе станет еще теснее. Частные компании уже заявили проекты, подразумевающие вывод на орбиту 1,7 миллиона (!) аппаратов. И хотя далеко не все эти планы будут реализованы, астрономы предупреждают: неконтролируемый рост числа спутников может сильно помешать работе наземных телескопов. Научный журналист и автор телеграм-канала «Лайфлонг муки» Илья Кабанов изучил, насколько реалистичен этот сценарий и можно ли защитить телескопы от спутникового света.

Сегодня вокруг Земли обращается больше 14 тысяч работающих спутников, хотя еще в 2019 году их было в семь раз (!) меньше. Основную часть прироста обеспечила, как можно догадаться, Starlink Илона Маска. Однако уже в ближайшем будущем аналогичные по масштабу группировки готовят и другие компании. И хотя самые масштабные планы пока существуют преимущественно на бумаге, постепенно они приближаются к реализации.

И это далеко не все существующие проекты. Такое количество даже «бумажных» планов не может не беспокоить специалистов, изучающих ближний космос. Чтобы оценить масштаб угрозы и понять, с чем придется столкнуться в ближайшем будущем, астроном Оливье Эно (Olivier Hainaut) из Европейской южной обсерватории (ESO) собрал данные о 33 заявленных проектах и изучил, в какой момент их реализация рискует помешать исследованиям и можно ли защитить космос от «перенаселения».

Любопытно, что Эно не включил в обзор российский проект «Рассвет». Его создатели из «Бюро 1440» планируют развернуть к 2030 году группировку из 383 спутников, хотя компания допускала ее расширение до 924 аппаратов; а в более ранней заявке фигурировало число 1850.

Согласно Эно, даже без проекта «Рассвет» компании планируют вывести на орбиту суммарно чуть более 1,7 миллиона спутников. Конечно, не факт, что все аппараты действительно запустят. Речь идет о заявленных проектах, многие из которых могут не получить разрешения регуляторов или не найти финансирования. Но даже если десятая часть запланированных к пуску спутников попадет на орбиту, это будет значительной проблемой для исследования космоса.

Спутники мешают астрономам, закрывая звездное небо и увеличивая его общую засветку

Сами спутники не светятся, но отражают солнечный свет. Телескопы снимают слабые галактики, астероиды и другие объекты с длинной выдержкой. Если за это время через поле зрения пролетает спутник, на снимке остается яркая полоса.

Для обычной фотографии это выглядит как помеха, которую можно удалить при обработке. Для астрономов проблема сложнее. Полоса закрывает часть изображения, а особенно яркий спутник может перегрузить детектор и вызвать дополнительные электронные следы на соседних участках кадра.

Оливье Эно рассчитал, что произойдет, если SpaceX действительно разместит на орбите миллион спутников для дата-центров. На типичном пятиминутном снимке инструмента FORS2, установленного на Очень большом телескопе в Чили, в среднем будет появляться несколько спутниковых следов. В некоторых участках неба их число превысит 20 штук на кадр. Даже примерно через полтора часа после заката спутники будут мешать наблюдениям на большей части неба.

Российский астроном, к которому «Медуза» обратилась за комментарием, считает, что Эно несколько преувеличивает масштаб проблемы. По его словам, современные наблюдения часто состоят из сотен или даже тысяч коротких экспозиций, которые затем объединяют на компьютере. Кадры со спутниковыми следами можно автоматически находить и исключать, а сами следы — маскировать с помощью специализированных программ, в том числе основанных на машинном обучении.

Однако такие методы помогают не всегда. Программа может найти след спутника и исключить «поврежденный» участок снимка, но не восстановить находившиеся «под ним» данные. Слишком яркий аппарат также способен перегрузить камеру и оставить на снимке дополнительные ложные линии. Если спутников станет миллион, они будут попадать в большинство длинных экспозиций, а астрономам придется регулярно выбрасывать часть кадров и терять наблюдательное время.

Спутники не только оставляют следы на снимках. Они отражают солнечный свет, который рассеивается в атмосфере и делает все небо немного ярче. Из-за этого телескопам сложнее различать слабые объекты, а для получения данных того же качества приходится дольше вести наблюдение.

Эно впервые оценил этот эффект вместе с прямыми следами спутников. Удалить такую засветку при обработке нельзя: она равномерно повышает фон всего изображения. Чем больше и ярче спутники, тем сильнее проблема.

Даже миллион Starlink в небе — не самый страшный сценарий на фоне других проектов

Расчеты показывают, что значение имеет не только число спутников, но и их яркость. Десятки тысяч тусклых аппаратов создают сравнительно небольшую засветку, тогда как несколько тысяч очень ярких — могут причинить гораздо больший ущерб.

Самый катастрофический сценарий связан с попыткой освещать Землю ночью. Американский стартап Reflect Orbital собирается выводить на орбиту большие зеркала, которые будут направлять солнечный свет на электростанции и другие участки поверхности после захода Солнца. Компания заявляла о планах развернуть 50 тысяч аппаратов к 2035 году. В начале июля Федеральная комиссия по связи США разрешила Reflect Orbital вывести на орбиту первый спутник-зеркало.

По оценке Оливье Эно, каждый такой аппарат внутри отраженного луча будет выглядеть примерно в четыре раза ярче полной Луны. За пределами луча рассеянный свет от одного спутника сопоставим с максимальной яркостью Венеры.

Группировка из пяти тысяч зеркал увеличит яркость темного неба на 20–30%. При 50 тысячах аппаратов спутниковый свет будет в два-три раза ярче естественного фона, а общая яркость неба вырастет в три-четыре раза. Такие условия автор считает непригодными для наблюдений самых слабых объектов.

Особенно сильно пострадает обсерватория имени Веры Рубин в Чили, которая должна каждые несколько ночей снимать почти все доступное ей небо, кроме северных околополярных областей. Уже пять тысяч космических зеркал будут регулярно портить часть снимков, а при 50 тысячах аппаратов наблюдения в некоторых направлениях станут почти бесполезными: следы спутников перекроют весь участок неба, который камера снимает за раз.

В космосе нет универсальных правил хорошего тона для создателей спутников. Компаниям предстоит придумать их самим

Уже после первых запусков Starlink в 2019 году астрономы забили тревогу. Спутники были видны невооруженным глазом и оставляли полосы на снимках телескопов. Илон Маск сначала утверждал, что Starlink почти не повлияет на астрономию, но затем SpaceX все же начала менять конструкцию аппаратов: испытала темное покрытие, солнцезащитные козырьки, другую ориентацию солнечных панелей и специальные отражающие материалы. Эти меры сделали спутники тусклее, хотя рекомендованного астрономами уровня удалось достичь не во всех случаях.

Международный астрономический союз предлагает ограничивать яркость спутников седьмой звездной величиной. Это означает, что спутник на высоте 550 километров должен быть настолько тусклым, чтобы его нельзя было увидеть невооруженным глазом даже в очень темном месте.

Проблема в том, что универсального международного стандарта для всех операторов пока не существует. В 2023 году SpaceX заключила с Национальным научным фондом США соглашение, по которому компания обязалась продолжать работу над снижением яркости Starlink до седьмой звездной величины или слабее и координировать действия с астрономами. Позднее похожие соглашения заключили еще несколько компаний, включая Amazon, но единых правил для отрасли по-прежнему нет.

В своей работе Оливье Эно предлагает ограничить не только яркость спутников, но и их общее число. По его расчетам, если аппараты будут достаточно тусклыми, на орбите может находиться примерно до 100 тысяч спутников без слишком больших потерь для астрономии. Но чем они ярче, тем ниже этот предел.

Для оценки Эно снова использует обсерваторию имени Веры Рубин: ее камера охватывает большой участок неба и поэтому особенно чувствительна к спутниковым следам. Уже две тысячи аппаратов немного ярче рекомендованного уровня испортят около трех процентов изображения. При 20 тысячах таких спутников потери вырастут примерно до трети.

Международный астрономический союз пытается добиться более общего регулирования. Вопрос о влиянии спутниковых группировок включен в пятилетнюю повестку Комитета ООН по использованию космического пространства в мирных целях, но единый международный механизм защиты оптических наблюдений пока только формируется.

В целом, работу Эно стоит рассматривать как предупреждение, а не повод для паники. Если на орбите Земли будут одновременно находиться 60 тысяч достаточно тусклых аппаратов, рассеянный ими свет увеличит естественную яркость неба примерно на одну десятитысячную, а потери поля зрения в большинстве случаев останутся ниже одного процента.

Настоящие сложности возникнут при радикальном увеличении масштаба: с миллионом спутников большая часть длинных экспозиций будет пересечена несколькими следами, а потери полезной площади обычных камер могут достигать 10–20 процентов. Если аппараты окажутся ярче рекомендованного предела, особенно чувствительные камеры пострадают еще сильнее.

По сути, главная проблема не столько в количестве спутников, сколько в их яркости. «Миллион спутников» эффектно звучит в заголовке пресс-релиза, но основной вывод Эно другой: даже сравнительно небольшая группировка может заметно ухудшить условия наблюдений, если каждый аппарат отражает слишком много света.