Звёзды гаснут, телескопы слепнут: почему орбиту Земли поглощает световой смог

К 2030 году до 96% снимков телескопов испортят спутники — журнал Nature

Рост числа спутников вокруг Земли грозит астрономии катастрофой. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, предупреждает: уже к 2030 году почти все изображения, получаемые с орбитальных телескопов, могут быть испорчены световыми следами от тысяч спутников. Проблема перерастает в глобальную угрозу для науки и безопасности планеты.

Опасность от мегасозвездий спутников

По данным исследования, к концу десятилетия на орбите Земли может находиться около 560 тысяч спутников, если все поданные в регулирующие органы — Федеральную комиссию по связи США и Международный союз электросвязи - заявки будут реализованы. Такое количество аппаратов создаст колоссальное световое загрязнение, которое сделает до 96% снимков космических телескопов непригодными для научного анализа.

До сих пор внимание учёных было сосредоточено в основном на проблемах наземных обсерваторий. Однако новая работа впервые оценила влияние мегасозвездий на орбитальные телескопы - инструменты, которые сами находятся в космосе и ранее считались защищёнными от подобных помех. Похожим образом неожиданные процессы в космической среде уже обсуждались в исследованиях о необъяснимых аномалиях движения небесных объектов.

"Если темпы запуска спутников сохранятся, мы можем потерять большую часть астрономических данных, которые сегодня кажутся гарантированными", — предупреждает Алехандро Борлафф, ведущий автор исследования из Исследовательского центра NASA имени Эймса.

Какие телескопы под угрозой

Учёные провели симуляцию для четырёх космических телескопов, находящихся на высотах от 400 до 800 километров: Hubble и SPHEREx (оба принадлежат NASA), ARRAKIHS (проект Европейского космического агентства) и китайского телескопа Xuntian.

Результаты оказались тревожными:

снимки Hubble будут загрязнены спутниковыми треками примерно в 39,6% случаев;
изображения SPHEREx, ARRAKIHS и Xuntian - до 96%.

Разница объясняется тем, что Hubble имеет узкое поле зрения, и вероятность пересечения кадра спутником ниже.

Впрочем, телескопы, расположенные вдали от Земли, например James Webb, который вращается вокруг точки Лагранжа L2, не страдают от этой проблемы: они находятся за пределами основного "потока" спутников.

Проблема уже началась

Учёные анализировали архивные данные Hubble за 2018-2021 годы и выяснили, что 4,3% изображений уже содержат спутниковые следы. Эта доля растёт с каждым годом, по мере увеличения количества аппаратов на орбите.

Спутники оставляют на снимках яркие полосы — следствие отражения солнечного света от их панелей. С ростом их числа количество "загрязнённых" данных увеличится экспоненциально. Научное сообщество уже сравнивает масштаб угрозы с тем, как менялись представления о космической среде после сообщений о необычных световых явлениях в верхних слоях атмосферы.

"Эти полосы — не просто визуальный дефект. Они уничтожают научную ценность наблюдений, делая невозможным обнаружение слабых источников света, например, далёких галактик", — подчёркивает Алехандро Борлафф.

Последствия для науки и безопасности

Световое загрязнение от спутников представляет угрозу не только для фундаментальной астрономии, но и для планетарной безопасности. Спутниковые треки могут маскировать траектории потенциально опасных астероидов, из-за чего становится труднее вовремя их обнаружить.

Особую тревогу вызывает тенденция к увеличению размеров спутников. Современные аппараты площадью около 100 квадратных метров уже по яркости сравнимы с самыми яркими звёздами. Но в будущем, по оценкам исследователей, могут появиться спутники площадью до 3000 квадратных метров, способные светить так же ярко, как планеты. Это создаёт риск ложных срабатываний в системах наблюдения и анализа данных.

Возможные меры и международное регулирование

Авторы исследования призывают к международным мерам контроля за размещением спутников. Среди предложенных шагов:

уменьшение количества запускаемых аппаратов,
использование более тёмных материалов корпуса для снижения отражающей способности,
размещение спутников на более низких орбитах, где они быстрее сгорают в атмосфере.

Однако каждый из этих вариантов имеет недостатки. Например, более низкие орбиты могут повлиять на состояние озонового слоя, а сокращение числа аппаратов маловероятно из-за растущего спроса на интернет и связь.

Пока же операторам спутниковых систем предлагается сотрудничать с астрономами, предоставляя точные данные о положении, яркости и цвете своих аппаратов. Эти сведения помогут разработать алгоритмы для цифрового удаления следов спутников с астрономических изображений.

Плюсы и минусы предложенных решений

Плюсы:
возможность цифровой фильтрации спутниковых треков;
координация между операторами и научным сообществом;
повышение осведомлённости о проблеме на международном уровне.
Минусы:
сложность регулирования частных компаний;
риск неполного соблюдения стандартов отражательной способности;
возможные побочные эффекты для атмосферы при изменении орбит.

По мнению Алехандро Борлаффа, даже частичное регулирование может существенно замедлить ухудшение качества астрономических наблюдений. Но без системных решений человечество рискует потерять окно во Вселенную, созданное им же.