В последнее время астрономы выражают обеспокоенность влиянием спутниковых «мега-созвездий» – массовых запусков больших групп искусственных спутников Земли – на научные исследования. Чтобы лучше понять, насколько такие «созвездия» могут ухудшить качество астрономических наблюдений, в ESO было предпринято научное исследование, предметом которого были в первую очередь наблюдения в видимой и инфракрасной области спектра на телескопах ESO, но были также приняты во внимание и другие обсерватории. Исследование, в котором рассмотрено в общей сложности 18 репрезентативных «созвездий» спутников, планируемых к запуску компаниями SpaceX, Amazon, OneWeb и другими и включающих более 26 тысяч объектов [1], принято к публикации в журнале Astronomy & Astrophysics.

Исследование заключает, что большие телескопы, такие, как Очень Большой Телескоп ESO (VLT) и строящийся Чрезвычайно Большой Телескоп ESO (ELT) будут испытывать «умеренное воздействие» разрабатываемых спутниковых программ. Влияние спутников более выражено в случае длинных экспозиций (около 1000 с): до 3% таких наблюдений может быть испорчено во время сумерек – промежутков времени между началом рассвета и восходом или между закатом и наступлением полной темноты. При более коротких экспозициях ущерб будет меньше: пострадает менее 0.5% наблюдений такого вида. Наблюдения, проводимые в другое время ночи, тоже пострадают меньше: спутники будут находиться в тени Земли, то есть не будут освещены ею. В зависимости от научной задачи, влияние спутников можно уменьшить, внеся изменения в программы наблюдений телескопов ESO, хотя такие изменения требуют больших затрат сил и времени [2]. Со стороны производителей эффективным шагом для смягчения вредного воздействия спутников было бы нанесение на их поверхность темного покрытия.

В исследовании также отмечается, что наиболее уязвимыми для влияния спутников являются широкоугольные обзоры неба, в особенности, выполняемые на больших телескопах. Например, в обсерватории Веры Рубин Национального научного фонда США (эта обсерватория не является частью ESO) от 30% до 50% экспозиций могут испытать «серьезное воздействие” прохождения спутников через поле зрения – в зависимости от времени года, часа ночи и степени ограничений, допускаемых предметом наблюдений. Для инструментов этой обсерватории не будет действовать большинство методов смягчения воздействия засветок от спутников, которые могут быть применены на телескопах ESO, хотя сейчас происходит активное изучение других стратегий защиты. Чтобы полностью осознать степень научных последствий грозящей потери наблюдательных данных и возрастания сложности их анализа требуются дальнейшие исследования. Широкоугольные обзорные телескопы, такие, как в обсерватории Веры Рубин, способны быстро сканировать большие участки неба, что делает эти инструменты критически важными для регистрации короткоживущих явлений – например, вспышек сверхновых или потенциально опасных астероидов. То, что эти телескопы обладают уникальной способностью генерировать очень большие объемы данных и находить объекты, становящиеся наблюдательными целями многих других обсерваторий, заставляет астрономические сообщества и финансирующие науку организации в Европе и по всему миру рассматривать широкоугольные телескопы как высший научный приоритет для будущего развития астрономии.

Как профессиональных астрономов, так и любителей беспокоит и вопрос о том, насколько появление «мега-созвездий» искусственных спутников может исказить первозданную красоту ночного неба. Исследование показывает, что в обсерватории, расположенной в средних широтах, над горизонтом будет находиться около 1600 спутников из «созвездий». Большая их часть будет расположена довольно низко — в пределах 30 градусов над горизонтом. Выше этого предела — то есть, в той части неба, в которой происходит большинство астрономических наблюдений — в каждый момент времени будет находиться около 250 таких спутников. В рассветные и закатные часы они все будут освещаться Солнцем, но к полуночи все большее их число будет попадать в тень Земли. В исследовании ESO оценена яркость всех этих объектов. Предполагается, что в сумерках примерно до сотни ярких спутников будет видно невооруженным глазом, и приблизительно 10 из них будет находиться выше 30 градусов над горизонтом. Эти числа будут резко уменьшаться по мере того, как будет становиться темнее и спутники войдут в тень Земли. В целом для невооруженного глаза на высоте более 30 градусов над горизонтом новые спутниковые «созвездия» примерно удвоят количество спутников, видимых на ночном небе сейчас [3].

В эти оценки не входят спутниковые «поезда» — цепочки из многочисленных спутников, видимые непосредственно после массовых запусков. Эффектные и яркие, они видны на протяжении очень короткого времени после заката или перед восходом и только из очень ограниченных областей на Земле.
Стремясь получить сдержанные и реалистичные оценки эффекта появления спутниковых «созвездий», который может в действительности оказаться менее значительным, чем в расчетах, исследование ESO использует различные упрощения и предположения. Чтобы оценить реальное влияние спутников более точно, потребуется более сложное моделирование. В то время как настоящее исследование сосредоточено на телескопах ESO, его результаты применимы и к другим подобным телескопам, не принадлежащим ESO, но также работающим в видимой и инфракрасной области, обладающим подобной навесной аппаратурой и решающим подобные наблюдательные задачи.

Спутниковые «созвездия» повлияют также и на работу обсерваторий, работающих в радиодиапазоне, на миллиметровых и субмиллиметровых волнах, в том числе инструментов ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) и APEX (Atacama Pathfinder Experiment). Это влияние будет рассмотрено в последующих работах.

ESO вместе с другими обсерваториями, с Международным астрономическим союзом (МАС — IAU), Американским астрономическим обществом (AAS), Королевским астрономическим обществом Великобритании (RAS) и другими организациями предпринимает усилия для того, чтобы привлечь к этой проблеме внимание таких всемирных форумов, как Комитет ООН по мирному использованию космического пространства (COPUOS) и Европейский комитет по радиоастрономическим частотам (CRAF). Одновременно вместе с космическими агентствами идет поиск практических решений, которые могли бы защитить крупномасштабные вложения, сделанные и делающиеся в передовые наземные астрономические инструменты и учреждения. ESO поддерживает усилия по созданию нормативно-правовой базы, которая в конечном счете должна будет обеспечить гармоничное сосуществование многообещающих высокотехничных низкоорбитальных систем с выполнением условий, при которых человечество сможет продолжать наблюдения и исследования Вселенной.

На заставке: аннотированное изображение ночного неба в обсерватории ESO Параналь в часы утренних сумерек, примерно за 90 минут до восхода солнца. Синие линии отмечают градусы высоты над горизонтом. Предоставлено: ESO/Y. Beletsky/L. Calçada

Примечания
[1] Многие параметры, характеризующие спутниковые «созвездия», в том числе оценки общего количества планируемых к запуску спутников, часто меняются. Исследование исходит из предположения о том, что на орбите вокруг Земли в составе «созвездий» будет обращаться в общей сложности 26 000 спутников, но это число может быть и выше.
[2] Примеры методов смягчения воздействия спутников: предварительное вычисление их положений с целью избежать попадания спутника в поле зрения; прекращение экспозиции (закрывание затвора) в момент пересечения спутником поля; ограничение наблюдений областями неба, находящимися в тени Земли, где спутники не освещаются Солнцем. Однако, эти методы применимы не для всех научных наблюдательных задач.
[3] Согласно оценкам, в настоящее время вокруг Земли обращается около 34 000 объектов, размер которых превосходит 10 см . Из них примерно 5500 искусственных спутников, в том числе около 2300 действующих. Остальные, включая последние ступени космических ракет и пусковые адаптеры спутников, относятся к разряду космического мусора. В любой точке земной поверхности и в любой момент времени примерно 2000 таких объектов находятся над горизонтом. В часы сумерек примерно 5–10 из них освещены Солнцем и имеют достаточную яркость, чтобы их можно было видеть невооруженным глазом.