Terwijl satellieten door de lucht kruipen, reflecteren ze het licht van de zon terug naar de aarde, vooral tijdens de eerste paar uur na zonsondergang en de eerste paar uur voor zonsopgang. Naarmate meer bedrijven satellietnetwerken in een lage baan om de aarde lanceren, wordt een duidelijk zicht op de nachtelijke hemel zeldzamer. Vooral astronomen proberen manieren te vinden om zich aan te passen.

Met dat in gedachten heeft een team van studenten en docenten van de Universiteit van Arizona een uitgebreide studie voltooid om de helderheid van satellieten te volgen en te karakteriseren, met behulp van een op de grond gebaseerde sensor die ze hebben ontwikkeld om de helderheid, snelheid en paden van satellieten door de lucht te meten. Hun werk kan nuttig zijn voor astronomen, die - als ze op de hoogte worden gesteld van inkomende heldere satellieten - de luiken van hun op een telescoop gemonteerde camera's kunnen sluiten om te voorkomen dat lichtsporen hun astronomische beelden met lange belichtingstijd aantasten.

Het onderzoeksteam werd geleid door professor in planetaire wetenschappen Vishnu Reddy, die ook samen met professor in systemen en industriële techniek Roberto Furfaro het Space Domain Awareness-lab van de universiteit leidt, dat allerlei soorten objecten in een baan om de aarde en de maan volgt en karakteriseert.

Grace Halferty, een senior die deze zomer afstudeert met een bachelor in lucht- en ruimtevaart en werktuigbouwkunde, is de hoofdauteur van de studie, die is gepubliceerd in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . De studie beschrijft hoe het team een ​​satellietvolgapparaat heeft gemaakt om de helderheid en positie van SpaceX Starlink-satellieten te meten en die waarnemingen heeft vergeleken met satellietvolggegevens van de overheid uit de Space Track Catalog-database.

"Tot nu toe werden de meeste fotometrische of helderheidswaarnemingen die beschikbaar waren met het blote oog gedaan", zei Halferty. "Dit is een van de eerste uitgebreide fotometrische onderzoeken die door vakgenoten zijn beoordeeld. Het is een uitdaging om de satellieten te volgen met traditionele astronomische telescopen, omdat ze zo helder en snel bewegend zijn, dus bouwden we wat eigenlijk een kleine sensor is met een camera lens zelf omdat er niets van de plank beschikbaar was."

Het team deed in twee jaar tijd 353 metingen van 61 satellieten en ontdekte dat de positie van Starlink-satellieten, zoals vastgelegd in de Space Track Catalog van de overheid, slechts gemiddeld 0,3 boogseconde afweek van de UArizona-berekeningen. Een boogseconde aan de hemel is ongeveer zo groot als een dubbeltje dat op 2,5 mijl afstand wordt gehouden. Het kleine verschil is waarschijnlijk te wijten aan natuurlijke vertragingen in de overheidsgegevens, zei Reddy. Omdat die gegevens zijn gebaseerd op geschatte banen die dagen eerder zijn berekend, in plaats van op realtime waarnemingen, kunnen positioneringsfouten optreden.

"Dit suggereert dat er hoop is dat astronomen deze gegevens kunnen gebruiken om de sluiter van hun telescopen op tijd te sluiten te midden van de groeiende chaos in de lucht hierboven," zei Reddy.

Een geweldige verkeersopstopping

Starlink is een groot netwerk van satellieten, ook wel een megaconstellatie genoemd, beheerd door SpaceX met als doel wereldwijde internetdekking te bieden. SpaceX is in 2019 begonnen met de lancering van Starlink-satellieten. Vandaag zijn er meer dan 2.700 Starlink-satellieten gelanceerd, een fractie van het beoogde totaal van 42.000 satellieten.

Andere voorbeelden van satellietconstellaties zijn 31 GPS-satellieten en 75 iridium-satellieten voor communicatie. Andere entiteiten hebben plannen om de komende jaren meer satellieten in een lage en gemiddelde baan om de aarde te lanceren. Amazon is bijvoorbeeld van plan om 3.000 satellieten te lanceren en de Chinese regering is van plan om er 13.000 te lanceren. Deze satellieten zullen niet hoger dan 22.000 mijl boven de aarde draaien.

Het probleem met satellieten is dat ze stroom nodig hebben die wordt geoogst van zonnepanelen, die zonlicht kunnen weerkaatsen bij telescopen op de grond, en op hun beurt invloed hebben op astronomische waarnemingen van telescopen over de hele wereld. Ongeveer 30% van alle telescoopbeelden zal worden beïnvloed door ten minste één satellietspoor zodra de Starlink-constellatie voltooid is, zei onderzoeksteamlid Tanner Campbell, een afgestudeerde onderzoeksassistent bij de afdeling Lucht- en Ruimtevaart en Werktuigbouwkunde.

"Naarmate andere sterrenbeelden worden toegevoegd, zal het probleem alleen maar erger worden voor astronomische onderzoeken op de grond", zei hij.

Deze satellieten reflecteren nog meer direct na de lancering, terwijl ze nog steeds relatief laag en dicht geclusterd zijn voordat ze zich in de loop van de tijd door hun baan verspreiden. Ze zijn vaak zo helder als Saturnus of Jupiter, twee van de helderste objecten aan de nachtelijke hemel. Naarmate ze in hogere banen manoeuvreren, worden ze iets zwakker.

Een bewegend doel

SpaceX heeft een aantal verschillende methoden ingezet om zijn Starlink-satellieten donkerder te maken. VisorSat-satellieten zijn bijvoorbeeld afhankelijk van een schaduw om extra zonlicht te blokkeren, waardoor ze 1,6 keer zwakker worden. DarkSat-satellieten daarentegen vertrouwen op een antireflectiecoating waardoor ze 4,8 keer zwakker zijn. DarkSats werd echter te heet, dus SpaceX stapte af van die specifieke methode. Sinds augustus 2021 zijn alle Starlink-satellieten VisorSats.

"Hoewel deze aanpassingen stappen in de goede richting zijn, dimmen ze de satellieten ook niet genoeg voor astronomische onderzoeken", zegt onderzoeksteamlid Adam Battle, een afgestudeerde student die planetaire wetenschap studeert.

In juli kondigde SpaceX nieuwe strategieën aan. De ene omvat spiegels die het zonlicht van de aarde afkaatsen en een andere omvat het gebruik van donkere bouwmaterialen. Het team van Reddy is van plan te onderzoeken hoe effectief deze methoden zijn om de reflectie van zonlicht naar de aarde te verminderen.

Hoewel het nuttig is voor astronomen om precies te weten waar satellieten zijn, voegt het sluiten van de camera's overheadkosten toe voor telescoopoperaties. Metingen worden minder efficiënt wanneer astronomen de sluiter moeten sluiten of besmette beelden moeten weggooien. Een onderzoek dat vijf jaar in beslag zou nemen, zou bijvoorbeeld 10 tot 20% meer tijd in beslag kunnen nemen als de efficiëntie van het onderzoek afneemt. De kosten zullen blijven stijgen naarmate er meer satellieten worden gelanceerd, zei Reddy.

Het team is van plan voort te bouwen op het succes door de helderheid van de nieuwste generatie Starlink-satellieten te bestuderen in vier verschillende gekleurde filters - dezelfde filters die worden gebruikt in astronomische onderzoeken van de lucht om verschillende informatie van sterren, planeten en meer te achterhalen. Om dit te bereiken heeft het team samengewerkt met het in Tucson gevestigde kleine bedrijf Starizona om een ​​sensor te bouwen die satellieten tegelijkertijd in vier kleuren kan fotograferen.

"Werken met lokale kleine bedrijven is een overwinning voor ons, omdat het onze studenten de mogelijkheid biedt om snel prototypes te maken en een nieuw systeem online te brengen," zei Reddy. + Verder verkennen

SpaceX lanceert Starlink-satellieten vanuit Californië