Immagina lo spazio intorno alla Terra pieno di decine di migliaia di satelliti per comunicazioni. Quello scenario si sta lentamente realizzando, e preoccupa gli astronomi. Ora, un gruppo di astronomi ha scritto un documento che delinea preoccupazioni dettagliate, e come tutti questi satelliti potrebbero avere un grave, impatto negativo sull'astronomia terrestre.

SpaceX e altre società stanno gettando i loro occhi attenti capitalisti sullo spazio intorno alla Terra. SpaceX e OneWeb sono le uniche aziende a lanciare finora una parte delle loro costellazioni satellitari. Ma un certo numero di altre società hanno in programma di fare lo stesso, ed eventualmente, tutti questi satelliti conterranno decine di migliaia.

La comunità astronomica ha sollevato alcune preoccupazioni su queste costellazioni satellitari. La Royal Astronomical Society e l'American Astronomical Society hanno entrambe rilasciato dichiarazioni in cui esprimono la loro preoccupazione e il desiderio di lavorare con aziende nel settore delle costellazioni satellitari. Queste affermazioni sono educate, prudenti nelle loro critiche, e scritto con spirito di cooperazione.

Ma questo nuovo documento espone tutte le preoccupazioni della comunità astronomica, backup con dati, e insiste più insistentemente sul loro punto.

Una costellazione di satelliti è un gruppo di satelliti artificiali che lavorano insieme per fornire una copertura di comunicazione globale o quasi globale. Hanno il potenziale per rendere disponibile Internet ad alta velocità quasi ovunque. Ovviamente, ci sono molti vantaggi in questo.

Ma ci sono critiche, pure, e tre astronomi dell'INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, hanno presentato queste critiche in dettaglio. I tre sono Stefano Gallozzi, Marco Scardia e Michele Maris. Il loro articolo è intitolato "Preoccupazioni sulle osservazioni astronomiche da terra:un passo per salvaguardare il cielo astronomico".

Quando sommi tutti i satelliti che le aziende vogliono lanciare come parte delle loro costellazioni, arrivi da qualche parte intorno ai 50, 000 satelliti. La domanda è, che effetto avranno quei satelliti sull'astronomia terrestre? Gli autori del rapporto affermano che tutti questi satelliti danneggeranno inevitabilmente l'osservazione astronomica.

Una nota per i lettori:l'inglese non è la prima lingua degli autori dell'articolo, quindi alcune delle citazioni contengono piccole incongruenze, ma il significato è chiaro.

"A seconda della loro altitudine e della riflettività della superficie, il loro contributo alla luminosità del cielo non è trascurabile per le osservazioni professionali da terra, " dice il rapporto nell'introduzione. "Con l'enorme quantità di circa 50, 000 nuovi satelliti artificiali per telecomunicazioni programmati per essere lanciati in orbita terrestre media e bassa, la densità media degli oggetti artificiali sarà di> 1 satellite per grado di cielo quadrato; questo danneggerà inevitabilmente le immagini astronomiche professionali".

SpaceX è il più avanti nello schieramento della loro costellazione, e il loro nome compare spesso sui giornali. Il sistema Starlink di SpaceX ha già lanciato quasi 250 dei suoi satelliti, e hanno in programma di schierare fino a 42, 000 satelliti in totale. Secondo il giornale, questi satelliti "brillano dalla terza alla settima magnitudine in cielo dopo il tramonto e prima dell'alba".

Gli autori affermano che tutti quei satelliti lasceranno inevitabilmente delle tracce nelle immagini astronomiche, e può inibire la ricerca di oggetti vicini alla Terra. C'è un certo grado di rischio che potremmo non individuare un potenziale impatto a causa di questi satelliti.

Ma non sono solo le immagini ad essere influenzate negativamente, secondo il rapporto. "Seri problemi sono comuni anche ad altre lunghezze d'onda ammissibili per le indagini a terra, in particolare per la radioastronomia, i cui rivelatori sono già saturati dall'onnipresente irradiazione della comunicazione satellitare dalle stazioni spaziali e da terra".

Già a maggio 2019, Elon Musk ha cercato di respingere qualsiasi preoccupazione astronomica su Starlink. Tra le sue brusche respinte di critiche c'era la sua affermazione secondo cui "Dobbiamo comunque spostare i telescopi in orbita. L'attenuazione atmosferica è terribile".

Musk ha un enorme profilo nella comunità spaziale, quindi le sue parole potrebbero aver convinto alcuni che non ci sono problemi tra Starlink e l'astronomia. Ma Musk è un imprenditore, non uno scienziato.

Per tutti i suoi successi, Musk non è un esperto in astronomia o osservazione astronomica. La sua affermazione secondo cui Starlink "avrà un impatto dello 0% circa sui progressi in astronomia" è accurata e informata?

I tre autori del nuovo articolo non sembrano pensarla così. Delineano i rischi che le costellazioni satellitari comportano per l'astronomia, e non si tratta solo di essere visibili alla luce ottica. Fanno notare che ci sono "effetti pericolosi derivanti da tali cambiamenti nella popolazione dei piccoli satelliti. Viene delineata una strategia dedicata di intervento urgente per salvaguardare e proteggere ogni banda astronomica osservabile da terra".

Gli autori iniziano dall'inizio, sottolineando gli enormi progressi nella comprensione fatti dalle osservazioni a terra. "Per secoli le osservazioni astronomiche da terra hanno portato a progressi eccezionali nella nostra comprensione scientifica delle leggi della natura". È difficile discuterne.

Nella prima sezione del giornale, parlano di come l'astronomia spaziale, o telescopi spaziali, hanno contribuito alla conoscenza. Ma sottolineano che l'astronomia terrestre e quella spaziale hanno bisogno l'una dell'altra e producono la migliore scienza quando lavorano insieme. "Senza osservazioni a terra, la maggior parte dell'astronomia spaziale attuale sarebbe inutile o impossibile."

È sicuro dire che gli autori non sono d'accordo con l'affermazione disinvolta di Musk secondo cui "Dobbiamo comunque spostare i telescopi in orbita. L'attenuazione atmosferica è terribile".

Forse Musk non ha mai sentito parlare di ottica adattiva. L'ottica adattiva consente ai moderni telescopi terrestri di superare l'effetto dell'atmosfera sulle osservazioni. I prossimi telescopi come l'European Extremely Large Telescope e il Thirty-Meter Telescope presentano un'ottica adattiva al centro dei loro progetti.

Gli autori sottolineano anche ciò che dovrebbe essere chiaro a chiunque ci pensi a lungo:rispetto all'astronomia da terra, i telescopi spaziali sono enormemente costosi. E rischioso.

I progressi nella tecnologia dei telescopi vengono fatti qui sulla Terra. Il loro dispiegamento è la parte rischiosa, ma le tecnologie sono già state testate e sviluppate qui sulla Terra. Come sottolineano gli autori dell'articolo, testare e sviluppare nuove tecnologie di telescopi non è fattibile nello spazio.

"Una delle principali limitazioni dei telescopi spaziali è che non possono essere mantenuti, ricondizionato o riparato dopo il lancio." L'Hubble è un'eccezione, e altri telescopi spaziali non sono stati mantenuti. Una volta che hanno finito, sono finiti.

"Rispetto agli osservatori a terra, la vita media dei telescopi spaziali è dell'ordine di un paio di decenni o meno. Anzi, osservatori a terra dura da diversi decenni, con i telescopi installati all'inizio dell'era spaziale che tornano a funzionare in maniera proficua." In breve, i telescopi spaziali diventano tecnologicamente obsoleti, mentre le loro controparti terrestri continuano a lavorare.

Possiamo vederlo con il Very Large Telescope (VLT) dell'Osservatorio europeo meridionale (ESO). Il VLT è composto da quattro unità primarie, il primo dei quali ha visto la prima luce nel 1998. Nel corso degli anni, è stato aggiornato più volte, aumentando ogni volta le sue capacità di osservazione. Due dei suoi strumenti, SPHERE (prima luce giugno 2014) ed ESPRESSO (prima luce settembre 2016) sono progettati per studiare gli esopianeti, qualcosa che non era importante quando è stato progettato il VLT. Altri strumenti, come VISIR (VLT Imager and Spectrometer for mid-infrared) sono stati aggiornati per studiare gli esopianeti.

I telescopi spaziali sono anche costosi rispetto ai telescopi terrestri. Il telescopio spaziale James Webb è in sviluppo da 20 anni, e costerà $ 10 miliardi negli Stati Uniti. Ma la prossima generazione di telescopi terrestri, come il Giant Magellan Telescope e l'European Extremely Large Telescope, costerà circa 1 miliardo di dollari ciascuno. E probabilmente sopravviveranno al JWST di decenni.

La parte essenziale dell'articolo si occupa dei problemi reali che l'astronomia terrestre dovrà affrontare dalle costellazioni satellitari. In alcune lunghezze d'onda elettromagnetiche, i telescopi spaziali sono molto più efficaci dei telescopi terrestri. Nel lontano infrarosso, ad esempio, l'atmosfera ne blocca gran parte. Ma questo non racconta tutta la storia.

Nell'articolo gli autori parlano del degrado del cielo. Questo degrado deriva non solo dall'inquinamento luminoso del suolo, ma "è anche dovuto alle flotte di satelliti artificiali che attraversano e segnano osservazioni con striature/scie parallele luminose a tutte le latitudini".

Starlink da solo vorrebbe piazzare fino a 40, 000 satelliti in orbita. Questa è solo una delle tante società con l'intenzione di lanciare costellazioni satellitari. Nessuno sa quanti ce ne saranno alla fine, ma è giusto usare un 50, 000 cifra satellitare per la discussione.

"Gli astronomi sono estremamente preoccupati dalla possibilità che il cielo visto dalla Terra possa essere ricoperto da decine di migliaia di satelliti, che supererà di molto il numero di circa 9, 000 stelle visibili a occhio nudo, " affermano gli autori. "Questa non è una minaccia lontana:sta già accadendo".

I tre astronomi analizzano tutti i numeri della crescente flotta di satelliti della Terra. Tenendo conto degli angoli di visuale, altitudine, e la luminosità li conduce a questa conclusione:"Così, con 50K satelliti, la "normalità" sarà un cielo gremito di oggetti artificiali:ogni grado quadrato del cielo avrà un satellite che striscia al suo interno per tutta la notte osservativa, accessibile e visibile da telecamere astronomiche, e non solo da strumentazione professionale."

Secondo gli autori, tutto questo inquinamento luminoso sarà un grave danno per l'osservazione astronomica. Riconoscono che SpaceX sta sperimentando un satellite "scuro" dipinto di nero per ridurre la riflettività. Ma sottolineano che il 75% della superficie del satellite è costituito da pannelli solari, che ovviamente non è verniciabile. Evidenziano anche problemi con la verniciatura di un satellite nero:"Se il corpo del satellite sarà inibito a riflettere la luce del sole, assorbirà le radiazioni, riscaldare troppo [causando] possibili guasti, [e] quindi probabilmente aumenterà la gestione del rischio per l'intera flotta e renderà la soluzione di rivestimento scuro inefficace o addirittura controproducente."

Poi c'è l'intero problema dell'interferenza in banda radio. "Anche con le migliori procedure di rivestimento e mitigazione per ridurre l'impatto sulle osservazioni astronomiche visive, ciò che spesso viene omesso o dimenticato è che le costellazioni delle telecomunicazioni brilleranno nelle bande di lunghezze d'onda radio, osservabile da terra».

Ci sono accordi vecchi di decenni dall'inizio dell'era spaziale che riservano determinate frequenze radio per determinati usi. Le frequenze di certi atomi e molecole nello spazio sono riservate alla radioastronomia. Questi includono monossido di carbonio, suoi isotopi e H ₂ O.

I radioastronomi devono già fare i conti con ogni tipo di interferenza. Secondo gli autori, questo andrà molto peggio. “Ciò che non è ampiamente riconosciuto è che lo sviluppo delle reti di telecomunicazioni di ultima generazione (sia dallo spazio che dalla Terra) ha già un profondo impatto sulle osservazioni radioastronomiche (in tutte le sottobande):con le flotte satellitari LEO, è abbastanza sicuro che la situazione potrebbe diventare insostenibile".

Poi c'è la questione della legalità, e quali organismi possono autorizzare il dispiegamento di costellazioni satellitari.

Gli autori citano la dichiarazione del 1994 delle Nazioni Unite per l'educazione, Organizzazione Scientifica e Culturale (UNESCO). Tale affermazione dice, "Le persone appartenenti alle generazioni future hanno diritto ad una Terra incontaminata e intatta, compresi cieli puri; hanno diritto al suo godimento come fondamento della storia umana della cultura e dei legami sociali che fanno di ogni generazione e di ogni individuo un membro di un'unica famiglia umana».

Quella stessa dichiarazione dell'UNESCO dice anche, "Qui, Il Patrimonio Mondiale è proprietà di tutta l'umanità, e mentre ci possono essere leggi protettive, far rispettare questo è un'altra cosa, poiché solo gli Stati possono citare in giudizio altri Stati in base a questo tipo di trattato internazionale. Uno Stato è responsabile delle attività che si verificano all'interno della sua giurisdizione, siano esse autorizzate o non autorizzate".

I tre astronomi sottolineano che poiché la FCC e altri organismi negli Stati Uniti hanno dato l'approvazione a Starlink, potrebbero essere in grado di fermare Starlink, pure. Potrebbero anche essere obbligati in base al diritto internazionale.

Citano anche il Trattato sullo spazio extraatmosferico, e scrivi, "... il processo legale è che il governo statale, questa volta il governo degli Stati Uniti, è legalmente responsabile per tutti gli oggetti inviati nello spazio esterno che vengono lanciati dai confini degli Stati Uniti. Ciò significa che è il governo degli Stati Uniti ad essere responsabile dei danni causati dalla sua società, collegamento stellare, mandare in orbita oggetti che causano danni".

Il documento si conclude evidenziando possibili azioni legali che la comunità internazionale potrebbe intraprendere per fermare le costellazioni satellitari.

Potrebbero citare in giudizio la FCC perché nella loro approvazione, non hanno tenuto conto dell'inquinamento luminoso, che viola la legge sulla politica ambientale nazionale. Tale atto richiede a qualsiasi agenzia federale di considerare l'impatto ambientale dei progetti che approva. Gli autori affermano che la FCC non ha considerato adeguatamente l'inquinamento luminoso di Starlink.

La comunità astronomica internazionale potrebbe "citare in tribunale per mancanza di giurisdizione e giurisprudenza della FCC statunitense per autorizzare satelliti privati ​​non geostazionari su altri stati e nazioni". Ciò mette in discussione il diritto della FCC di autorizzare persino le costellazioni satellitari che viaggiano su altre nazioni.

Poi c'è la Corte Internazionale di Giustizia (ICJ). I tre autori affermano che la comunità internazionale potrebbe citare in giudizio il governo degli Stati Uniti presso l'ICJ "... per sospendere ulteriori lanci di Starlink per quantificare la perdita di finanze pubbliche a danno di progetti astronomici nazionali e internazionali".

La comunità internazionale di astronomia ha lanciato una petizione nel gennaio 2020. La comunità vuole che Starlink e altri vengano bloccati, vogliono che vengano messe in atto tutele legali per l'osservazione astronomica, e vogliono limitare al minimo il numero di costellazioni di satelliti.

"Tutte queste richieste provengono dalla sincera preoccupazione degli scienziati derivante dalla minaccia di essere impedita dall'accesso alla piena conoscenza del Cosmo e dalla perdita di un bene immateriale di incommensurabile valore per l'umanità, " scrivono gli autori.

Lo spazio sta diventando sempre più un pantano legale col passare del tempo. Non è chiaro esattamente quali tipi di attività saranno consentiti. Decenni fa, vicino all'inizio dell'era spaziale, leggi e accordi sono stati messi in atto per tenere le cose sotto controllo.

Ma nessuno aveva previsto niente di simile alle costellazioni satellitari, e il quadro giuridico che governa lo spazio sarà probabilmente sottoposto a molte pressioni.