Mentre i satelliti strisciano nel cielo, riflettono la luce dal sole sulla Terra, specialmente durante le prime ore dopo il tramonto e le prime ore prima dell'alba. Man mano che sempre più aziende lanciano reti di satelliti nell'orbita terrestre bassa, una visione chiara del cielo notturno sta diventando più rara. Gli astronomi, in particolare, stanno cercando di trovare modi per adattarsi.

Con questo in mente, un team di studenti e docenti dell'Università dell'Arizona ha completato uno studio completo per tracciare e caratterizzare la luminosità dei satelliti, utilizzando un sensore a terra che hanno sviluppato per misurare la luminosità, la velocità e i percorsi dei satelliti attraverso il cielo. Il loro lavoro potrebbe essere utile per gli astronomi, che, se avvisati dell'arrivo di satelliti luminosi, potrebbero chiudere gli otturatori delle loro fotocamere montate sul telescopio per evitare che le scie luminose possano contaminare le loro immagini astronomiche a lunga esposizione.

Il team di ricerca è stato guidato dal professore di scienze planetarie Vishnu Reddy, che co-conduce anche, con il professore di sistemi e ingegneria industriale Roberto Furfaro, il laboratorio Space Domain Awareness dell'università, che traccia e caratterizza tutti i tipi di oggetti in orbita attorno alla Terra e alla luna.

Grace Halferty, una senior laureata quest'estate con una laurea in ingegneria aerospaziale e meccanica, è l'autrice principale dello studio, che è pubblicato su Avvisi mensili della Royal Astronomical Society . Lo studio descrive in dettaglio come il team ha creato un dispositivo di localizzazione satellitare per misurare la luminosità e la posizione dei satelliti SpaceX Starlink e ha confrontato tali osservazioni con i dati di localizzazione satellitare del governo dal database Space Track Catalog.

"Fino ad ora, la maggior parte delle osservazioni fotometriche o di luminosità che erano disponibili venivano eseguite ad occhio nudo", ha detto Halferty. "Questo è uno dei primi studi fotometrici completi là fuori per passare attraverso la revisione tra pari. I satelliti sono difficili da tracciare con i telescopi astronomici tradizionali, perché sono così luminosi e in rapido movimento, quindi abbiamo costruito quello che è fondamentalmente un piccolo sensore con una fotocamera obiettivo noi stessi perché non c'era nulla di pronto a disposizione."

Il team ha effettuato 353 misurazioni di 61 satelliti in due anni e ha scoperto che la posizione dei satelliti Starlink registrata nello Space Track Catalog del governo differiva solo di una media di 0,3 secondi d'arco dai calcoli dell'UArizona. Un secondo d'arco nel cielo ha all'incirca le dimensioni di un centesimo tenuto a 2,5 miglia di distanza. La piccola differenza è probabilmente dovuta ai tempi di ritardo naturali nei dati del governo, ha affermato Reddy. Poiché tali dati si basano su orbite stimate calcolate giorni prima, anziché su osservazioni in tempo reale, possono accumularsi errori di posizionamento.

"Questo suggerisce che c'è speranza che gli astronomi possano utilizzare questi dati per chiudere in tempo l'otturatore dei loro telescopi in mezzo al caos crescente nei cieli sopra", ha detto Reddy.

Un ingorgo stellare

Starlink è una vasta rete di satelliti, chiamata anche mega costellazione, gestita da SpaceX con l'obiettivo di fornire una copertura Internet globale. SpaceX ha iniziato a lanciare i satelliti Starlink nel 2019. Oggi sono stati lanciati più di 2.700 satelliti Starlink, una frazione del totale previsto di 42.000 satelliti.

Altri esempi di costellazioni satellitari includono 31 satelliti GPS e 75 satelliti iridium per la comunicazione. Altre entità hanno in programma di lanciare più satelliti nell'orbita terrestre bassa e media nei prossimi anni. Amazon, ad esempio, prevede di lanciare 3.000 satelliti e il governo cinese prevede di lanciarne 13.000. Questi satelliti orbiteranno a non più di 22.000 miglia sopra la Terra.

Il problema con i satelliti è che richiedono energia raccolta dai pannelli solari, che possono riflettere la luce solare sui telescopi terrestri e, a sua volta, influire sulle osservazioni astronomiche dei telescopi di tutto il mondo. Circa il 30% di tutte le immagini del telescopio sarà influenzato da almeno una scia satellitare una volta completata la costellazione di Starlink, ha affermato Tanner Campbell, membro del team di ricerca, assistente di ricerca laureato presso il Dipartimento di ingegneria aerospaziale e meccanica.

"Man mano che vengono aggiunte altre costellazioni, il problema peggiorerà solo per i rilievi astronomici da terra", ha affermato.

Questi satelliti sono ancora più riflettenti subito dopo il lancio, mentre sono ancora relativamente bassi e strettamente raggruppati prima di diffondersi lungo la loro orbita nel tempo. Sono spesso luminosi come Saturno o Giove, due degli oggetti più luminosi nel cielo notturno. Mano a mano che si spostano verso orbite più alte, diventano leggermente più deboli.

Un bersaglio mobile

SpaceX ha implementato alcuni metodi diversi per oscurare i suoi satelliti Starlink. Ad esempio, i satelliti VisorSat si affidano a un'ombra per bloccare la luce solare aggiuntiva, rendendoli 1,6 volte più deboli. I satelliti DarkSat, invece, si basano su un rivestimento antiriflesso che li rende 4,8 volte più deboli. Tuttavia, DarkSats è diventato troppo caldo, quindi SpaceX si è allontanato da quel metodo specifico. Da agosto 2021, tutti i satelliti Starlink sono VisorSat.

"Sebbene queste modifiche siano passi nella giusta direzione, non attenuano abbastanza i satelliti per le indagini astronomiche", ha affermato Adam Battle, uno studente laureato che studia scienze planetarie.

A luglio, SpaceX ha annunciato nuove strategie. Uno riguarda specchi che riflettono la luce solare lontano dalla Terra e un altro prevede l'uso di materiali da costruzione più scuri. Il team di Reddy intende studiare l'efficacia di questi metodi nel ridurre il riflesso della luce solare sulla Terra.

Anche se sapere esattamente dove si trovano i satelliti è utile per gli astronomi, l'atto di chiudere le telecamere aggiunge costi generali per le operazioni del telescopio. Le indagini diventano meno efficienti quando gli astronomi devono chiudere l'otturatore o gettare via le immagini contaminate. Ad esempio, un sondaggio che richiederebbe cinque anni per essere completato potrebbe richiedere dal 10% al 20% in più di tempo se l'efficienza del sondaggio diminuisce. I costi continueranno ad aumentare man mano che verranno lanciati più satelliti, ha affermato Reddy.

Il team prevede di sfruttare il suo successo studiando la luminosità dell'ultima generazione di satelliti Starlink in quattro diversi filtri colorati, gli stessi utilizzati nelle indagini astronomiche del cielo per ricavare informazioni diverse da stelle, pianeti e altro ancora. Per raggiungere questo obiettivo, il team ha collaborato con la piccola impresa Starizona con sede a Tucson per costruire un sensore in grado di scattare foto di satelliti in quattro colori contemporaneamente.

"Lavorare con le piccole imprese locali è una vittoria per noi in quanto offre ai nostri studenti l'opportunità di creare rapidamente prototipi e portare online un nuovo sistema", ha affermato Reddy. + Esplora ulteriormente

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