Ahogy a SpaceX Starlink Ramps Up így lehet fényszennyezés

A SpaceX Starlink szélessávú szolgáltatása, amely már mintegy 1800 műholddal kering a Föld körül, és mintegy 100 000 háztartásnak biztosít internet-hozzáférést, Elon Musk, a vállalat alapítója és vezérigazgatója nemrégiben közzétett tweetje szerint ebben a hónapban léphet ki a béta tesztelési fázisból.

Alig egy évtizeddel ezelőtt még csak néhány ezer űrhajó keringett a Föld körül. Most a Starlink mérnökei akár 12 ezer műholdat is szeretnének építeni, a SpaceX pedig szinte havonta újabbakat indít a Falcon 9 rakétáival. Egy nemrégiben készült FCC-jelentés szerint a vállalat további 30 000-re kért engedélyt.

A "megakonstellációnak" nevezett hatalmas műholdhálózat jelenleg uralja a műholdas internet iparágat, de más szereplők, például az Amazon és a OneWeb is tervezi, hogy több ezer saját műholdat indít. Ahogy a Starlink flotta növekszik, a SpaceX-nek és versenytársainak néhány lehetséges problémával kell majd foglalkozniuk. Az egyik az, hogy a több keringő égitest azt jelenti, hogy idővel több űrszemét is lesz, ami több esélyt ad az ütközésekre.

A csillagászok, a környezetvédők és az őslakos csoportok pedig többek között aggodalmukat fejezik ki amiatt, hogy a Starlink a műholdakról visszaverődő napfénynek köszönhetően visszavonhatatlanul bevilágítja majd az éjszakai égboltot. Az olyan teleszkópok számára, mint a Chilében hamarosan elkészülő, a Nemzeti Tudományos Alapítvány által finanszírozott Vera C. Rubin Obszervatórium, a csillagászok olyan szoftvereket próbálnak kifejleszteni, amelyek enyhítik a még több magán műholddal teli égbolt hatásait, de ezek elkerülhetetlenül csíkokat hagynak majd a kozmoszról készített képeiken.

Az elmúlt néhány évben a csillagászok már számos Starlink műholdat észleltek az éjszakai égbolton. "Ha kimegyek a verandámra, és felnézek éjszaka, akkor látok egy fényes műholdat, amely végigvonul az égen, és általában több is látható. Ez egy nagyon furcsa érzés: Aaron Boley, a Brit Columbia Egyetem bolygócsillagásza és a Világűrkutató Intézet társigazgatója szerint. "Ennek sokkal nagyobb hatása lesz, mint azt az emberek értékelik."

Mivel néhány éven belül összesen mintegy 65 000 SpaceX, Amazon, OneWeb és Starnet/GW műhold kering majd a Föld körül, Boley és Samantha Lawler csillagász egy új kutatási tanulmányban, amely jelenleg a szakértői értékelésen megy keresztül, előrejelzéseket tett a fényszennyezés hatásaira vonatkozóan. (A Starlink műholdak fényességére vonatkozó megfigyelések és modellek alapján azt találták, hogy az északi és déli szélesség 50 fokához közeli szélességeken - ami például a kanadai és európai embereket érinti - a műholdak a távcsővel látható fények 7-14 százalékát teszik majd ki, a szabad szemmel látható fényeknek pedig körülbelül minden tizedikét.

Boley és Lawler kompromisszumokat állapít meg.

A Föld felett mintegy 1200 kilométeres magasságban keringő műholdak például egy ideig az égbolton tartózkodnak, míg a Starlink műholdjai gyorsabban mozognak alacsony Föld körüli pályán, kevesebb mint 600 kilométeres magasságban - körülbelül olyan magasan, mint amilyen magasan a SpaceX tisztán polgári célú Inspiration4-je repült. Az alacsonyabb műholdak kisebb területet fednek le, mint a magasabbak, így a SpaceX-nek többre van szüksége belőlük ahhoz, hogy ugyanannyi embert elérjen. Nekünk a Földön azonban fényesebben ragyognak az égen.

A többi iparági szereplő, akik általában a pályamagasságok egyik vagy másik tartományához ragaszkodnak, közéjük tartozik a brit OneWeb és a tervezett műholdkonstellációk, mint például az Amazon Project Kuiper, a kínai Starnet/GW és a kanadai Telesat. A Starlink konstelláció azonban valószínűleg a legnagyobb marad, legalábbis egy ideig: A SpaceX már leszállította a Wi-Fi routert és parabolaantennát tartalmazó terminálokat bétafelhasználóknak 14 országban, főként Nyugat-Európában és Észak-Amerikában, köztük vidéki és távoli felhasználóknak - Musk tweetjei szerint -, és a vállalat azt tervezi, hogy legalább félmillióra bővíti a felhasználói bázist.

"Nehéz lesz versenyezni a SpaceX-szel ezen a területen, mivel nyilvánvaló előnye van a kilövés terén. Versenytársak azonban léteznek és alakulnak, ami arra utal, hogy a piac még mindig lát lehetőséget" - írta a WIRED-nek küldött e-mailben Matthew Weinzierl, a Harvard Business School közgazdásza, aki az űrszektor kereskedelmi hasznosítását kutatja.

A SpaceX kommunikációs csapatának képviselője elutasította a WIRED interjúkérelmét. Az Amazon képviselője azonban jelezte, hogy a vállalat tisztában van a lehetséges fényszennyezési problémákkal. "A fényvisszaverő képesség kulcsfontosságú szempont a tervezési és fejlesztési folyamatunkban. Már számos olyan tervezési és üzemeltetési döntést hoztunk, amelyek segítenek csökkenteni a csillagászati megfigyelésekre gyakorolt hatásunkat, és a közösség tagjaival együttműködünk, hogy jobban megértsük az aggodalmaikat, és meghatározzuk azokat a lépéseket, amelyeket megtehetünk" - írta a szóvivő e-mailben.

Katie Dowd, a OneWeb észak-amerikai kormányzati és vállalati ügyekért felelős igazgatója a WIRED-nek küldött e-mailben azt írta, hogy a vállalat tárgyal csoportokkal, köztük az Egyesült Királyság Királyi Csillagászati Társaságával és az Amerikai Csillagászati Társasággal, hogy megértsék a műholdak megfigyelésekre gyakorolt hatását, "és hogy olyan tervezési és üzemeltetési gyakorlatokat alakítsanak ki, amelyek mindkét közösséget támogatják". Fényességméréseket is végzünk, és ezeket az eredményeket megvizsgáljuk a megoldások feltárása érdekében".

A SpaceX és riválisai nem tudják elkerülni a fényszennyezést, csak csökkenteni tudják. A légkörben minden tárgy legalább némi fényt visszaveri pályája egy részében, anyagától, színétől és méretétől függően. Miközben a műholdak információkat sugároznak le a Földre, a napfény egy kis része gyakran szintén visszaverődik lefelé, mind a műhold teste, mind a napelemek által.

Tavaly év elején a SpaceX tesztelte a Darksat becenevű Starlink műholdat, amelynek egyik oldalát - beleértve az antennákat is - kísérleti sötétítő bevonattal látták el, hogy csökkentsék a visszaverődő fényerőt, amely a vállalat állítása szerint 55 százalékkal csökkent. Egy tanulmányban egyes csillagászok megállapították, hogy az intézkedés valóban elsötétítette a műholdat, de nem ilyen mértékben, bár szabad szemmel láthatatlanná tette a műholdat.

Mások egyáltalán nem észleltek jelentős sötétedést. Megállapították azonban, hogy a műhold mért fényessége változhat, attól függően, hogy milyen szögből figyelik, és hogyan szóródik a fény a légkörben. A vállalat honlapján közzétett bejegyzés szerint a SpaceX megállapította, hogy a sötét felületek felforrósodtak, ami veszélyeztette a műhold alkatrészeit, és még mindig visszaverte a fényt az infravörös tartományban.

Ezért a vállalat később egy másik megközelítést tesztelt, amelyet Visorsatnak nevez, több műholdat telepítve, amelyekhez téglalap alakú napellenzőket erősítettek, mint amilyeneket az autók szélvédőjén használnak. Ezek a napellenzők azt hivatottak biztosítani, hogy a műholdak antennáiról visszaverődő napfényt a Földről visszaverjék.

Eddig a SpaceX nem adott ki nyilvánosan semmilyen információt arról, hogy ez a megközelítés mennyire jól működik, vagy hogyan viszonyul a Darksathoz. De egy másik csillagász az arXiv.org tudományos preprint szerveren közzétett, még nem publikált tanulmányában, valamint Boley csapata a munkafolyamatban, egymástól függetlenül azt találta, hogy a Visorsat űrszonda legalább 70 százaléka még mindig fényesebb volt az általuk preferált küszöbértéknél: ez a szint biztosítaná, hogy a Vera C. Rubin Obszervatórium képei többnyire érintetlenek maradjanak.

A fényszennyezéssel kapcsolatos aggodalmakra való figyelemfelhívás és a megoldások kidolgozásán való munka érdekében az Amerikai Csillagászati Társaság idén nyáron SatCon2 néven virtuális workshopot hívott össze a műholdkonstellációkról. Tervezik, hogy hamarosan jelentéseket és ajánlásokat adnak ki, egybeesve a most vasárnap kezdődő, "Sötét és csendes égbolt a tudomány és a társadalom számára" elnevezésű találkozóval, amelyet az ENSZ és a Nemzetközi Csillagászati Unió szervez.

Videó: LeoLabs

A SatCon2 szervezői kiemelten fontosnak tartották, hogy az éjszakai égbolt iránt érdeklődők széles körét megszólítsák, beleértve az amatőr csillagászokat, asztrofotósokat, a planetáriumi közösséget, a környezetvédőket, valamint az Egyesült Államok, Kanada, Új-Zéland és más országok őslakos és törzsi közösségeit. "Mindenki azt akarta, hogy a dolgok lelassuljanak. Azt akarták, hogy az ipar jobban elkötelezze magát. Ez egy olyan dolog, amely globális közös tulajdonként mindenkié" - mondja Aparna Venkatesan, a San Franciscó-i Egyetem asztrofizikusa és a SatCon2 nyilvános részvételének társelnöke.

A SatCon2 részeként egy csillagászokból álló munkacsoport a SpaceX és öt másik nagy műholdüzemeltető cég képviselőivel beszélt arról, hogy a kutatók milyen visszavert fényhatárokat javasolnak, és hogyan tudnák a cégek felmérni és csökkenteni űrhajóik visszaverődését. Emellett megvitatták az Egyesült Államokon belüli politikai lehetőségeket is, amelyek magukban foglalhatnák az internetes műholdak által okozott fényszennyezés mértékére vonatkozó szabályok meghatározását.

Ezek közé tartozik a Szövetségi Légügyi Hivatal (Federal Aviation Administration), amely az indítás és visszatérés feltételeit határozza meg, vagy az FCC, amely a pályára állított rádiófrekvenciákat engedélyezi. Egyes csillagászok azt is szeretnék, ha a Nemzeti Környezetvédelmi Politikai Törvény (National Environmental Policy Act) űrre vonatkozó mentessége megszűnne - vagyis az űrben védelmet igénylő környezetet látnak.

Van egy kis feszültség, de még mindkét megközelítést mérlegeljük: Richard Green, az Arizonai Egyetem csillagásza és a SatCon2 politikai munkacsoport elnöke szerint: "A kooperatív megközelítést, ahol az ipar valóban próbálkozik, és mi beszélünk velük, valamint a szabályozás lehetőségét, amely arra kényszeríti őket, hogy megpróbáljanak elköteleződni egy [fényerősségi] határérték mellett.

A fényszennyezés mellett mindezeknek a vállalatoknak egy másik kihívással is szembe kell nézniük: az űrszeméttel. Műholdjaik egyszerre lehetnek a probléma részesei és potenciális áldozatai, ha egy másik űreszköz vagy a több százezernyi, pályán keringő törmelékdarab bármelyike beléjük csapódik. A SpaceX képes arra, hogy műholdjait az ütközés elkerülése érdekében félreállítsa az útból, és más, alacsonyabb pályán keringő űreszközökkel rendelkező vállalatokhoz hasonlóan a mérnökei a műholdak élettartamának végén le tudják hozni azokat a légkörbe, hogy a visszatéréskor elégjenek - mondja Brian Weeden, a coloradói Broomfieldben működő Secure World Foundation programtervezési igazgatója.

De még mindig van némi bizonytalanság. Az aktív pályaelhagyás csak akkor működik, ha a műhold még működőképes. Ha mondjuk a Starlink műholdjainak 2 százaléka tönkremegy, mielőtt el lehetne mozdítani vagy vissza lehetne húzni a Földre, az még mindig több száz elhagyott űreszköznek felel meg. A zűrzavart csak fokozza, hogy nincsenek szabályok arra vonatkozóan, hogy ki kit értesít, ha egy esetleges ütközés bekövetkezik, és hogy milyen közel van a túl közel, és kinek kell elmozdulnia, amikor a műholdak tulajdonosai csirkét játszanak az űrben.

Áprilisban a Starlink és a OneWeb műholdak kényelmetlenül közel kerültek egymáshoz, 2019-ben pedig az Európai Űrügynökség egyik műholdja indított be hajtóműveket, hogy elkerülje a Starlink műholddal való ütközést. Az amerikai űrparancsnokság jelenleg minden 10 centiméteres vagy annál nagyobb méretű űrszemétdarabot megfigyel, és kiszámítja egy űrbaleset esélyét. "A megakonstellációk és az összes indítási lehetőség túlterheli ezt a rendszert, ezért szükség van a kapacitás bővítésére" - mondja Dan Ceperley, a kaliforniai Menlo Parkban működő LeoLabs alapítója és vezérigazgatója.

Cége a világ minden táján működő radarrendszerek segítségével követi az űrszemetet, beleértve a sok apróságot is, és adatokat szolgáltat a velük szerződést kötő vállalatoknak, amelyek közé elmondása szerint a SpaceX is tartozik. Ahogy a Starlink és más konstellációk növekednek, Boley és kollégái remélik, hogy ezek a vállalatok jobban kezelik majd mind a fényszennyezés, mind a törmelékkel kapcsolatos kihívásokat. "Remélem, hogy a műholdak átalakításakor a mérnöki tervezés nem csupán utólagos felszerelés kérdése, hanem a műhold egészének tényleges tervezése figyelembe veszi a fényességcsökkentést" - mondja Boley.

Mint rámutat, amint ezek a műholdak felszállnak, a Földön élő emberek nem tudják majd elkerülni a hatásukat. "El lehet menni a városból, el lehet menekülni a városi fényszennyezés elől, és meg lehet tapasztalni az éjszakai égboltot, de a műholdas fényszennyezés miatt ezt nem lehet megtenni. Sehova sem tudnál elmenni"