Costellazioni di satelliti ed astronomia

Sarete tutti al corrente dei rischi che le grandi costellazioni di satelliti - e specialmente StarLink - rappresentano per l’Astronomia. Adesso si aggiunge anche il problema che, a quanto pare, la qualità del servizio cala drammaticamente al crescere dell’utenza. Questo richiederà più satelliti, in un circolo vizioso che minaccia i nostri cieli.

Da astronomo allo stesso tempo appassionato di spazio, mi trovo in una posizione difficile. Ho fatto parte per qualche tempo di un gruppo di studio internazionale sul problema, molto grave e di difficile soluzione. Ad una delle nostre telecon partecipò anche Musk, armato di buona volontà ma senza grandi soluzioni in mano. Non si vedono soluzioni facili al momento in grado di evitare che il problema diventi ingestibile, ma solo tali da limitare il danno enorme previsto. Telescopi a largo campo come Vera Rubin rischiano di vedersi OGNI singolo campo invaso da strisciate. Anche la radioastronomia rischia di vedere ridotte le finestre disponibili per osservare certe molecole.

Posterò qui (e invito anche altri a farlo) eventuali aggiornamenti sulla situazione.

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Senza contare la sindrome di Kessler sempre più probabile.

Comprensibile e prevedibile (sicuramente previsto anche dagli ingegneri di SpaceX) dato che la capacità disponibile di un singolo utente dipende dal traffico sulla rete e, in questo specifico caso, dal fatto che l’accesso alla rete è un canale condiviso fra le varie stazioni di terra.
Ciò non toglie che una valutazione del rapporto costi-benefici, in cui per costi si intendono anche quelli sulla società tutta (astronomi in prima linea), debba essere fatta assolutamente, in particolar modo in sedi extra-nazionali, per non sbilanciare il potere e i vantaggi dei privati sul bene collettivo. Penso ad esempio all’impatto negativo nei confronti dei paesi più svantaggiati, che potrebbero non avere alcun vantaggio da starlink e avere solamente svantaggi sul piano scientifico (e non solo).

A remare contro, una recente proposta russa che propone intenzionalmente satelliti in grado di essere visibili per scopi pubblicitari:

Credo siano collegati a questa iniziativa commerciale qui, sempre russi: https://avantspace.com/

Boh, spero che come pare che sia, commercialmente sia una roba poco appetibile: in pratica puoi far comparire un logo nel cielo. Servirebbe un esperto di marketing ma mi pare anche un potenziale rischio a livello di immagine.

Invece zitti zitti hanno lanciato il primo satellite di AST Spacemobile, Bluewalker 3:

Notare le dimensioni dell’antenna, 64 metri quadri (la superficie di un appartamento abbastanza grande). I satelliti di AST Spacemobile saranno su orbite a 700 km di altezza.
Quando l’antenna sarà totalmente dispiegata, ci si aspetta una magnitudine tra 0 e 1.
Anche Startlink sta progettando la seconda generazione, con antenne da 25 metri quadri, e saranno parecchie migliaia.

Eventuali passaggi visibili del Bluewalker 3 come al solito si possono controllare su Heavens Above:

https://www.heavens-above.com/SatInfo.aspx?satid=53807&lat=0&lng=0&loc=Unspecified&alt=0&tz=UCT

approfitto per chiarire un aspetto del problema che ho capito da varie conversazioni non tutti hanno ben chiaro.

E’ banale se ci si pensa un attimo, ma per essere visibile di notte un satellite riflettente la luce solare deve essere illuminato dal Sole ed avere una certa inclinazione (e no, non deve stare necessariamente nel cono di penombra della Terra). Ciò richiede particolari condizioni che variano con la quota del satellite, con il suo assetto, con l’inclinazione dell’orbita ed anche con la Latitudine e la stagione di chi osserva oltre che - ovviamente - con il disegno specifico del satellite in considerazione.

Alcune simulazioni, per esempio, hanno portato alla conclusione, in certo qual modo controintuitiva, che il problema aumenta con la quota del satellite. Infatti più questa aumenta, più un satellite rallenta rispetto alle stelle fisse (più tempo per pixel per un telescopio in tracking, con rischio di saturazione anche dei pixel adiacenti), ma soprattutto spende più tempo illuminato dal Sole prima di passare nell’ombra della Terra, anche se naturalmente l’intensità della luce riflessa diminuisce col quadrato della distanza. Per questo la proposta di elevare Starlink non venne vista come risolutiva, anzi…

La latitudine e la stagione invece influiscono perché il tempo passato appena sotto l’orizzonte dal Sole dipende appunto da questi due parametri, al punto che da South Pole, per esempio, durante l’inverno era possibile vedere continuamente Iridium flash brillantissimi (ricordo che l’intera costellazione è in orbita quasi polare) e durevoli. La prima volta che me ne accorsi ci misi parecchio a realizzare di cosa si trattava, poi mi abituai al fatto che bastava alzare gli occhi al cielo per avere una buona probabilità di coglierne uno. In questo senso i flash prodotti da BlueWalker saranno spettacolari se osservati da regioni ad elevata latitudine.

Tutti questi elementi rendono la questione molto complicata da simulare per tutti gli osservatori ottici, infrarossi e Cherenkov inclusi, anche se quest’ultimi in realtà non focalizzano all’infinito e quindi diffondono la luce su un’area più grande (e hanno una risoluzione in genere inferiore).

Personalmente temo che se non si prenderanno iniziative precise rapidamente il problema diventerà molto serio in futuro.

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E infatti:

On Monday (Oct. 2), scientists with the International Astronomical Union announced that one of the brightest objects visible in the night sky is not a star or a planet, but rather the BlueWalker 3 prototype satellite.

Once BlueWalker 3’s antenna array was totally unfolded in space, its brightness reached a peak magnitude of about 0.4.

Giant antenna array aside, even the satellite’s Launch Vehicle Adapter itself appeared to reach a brightness of about magnitude 5.5, which the team says is four times brighter than the current International Astronomical Union recommendation of magnitude 7.

Articolo di space.com sull’argomento.

Approfitto per segnalare anche un articolo su science.org [paywall] secondo il quale sulla carta siamo arrivati a un milione di satelliti.

Using the ITU’s ‘as received’ database, we extract filings for constellations with ten or more satellites, finding that more than 300 constellations representing over one million satellites were filed between 1 January 2017 and 31 December 2022. This is over 115 times the number of operational satellites currently in orbit. Moreover, among these 300 constellations there are more than 90 that comprise over 1,000 satellites each. Twenty-three have over 5,000 satellites, and eight have over 10,000 satellites. The largest single filing is Cinnamon-937 with 337,320 satellites.

Articolo leggibile qui:

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Riporto due articoli dell’anno scorso che ho consultato mentre cercavo informazioni su tutt’altro. Fanno il punto della situazione sul problema della luminosità delle mega-costellazioni. Il secondo si concentra su Starlink.

Darkening Low-Earth Orbit Satellite Constellations: A Review

Photometric characterization and trajectory accuracy of Starlink satellites: implications for ground-based astronomical surveys

tl;dr: per la parte riguardante Starlink.
Starlink ha utilizzato due tecnologie per ridurre la luminosità:

  • DarkSat¹: rivestimento a basso albedo che copre il phased-array e le antenne paraboliche, poi abbandonato;
  • VisorSat²: applicazione di uno schermo in (credo) schiuma poliuretanica;

Secondo il primo articolo:

DarkSat
According to the several observations carried out over a time frame of 1 year, the satellite brightness has decreased, resulting in an increased apparent magnitude by more than one magnitude compared to the standard satellites in the same constellation


Data From Observatories on the Satellite Brightness Magnitude After the Application of Low-Albedo Coating

VisorSat
… satellites equipped with this technology, resulting in 1.29 magnitudes darker than other LEO satellites in the same constellation with a mean magnitude of 5.92, 5.8, 5.9 and 6.0.

Secondo il secondo articolo:

The average magnitude of V1.0 (pre-VisorSat) Starlinks was 5.1 ± 0.13 with a standard deviation of 1.13. … The brightness of DarkSat was found to be 7.3 ± 0.13 with a standard deviation of 0.78, or 7.6 times fainter than V1.0 Starlinks. … The brightness of VisorSats was found to be 6.0 ± 0.13 with a standard deviation of 0.79, or 2.3 times fainter than V1.0 Starlinks.

Histogram of averaged GAIA G magnitudes for 61 Starlink satellites.
Histogram of averaged GAIA G magnitudes for 61 Starlink satellites.

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Articolo del NYT che si interroga sulla questione.

:newspaper: How Astronomers Are Saving Astronomy From Satellites — For Now

Mi ha colpito questo passaggio:

“The whole point of Rubin is to open up this new window into the universe to find things that we didn’t even know to look for,” Dr. Rawls said. “And if instead we’re going to look through the equivalent of a windshield of bugs, you don’t know what you’re not going to see. […] One study showed that, during certain times of night, almost every image taken from the telescope will be marred by at least one, if not many, satellites, searing a trail hundreds of pixels wide.”

Gift link (temporaneamente senza paywall):

Link su archive:

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Entro il 2030 Huawei vuole lanciare la sua costellazione di più di 10.000 satelliti.
https://twitter.com/raz_liu/status/1747178147748217284
Sicuramente Huawei ha i soldi per farlo.

Cioe’ la Cina, con tutte le conseguenze e i corollari della cosa.

Che intendi?

Elenco qualcosa.

La cina e’ una delle poche entita’ che ha il potenziale economico e la massa per creare un’altra rete di satelliti paragonabile a Starlink. Hanno i volumi sia dell’industria spaziale che di quella elettronica e Huawei e’’ un ovvio attore.

Le conseguenze sono che il monopolio potrebbe finire ma si pone anche un problema geopolitico, dato che le reti satellitari sono diventate un elemento strategico anche dal punto di vista militare. I primi tempi di Starlink si diceva che ci sarebbe stata una connessione globale non basata sui device di Huawei, che potrebbero contenere backdoor Cinesi e sicuramente non contengono backdoor americane. Poi tutti quei satelliti magari svolgono anche altre funzioni non divulgate.

Potrebbero anche scendere i prezzi, si.

Questo sviluppo ha implicazioni sostanziose su quanto sopra, sia militari che geopolitiche che economiche. Anche se non siamo in grado di dire quali, quanto sopra l’ho buttato un po’ a vanvera.

Stando piu’ in topic una competizione piu’ serrata tra i blocchi oltre ad affollare lo spazio rende piu’ difficile imporre vincoli e regole per mitigare il disturbo, ma indebolirebbero chi le applica se l’altro attore non lo fa. Quindi altitudini, separazioni, shade, totale degradabilita’ al rientro ecc. potrebbero essere meno praticabili.

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Secondo un paper appena pubblicato, la nuova versione “Direct-to-Cell” di Starlink sarebbe al momento molto più luminosa delle precedenti.

Il paper:

:scroll: Brightness Characterization for Starlink Direct-to-Cell Satellites

The mean apparent magnitude of Starlink Mini Direct-To-Cell (DTC) satellites is 4.62 while the mean of magnitudes adjusted to a uniform distance of 1000 km is 5.50. DTCs average 4.9 times brighter than other Starlink Mini spacecraft at a common distance. We cannot currently separate the effects of the DTC antenna itself, the different attitude modes that may be required for DTC operations and to what extent brightness mitigation procedures were in place at the times of our observations.

Articolo di PCMag che riprende la questione:

:newspaper: Cellular Starlink Satellites Light Up the Night Sky a Bit Too Much

Although the exact size of a Starlink satellites can vary depending on the generation, Mallama looked at past comments Elon Musk made describing the direct-to-cell technology to arrive at an estimate. “Since they are only about 10% larger than (a regular V2 Mini Starlink) internet satellite, the difference must be attributed to the orientation of their chassis and solar panels,” he told PCMag in an email. […] “On June 12, SpaceX explained to me that they had not yet turned on post-launch brightness mitigation for the DTCs because the spacecraft were still being tested,” said Mallama, who also represents a group under the International Astronomical Union dedicated to protecting the night skies from satellite interference.

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