Starlink | Družice | Astronomie

Labutí píseň noční oblohy? Jak Musk a spol. mohou zničit pozemskou astronomii

  • Astronomové se děsí desítek tisíc družic na oběžné dráze
  • Obří satelitní konstelace mohou představovat problém i z pohledu vesmírného odpadu a provozu na oběžné dráze
  • Je potřeba regulace a opatření

Astronomové (hlavně amatéři) se v posledních mnoha letech soustředili na boj se světelným znečištěním. Až jednoho krásného dne přišel Elon Musk a uštědřil jim silný pohlavek zezadu.

Světelné znečištění i chystané družicové konstelace jsou trnem v oku astronomů, ale tím podobnost končí. Světelné znečištění má mnohem širší dopady. Vadí některým živočišným druhům, stojí peníze a v neposlední řadě vás ruší ze spaní, pokud bydlíte ve městě a zejména v nižších patrech.

Před světelným smogem ale částečně utečete. Doma si můžete koupit žaluzie, astronomové amatéři cestují za temnou oblohou do odlehlejších míst a utekli také profesionálové. V jejich případě ale není světelné znečištění hlavním důvodem. Obří astronomické observatoře vyrůstají na místech, kde je vysoké procento jasných nocí a je tam sucho. Vodní pára pohlcuje infračervené záření, což je hlavní kolbiště dnešního astronomického výzkumu.

Starlink a ti další

Elon Musk začal se stavbou sítě Starlink, která má poskytovat internet téměř kdekoliv na světě. Pokud se naplní nejoptimističtější očekávání SpaceX, bude už na konci roku 2020 na oběžné dráze více než 1 500 družic Starlink, což je pro srovnání asi 60 % z počtu družic, které ve vesmíru fungovaly v roce 2019. A to je jen začátek. Starlink má mít ve finále 12 000 družic, ale možná jich bude dokonce 42 000! 

Musk ale není jediný, kdo chce vybudovat obří satelitní konstelaci. Podobné plány má řada dalších firem. Některé ze současných plánů vyšumí do ztracena, ale jiné se podaří realizovat. Na konci dalšího desetiletí bychom tak mohli mít na oběžné dráze desítky tisíc družic.

Název (společnost) Počet
Starlink 12 000 / 42 000
OneWeb 650 / 900
Leosat 108
Kuiper (Amazon) 3 236
Samsung 4 600
Astrome Technologies 600
Boeing až 2 956
Hongjan 300

Desítky tisíc družic, před kterými neutečete

Oběžnou dráhu družice popisuje řada parametrů. Pokud je více méně kruhová, tak nás bude zajímat především její výška a sklon vůči rovníku (inclination). Z tohoto údaje velmi snadno zjistíte, ve kterých částech Země je družice viditelná. Například sklon dráhy Hubblova kosmického dalekohledu je asi 28°.

Jeho přelety můžete pozorovat kdekoliv od 28 stupně jižní po 28 stupeň severní šířky. V Česku tak Hubblův dalekohled neuvidíte. Naopak Mezinárodní kosmická stanice (ISS) má sklon dráhy téměř 52°, takže je pozorovatelná od 52 stupňů jižní po 52 stupňů severní šířky. První družice Starlinku mají podobný sklon.

Před družicemi satelitních konstelací tak v podstatě neutečete. Nejlepší situace bude v okolí zemských pólů.

Zeměpisné šířky významných astronomických observatoří

  • Cerro Paranal (Chile): 24° j.š.
  • La Silla (Chile): 29° j.š
  • Kanárské ostrovy: 28° s.š.
  • Mauna Kea (Havaj) 20° s.š.
  • LSST ( Cerro Pachón, Chile): 30° j.š.

Ruku v ruce s kosmickým smetím

Nevýhody pro astronomii jdou ruku v ruce s kosmickým smetím, což je druhý problém obřích vesmírných konstelací. Funguje to v základu jako spojité nádoby. Družice na nízké oběžné dráze budou jasnější, ale v případě problémů brzy skončí v atmosféře. Naopak družice na vyšší oběžné dráze budou méně jasné, ale pasivně se do atmosféry dostanou za velmi dlouhou dobu.

Příliš vysoko se podobný typ družic umístit nemůže a to kvůli konečné rychlosti signálu (světla). V případě malé výšky by byla životnost družice krátká, případně by bylo nutné její dráhu upravovat a byla by také krátce viditelná nejen pro „pozorovatele“, ale i pro příjemce signálu. Předpokládá se, že velká část konstelací bude vybudována ve výšce 500 až 1000 km.

Už dnes musí družice nebo ISS provádět úhybné manévry. Srážka s kosmickým smetím může být fatální pro družici ale také pro další vesmírný provoz, protože po srážce dvou družic vznikne obrovské množství úlomků (ale ne až tak, jak bylo ve filmu Gravitace).

Evropská kosmická agentura (ESA) musela 2. září 2019 provést manévr s družicí Aeolus, které hrozilo nebezpečí srážky s družicí Starlink. ESA později uvedla, že s rostoucím provozem na oběžné dráze nebude možné tyto úhybné manévry provádět „ručně“, ale bude potřeba automatických řešení s využitím umělé inteligence. Agentura na tom už pracuje.

Neexistují legislativa

V roce 2002 Mezivládní výbor pro koordinaci kosmického odpadu při OSN (IADC) doporučil, že maximální doba družice na oběžné dráze má být 25 let. Doporučení lze více méně dodržet, pokud umístíte družici do výšky maximálně 500 km.

Simulovat její pád do atmosféry je obtížné, protože to závisí na několika proměnných, mezi kterými je například sluneční aktivita. Přesto můžeme říct, že družice o hmotnosti 270 kg (Starlink) a průřezu 2 metry čtvereční bude z výšky 500 km padat asi 25 let. Některé konstelace pracují s výšku daleko větší, odkud budou družice padat stovky a možná tisíce let.

Řešením může být aktivní deorbit – družice svou dráhu sníží pomoci motorů, což ale zvyšuje její hmotnost a tedy i cenu. Starlink podobným řešením disponuje. Při desítkách tisíc družic ale bude nezanedbatelné množství těch, se kterými majitelé ztratí spojení.

Firmy sice mohou přislíbit, že provedou aktivní deorbit, ale v současné době je nikdo nenutí k přijetí jakýchkoliv opatření. Je to podobné, jako legalizace černých skládek.

Začerníme, vyřešíme

Jasnost dosavadních družic Starlink se pohybuje od 2 do 7 mag. Elon Musk už slíbil, že při dalším letu (start 4. ledna) vyzkouší Starlink družici s tmavším povrchem (tmavší izolací), což by mělo snížit její jasnost. Uvidíme, o kolik, ale co je důležité, snížení jasu se nebude týkat infračervené oblasti.

Kromě odrazivosti materiálu závisí jasnost také na velikosti družice a její výšce. Obecně samozřejmě platí, že čím je družice výše, tím je méně jasná. Na druhou stranu ale také platí výše zmíněné, že čím výše se pohybuje, tím déle je pro pozorovatele viditelná.

Pozorujte družice Starlink na českém nebi

Údaje jsou platné pro Prahu, ale pro ostatní místa ČR se liší jen v řádu menších desítek sekund.

Hvězdné a satelitní nebe

Jaký bude dopad satelitních konstelací pro běžného smrtelníka, který zakloní hlavu k nebi? V současné době to nikdo neví. Nejde jen o samotné přelety, které trvají několik minut. Pokud se družice natočí „vhodným způsobem“ k pozorovateli, může dojít ke krátkodobému zjasnění (záblesku). Pověstné jsou tím družice sítě Iridium.

Video: Jak bude vypadat 12 000 satelitů Starlink (pouze ty osvětlené) v červnu na 32 stupni severní šířky (velikost satelitů je přehnaná, ale umožňuje nám pochopit obrovské množství satelitů viditelných na obloze).

Počet viditelných družic je už dnes také závislý na ročním období. Nejlepší podmínky pro pozorování družic jsou v období léta. Od konce května do poloviny července u nás nenastává astronomická noc, což znamená, že se slunce nedostává více než 18 stupňů pod obzor a krásně tak osvětluje družice na oběžné dráze.

Dopad na profesionální astronomii

Konstelace družic budou mít dopad především na profesionální astronomii. Některé družice sice kvůli „tmavšímu“ materiálu neuvidíme pouhým okem, ale budou dostupné už menším dalekohledem.

Čím delší expozice, tím větší je pravděpodobnost, že přes zorné pole přeletí družice. Kosmický provoz samozřejmě máme už pár desetiletí, ale družic a kosmického smetí je dnes relativně rozumné množství, takže astronomové s tím dokáží pracovat a započítat to do plánování pozorovacího času. Letadla pak například nesmí nad profesionální observatoře vůbec.

Samostatnou kapitolou jsou astronomické obory, které pracují s velkými zornými poli. Jedná se například o lovce tranzitujících exoplanet nebo asteroidů. Jeden ze současných nejúspěšnějších lovců blízkozemních planetek Pan-STARRS má zorné pole 3 obloukové stupně a každou noc dokáže prohledat 6 tisíc čtverečních stupňů.

V Chile se pak dokončuje osmimetrový dalekohled LSST (Large Synoptic Survey Telescope), který bude prohledávat celou oblohu. Pro podobné projekty mohou být satelitní konstelace tvrdou ranou.

Předběžná a značně konzervativní studie LSST ukazuje, že prakticky všechny snímky dalekohledu pořízené dvě hodiny před východem slunce nebo dvě hodiny po západu slunce budou mít alespoň jednu satelitní stopu na fotografii. V letních měsících tak bude ovlivněno až 40 % pozorovacího času dalekohledu. Hrubá simulace pracovala jen s 12 000 satelity Starlink.

Ještě horší dopad to ale bude mít na radioastronomii. Na rozdíl od viditelné a infračervené astronomie je tento druh výzkumu vesmíru v současně době závislý zcela na pozemských observatořích a nikoliv na těch kosmických.

„Nedávné pokroky v radioastronomii, jako například vytvoření prvního obrazu černé díry nebo větší pochopení vytváření planetárních systémů, bylo možné pouze prostřednictvím společného úsilí o ochranu rádiového nebe před rušením,“ uvedla nedávno Mezinárodní astronomická unie.

Zaspali vědci?

Za současnou situaci si mohou vědci do jisté míry sami. Budíčkem byl pro mnohé z nich až vláček prvních družic Starlink na noční obloze, který ale sám o sobě není problematický, protože se po pár dnech rozpadne.

Některé observatoře již vyjádřily své obavy, vznikla dokonce petice, kterou podepsalo zatím 6 800 lidí. Jedná se ale o akce jednotlivců. Je potřeba mezinárodní koordinované kampaně. Pro její realizaci není potřeba vytvářet nové platformy. Jedna už existuje v podobě výše zmínění Mezinárodní astronomické unie (IAU), která například jako jediná pojmenovává nebeská tělesa a útvary na jejich povrchu.

IAU se ale v poslední době soustředila na jiná témata – jako jsou lidové ankety na pojmenovávání exoplanet, případně na peskováni týmu sondy New Horizons, který si dovolil dát název planetce za dráhou Neptunu (2014 MU69, Ultima Thule). Na druhou stranu je pravda, že astronomové sice mohou vyvinout potřebný tlak, ale řešení musí přijít na jiné úrovni.

Podobně jako na Zemi, také ve vesmíru praxe předstihla legislativu. Bude potřeba jasných a hlavně vymahatelných pravidel a to nejen kvůli rušivým vlivům konstelací, ale zejména kvůli samotnému provozu na oběžné dráze a kosmickému smetí:

  • Bude nutné centralizovat a optimalizovat komunikaci mezi společnostmi, vládami a organizacemi tak, aby bylo možné lépe řídit riziko kolize mezi satelity. Nedávný případ Starlink versus družice ESA byl totiž hlavně o špatné komunikaci. Je také potřeba definovat, která družice bude uhýbat. 
  • Omezit vizuální efekty satelitů. Stanovit například maximální jasnost družice v závislosti na výšce oběžné dráhy – nenechávat na dobrovolnosti společností, že použijí materiály, které snižují odrazivost.
  • Provozovatelé družic musí být za své družice odpovědní. Přijat opatření, která snižují pravděpodobnost poruchy a ztráty kontroly nad družicí a zvolit takové oběžné dráhy, aby v případě ztráty kontroly družice sama co nejdříve skončila v atmosféře.
  • Zejména u větších konstelací s družicemi na vyšších oběžných drahách by měl být samozřejmostí systém pro aktivní deorbit.
  • Je nutné silně regulovat rádiové frekvence a šum ze satelitů, aby se minimalizoval dopad na radioastronomická pozorování.
  • Zvážit zavedení licenčních poplatků, které by se pak mohly přerozdělit významným astronomickým observatořím, případně se z nich financovaly kosmické dalekohledy. 

Největší motivaci a nejsilnější hlas při prosazováni regulací mohou mít paradoxně nakonec samotné firmy. V jistém ohledu se už boj odehrává. SpaceX získala pro Starlink frekvence v rámci řízení u FCC (Federal Communications Commission).

Nyní společnost vytáhla do boje a žádá FCC, aby zamítla žádost Amazonu o zproštění povinnosti získat přístup ke spektru potřebnému k vybudování vlastní sítě Kuiper. Amazonu se samozřejmě nechce čekat na byrokratické kolečko, aby mu mezitím na oběžné dráze neujel vlak.

Výstavba satelitních sítí ale pokračuje dál. Už 4. ledna odstartuje Falcon 9 s další várkou družic Starlink. Na přelomu ledna a února pak raketa Sojuz vynese 34 družic sítě OneWeb. Vesmír se mění a to zatraceně rychle.

Graf níže znázorňuje počet satelitů Starlink viditelných v každém okamžiku na 52 stupni zeměpisné šířky. Zahrnuty jsou pouze satelity s výškou větší než 30° nad horizontem. Vodorovná osa znázorňuje denní dobu a svislá den v roce. Zelené a oranžové čáry ukazují východ, respektive západ slunce. Žlutá barva odpovídá 40 satelitům, černá barva 0 satelitům. Simulace pracuje se 7 500 družicemi.

Zdroje:

Diskuze (47) Další článek: Mobilní Edge se připravuje. Naučil se synchronizovat data i do nové desktopové verze

Témata článku: Technologie, SpaceX, Amazon, Internet, Země, Výzkum, Starlink, Družice, ESA, Samsung, Astronomie, Satelit, Elon Musk, Boeing, Gravitace, Praha, Sojuz, Falcon, Kanárské ostrovy, Neptun, LSST, Oběžná dráha, Communications, La Silla, Zeměpis