Небо в «Старлинках»: уживутся ли астрономы с созвездиями микроспутников

Тысячи микроспутников глобальной системы Starlink серьезно осложняют работу астрономов. Разработавшая систему  компания SpaceX заключила с Национальным научным фондом США соглашение, в котором обязалась сделать «Старлинки» менее обременительными для ученых. Те, кто исследует космос, не первый год ищут компромисс с теми, кто его использует, и в ближайшем будущем нужда в таком сотрудничестве сильно возрастет.

Прямая связь с космосом

На январь 2023 года на орбите работает 3445 спутников Starlink. Это только начало: SpaceX имеет лицензию Федеральной комиссии по связи США на запуск 12 000 спутников первого поколения и 7500 — второго поколения. При этом компания запрашивает разрешение на запуск почти 30 000 «старлинков» второй генерации. Для сравнения: сегодня на орбите всего около 25 000 искусственных объектов размером от 10 см (в основном это космический мусор). Если планы SpaceX реализуются в полной мере, это число более чем удвоится. 

Starlink — самая крупная группировка микроспутников, но не единственная. Так, созвездие спутников OneWeb недавно увеличилось до 542 штук. Правда, это уже более 80% от запланированной группировки. У Kuiper Systems, дочерней компании Amazon, планы более масштабные. Созвездие «Койпера» будет насчитывать более 3000 аппаратов. Запуск прототипов запланирован уже на начало этого года.

Спутники обеспечивают интернетом регионы, где нет оптоволоконной связи. Подобных уголков хватает практически во всех странах: тянуть кабель к каждой деревне или ферме просто невыгодно. Даже в мобильной сети до сих пор есть заметные прорехи, особенно вдали от городов. Созвездия спутников в перспективе могут обеспечить быстрый доступ в интернет из любой точки планеты. Уже сейчас Starlink обеспечивает выход в сеть даже из некоторых районов океана.

Однако благо для интернет-пользователей — головная боль для астрономов. Отраженный спутниками свет мешает работе оптических телескопов, а их радиосигналы могут сбивать с толку радиотелескопы. И это еще не все проблемы, связанные с «перенаселением» неба.

«Созвездия» затмевают созвездия

Спутник, освещенный солнцем, порой можно увидеть даже невооруженным глазом. Что уж говорить о крупных телескопах, предназначенных для наблюдения самых тусклых объектов. Кадры, на которые попали спутники, подчас приходится просто забраковывать.

Правда, «Старлинки» висят на довольно низких орбитах (500–700 км). Поэтому отраженный ими свет попадает на Землю только в первые и последние часы ночи. Но звезды и галактики, близкие к горизонту, тоже можно наблюдать лишь в начале и конце ночи. В это не слишком темное время суток условия для наблюдений и так не идеальны, а тысячи искусственных источников света усложняют их еще больше. Правда, большинство крупных телескопов имеют очень узкое поле зрения, так что спутник может в него просто не попасть. 

В 2020 году ученые проанализировали потенциальный вред от 18 планировавшихся к запуску группировок, насчитывающих в общей сложности 26 000 микроспутников. Оказалось, что почти все крупные инструменты потеряют лишь 1–3% данных. Однако телескоп первого ряда стоит порядка $100 млн, и за его наблюдательным временем астрономы выстраиваются в очередь. Потеря даже процента драгоценных данных отнюдь не обрадует исследователей.

Обсерватории имени Веры Рубин (Vera C. Rubin Observatory) придется гораздо хуже: телескоп с огромным полем зрения (в 40 раз больше полной Луны), незаменимый для фиксации разного рода вспышек, пролета астероидов и других быстротечных явлений еще даже не вступил в строй, а микроспутники уже стали для него огромной проблемой. По расчетам авторов, в первые и последние часы ночи спутники попадут на 30–40% всех сделанных телескопом кадров. 

Выключить свет

Компания SpaceX не собирается уменьшать число спутников, но работает над тем, чтобы сделать их менее заметными. Представители компании утверждают, что SpaceX вложила в эти технологии больше, чем кто-либо другой. Правда, и проблем такого масштаба астрономам тоже никто раньше не доставлял.

Цель компании — уменьшить блеск «Старлинков» хотя бы до седьмой звездной величины. При этом они перестанут быть видимыми невооруженным глазом и, конечно, станут меньше мешать телескопам.

Для этого инженеры SpaceX превращают спутник в гибрид зеркала с темной ширмой. На первый взгляд в это трудно поверить, но если бы аппарат был идеальным плоским зеркалом, он не доставил бы астрономам особых проблем. Да, зеркала хорошо отражают свет, но в строго определенном направлении: как нас всех учили в школе, угол падения равен углу отражения. И почти всегда этот угол таков, что отраженный свет не попадает на Землю. А когда такая опасность все же есть, операторы «Старлинков» не против немного развернуть спутник. А вот свет, отраженный от обычного (не зеркального) предмета, рассеивается во все стороны. Поэтому специалисты покрывают плоские поверхности «Старлинков» специальной зеркальной пленкой. На спутниках второго поколения она отражает свет в десять раз лучше, чем первого.

С поверхностями сложной формы такой фокус не пройдет: какой-нибудь изгиб обязательно превратится в зеркало, льющее свет на Землю. Кроме того, антенны спутника просто обязаны быть направленными на нашу планету. Поэтому такие детали обязаны отражать как можно меньше света. Для этого инженеры покрывают их специальной черной краской.

Лучи добра

Микроспутники создают еще одну проблему. Уже несколько десятилетий астрономы применяют технологию адаптивной оптики. Суть ее проста. Атмосфера Земли искажает ход световых лучей и размывает изображение. Но если знать, как именно искривляются лучи, оптику можно подстроить и компенсировать это искажение. Благодаря адаптивной оптике у наземных телескопов получаются изображения почти такого же качества, как у орбитальных.

Чтобы рассчитать нужные поправки, астрономы просвечивают атмосферу мощными лазерами. Их положено отключать, когда к лучу приближается самолет или спутник. В связи с этим тысячи «Старлинков» становились все более серьезной проблемой. Но по недавнему соглашению инженеры SpaceX изучили воздействие облучения на спутник и согласились, что лазер можно не отключать. Это стало огромным облегчением для наблюдателей.

Хорошие новости есть и для радиоастрономов. Несколько диапазонов частот закрыты для вещания, потому что важны для исследования космоса. Но передатчики «Старлинков» работают слишком близко к одному из диапазонов (10,6–10,7 ГГц). Еще в 2019 году компания гарантировала, что сигнал не затронет заповедную полосу. Теперь же SpaceX пообещала вообще отключать вещание, когда спутник проходит над крупнейшими радиотелескопами США. Радиоастрономы других стран тоже не отказались бы от подобного одолжения: оно позволит изучать Вселенную и за пределами отведенного ученым узкого радиоокна.

Можно только порадоваться готовности, с которой разработчики спутников Starlink идут навстречу науке. Однако не стоит обманываться. Порождаемые микроспутниками проблемы можно минимизировать, но не свести к нулю. Как раньше уже не будет. Астрономам было гораздо удобнее работать, когда в городах было меньше фонарей, а в эфире — радиостанций. Теперь к списку проблем добавились спутниковые созвездия. Ради собственного комфорта человек все больше вытесняет вокруг себя природу, и при этом ее неизбежно становится все сложнее изучать.