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Divulgar es tener conciencia de una altísima misión: poner al alcance de la mayoría el patrimonio científico de la minoría. Manuel Calvo Hernando Another Day in the Lab

15/2/20 - DJ:

IAU: El impacto de mega SatCom en astronomía

T.E.L: 5 min.

¿Cuál es la situación actual con los satélites Starlink y otros? ¿Qué se prevé para el futuro próximo?



En junio de 2019, la IAU (Unión Astronómica Internacional) expresó su preocupación sobre el impacto negativo que las planificadas mega-constelaciones de satélites de comunicación (SatCom) podrían tener en las observaciones astronómicas y en la apariencia prístina del cielo nocturno desde regiones oscuras. Aquí presentan un sumario del conocimiento actual sobre este problema.

La Comisión B7 de Protección de Sitios de Observación Existentes y Potenciales y el Grupo de Trabajo de Cielos Oscuros fueron consultadas por el Comité Ejecutivo de IAU para evaluar la situación y empezar las discusiones con las compañías que son responsables de lanzar y operar las mega-constelaciones con el fin de estudiar medidas para mitigar su interferencia.

La Comisión B7 pidió la participación de astrónomos de diferentes organizaciones entrenados en modelar frecuencia, locación y brillo de estos SatCom. El resultado de las simulaciones, dado el gran número de parámetros involucrados y las incertidumbres, debe ser considerado preliminar.

Aunque existe una gran incertidumbre acerca del futuro número de satélites, se realizaron simulaciones en la base de un gran muestra de más de 25 000 satélites. Con esta muestra, el número de satélites sobre el horizonte en cualquier momento será entre 1500 y unos pocos miles, dependiendo de la latitud. La mayoría aparecerán muy cerca del horizonte y solo unos pocos por arriba: por ejemplo, unos 250 a 300 tendrán una elevación de 30 grados o más sobre el horizonte (es decir, donde el cielo está libre de obstrucciones y donde la mayoría de las observaciones astronómicas se hacen). La gran mayoría sería muy débil para ser visible al ojo desnudo.

Cuando el Sol está 18 grados bajo el horizonte (cuando la noche se hace oscura), el número de satélites iluminados sobre el horizonte será de unos 1000 (con cerca de 160 a elevaciones mayores de 30 grados). El número disminuye hacia la mitad de la noche, cuando más satélites están en la sombra de la Tierra (y no reflejan luz solar).

Es difícil predecir cuántos satélites iluminados serán visibles al ojo desnudo por las incertidumbres en su actual reflectividad. La apariencia del cielo nocturno, particularmente desde sitios oscuros, será alterada porque estos nuevos satélites pueden ser significativamente más brillantes que los existentes objetos artificiales.

Los prominentes trenes de satélites (también llamados "cadenas de perlas") que se suelen ver en imágenes y videos, son significativos inmediatamente luego del lanzamiento hasta alcanzar su órbita.

Más allá de su visibilidad a ojo desnudo, se estima que las trazas de SatCom serán suficientemente brillantes para saturar los modernos detectores en grandes telescopios. Las observaciones astronómicas científicas de amplio campo serán gravemente afectadas. Por ejemplo, en el caso de rápidos sondeos de campo amplio, como los que son llevados a cabo por el Observatorio Rubin (ex LSST), se estima que el 30% de las imágenes de 30 segundos durante horas del crepúsculo será afectadas.

ann19035a: Una imagen del grupo de galaxias NGC 5353/4 hecha con el telescopio del Observatorio Lowell en Flagstaff, Arizona, USA en la noche del 25 de mayo de 2019. Las líneas diagonales que cruzan la imagen son trazas de luz reflejada dejada por más de 25 de los 60 satélites Starlink lanzados mientras pasan a través del campo de visión del telescopio. Aunque la imagen sirve como ilustración del impacto de las reflexiones de las constelaciones satelitales, debe notarse que la densidad de éstos es significativamente mayor en los días posteriores al lanzamiento (como se ve aquí) y también que disminuyen en brillo mientras alcanzan su altitud de órbita final.

Un sumario de los descubrimientos y acciones que se han llevado a cabo se presentan en un específico Tema de IAU.

El foco de esta declaración han sido las longitudes de onda ópticas. Esto no es por menospreciar los efectos en los rangos de radio y submilimétrico, en investigación. La IAU considera las consecuencias de los mega SatCom preocupante. Tendrán un impacto negativo en el progreso de la astronomía de superficie, radio, óptica e infrarroja y requerirá desviar recursos humanos y financieros de la investigación básica para estudiar e implementar medidas de mitigación.

Debe prestarse atención a la protección de la vista no contaminada del cielo nocturno desde lugares oscuros que debe ser considerado un legado no-renunciable de la humanidad.

Para mitigar los impactos de las constelaciones de SatCom que podrían interferir con las observaciones profesionales y de aficionados, la IAU, en cercana colaboración con la Sociedad de Astronomía Americana (AAS), continuará iniciando discusiones con agencias espaciales y compañías privadas que planean lanzar y operar SatCom.

La IAU nota que actualmente no existen reglas internacionales acordadas o guías sobre los brillos de objetos artificiales en órbita. Hasta ahora no fue considerado un tópico prioritario, pero se ha hecho relevante. Por tanto, IAU presentará regularmente sus hallazgos en las reuniones de las Naciones Unidas Comité por el Uso Pacífico del Espacio Exterior (COPUOS), llevando atención a los representantes de los Gobiernos del mundo sobre las amenazas de estas iniciativas.

La IAU recalca que el progreso tecnológico es solo posible por los avances paralelos en el conocimiento científico. Los satélites no podrían funcionar ni comunicar apropiadamente sin las contribuciones esenciales de la astronomía y la física. Es el interés de todos preservar y apoyar el progreso de la ciencia fundamental, como la astronomía, la mecánica celeste, dinámicas orbitales y relatividad.

Mega constelaciones de Satélites LEO y astronomía óptica
Una de las fuentes consultadas por IAU, referidas en su comunicado, es Patrick Seitzer (University of Michigan, AAS) quien en su presentación "Mega-Constellations of LEO Satellites and Optical Astronomy" dice varias cosas interesantes, a saber:

Para un lugar como CTIO (Cerro Tololo Inter-American Observatory) en Chile, a finales de septiembre 2019, con 18207 objetos orbitando la Tierra en catálogos públicos, resultan visibles unos 600-700 en horas de oscuridad. Está claro que las horas y su cantidad, dependen de la latitud y época del año.

Seitzer01: Cantidad de objetos visibles en el cielo nocturno entre los objetos artificiales en órbita.

Y se pregunta: Si actualmente entre 600 y 700 objetos son visibles durante la noche ¿Por qué preocuparnos por otros 100-200 agregados por nuevas mega constelaciones?
Respuesta: ¡Por el brillo! Los nuevos satélites pueden ser más brillantes que el 99% de todos los objetos actualmente en órbita.
Ahora, unos 200 objetos pueden ser vistos a ojo desnudo (no todos al mismo tiempo). Para finales de 2020, SpaceX añadirá otros 1584 y la población de satélites visibles se incrementará 9x.

Simulaciones de Starlink Constellation Inicial
Tres noches de análisis inicial de visibilidad de todos los 1584 satélites a 550 km (órbita LEO):
-Junio 20/21 2019, noche más larga del año en Chile.
-Septiembre 22/23 2019, Equinoccio.
-Diciembre 21/22: noche más corta del año en Chile.

Se computa desde el crepúsculo náutico vespertino (Sol a -12 grados) hasta crepúsculo náutico matutino.
Rango temporal en ventanas de 36 segundos, mucho menor que la resolución del gráfico. Por eso, las líneas sólidas no son tales, sino puntos muy cercanos. A 550km, Starlinks observados tienen Magnitud Visual 5ta.

Gráficos para los tres períodos:
Para ver los gráficos a mayor tamaño, pulse en la imagen y luego haga click derecho, Abrir imagen en una pestaña nueva.

Conclusiones:
Como se esperaba para satélites de Órbita Baja Terrestre (LEO), Starlinks a 550km son visibles solo al comienzo y final de la noche.
Preocupación: durante todo el año, hay un significativo número de brillantes Starlinks luego del crepúsculo astronómico vespertino y antes del matutino.

Si la constelación inicial Starlink de 1584 @ 550 km fuera la única en ser lanzada, los astrónomos pueden manejar eso. Pero al lanzarse otras mega constelaciones, ¿por cuánto habría que multiplicar ese número?

El futuro en LEO
Los 1584 Starlink son el comienzo.
-SpaceX: ¿12000? ¿42000? a 550 km.
-Amazon: 3236 a 590 km.
-OneWeb: inicialmente 700, crecerían a 1980. A 1200 km (V ~ 8th)

La visibilidad de la constelación Amazon depende de diseño y tratamiento de superficie.
OneWeb no son visibles, pero saturan detectores.
SpaceX comprometido a reducir brillo. Los DarkSat lanzados en enero, en posición para fin de febrero 2020.
Probablemente la segunda generación Starlinks no serán visibles a ojo desnudo.

Las mega-constelaciones en LEO están llegando y rápido.
Nuevos satélites más brillantes. Se podría mitigar con diseño y tratamiento.
Una pequeña fracción del total son visibles.
Las "cadenas de perlas" (Strings of pearls) no representan el estado final, pero pueden ser un desafío real a la astronomía óptica si se producen muchos lanzamientos en corto tiempo.

Un aumento limitado de lanzamientos puede ser manejado. Pero ¿cuántos vendrán?
¿Quién lanza qué, cuándo, dónde?


Fuentes y enlaces relacionados
Understanding the Impact of Satellite Constellations on Astronomy
https://www.iau.org/news/pressreleases/detail/iau2001/

Tema de IAU: Satellite Constellations
https://www.iau.org/public/themes/satellite-constellations/

Hainaut, Olivier (ESO), 2020, On the impact of satellite mega-constellations on astronomical observations, submitted for publication in Astronomy & Astrophysics.

Seitzer, Pat (University of Michigan), 2020, Presentation to the US National Science Foundation Astronomy and Astrophysics Advisory Committee
https://www.nsf.gov/attachments/299316/public/12_Satellite_Constellations_and_Astronomy-Pat_Seitzer.pdf

Galadí-Enríquez, David (Calar Alto Observatory), 2020, Geometric simulation of the visibility of Starlink satellite constellation from ground-based optical observatories: LSST as a case study, progress report, private communication.

Sobre las imágenes
Imágenes:
ann19035a: Crédito: Victoria Girgis/Lowell Observatory.

iau2001a, imagen inicial: Observaciones con DECam (hechas por los astrónomos Clara Martínez-Vázquez y Cliff Johnson) en el telescopio Blanco de 4-m en CTIO mostrando al menos 19 trazas de satélites Starlink a través de 333 segundos de exposición. Notar que, una semana después del lanzamiento, los efectos de agrupamiento de los satélites es más pronunciado que cuando los satélites llegan a su órbita final. Los saltos en las trazas se deben a los saltos entre los chips CCD de la cámara.
Crédito: NSF’s National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory/CTIO/AURA/DELVE.

Seitzer01 y 02-04: Crédito: Seitzer, Pat (University of Michigan), 2020, Presentation to the US National Science Foundation Astronomy and Astrophysics Advisory Committee.

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