Der Starlink-Internetdienst von SpaceX erfordert eine dichte Konstellation von Satelliten, um eine konsistente Konnektivität mit geringer Latenz bereitzustellen. Das System hat bereits über 1.500 Satelliten im Orbit und hat die Genehmigung erhalten, 12.000 davon zu betreiben. Und das beunruhigt die Astronomen. Obwohl SpaceX Schritte unternommen hat, um die Auswirkungen seiner Hardware zu reduzieren, gibt es keine Möglichkeit, die Spuren, die die Satelliten bei bodengestützten Beobachtungen hinterlassen, vollständig zu beseitigen.
Wie schlimm ist das Problem? Ein Team von Astronomen hat in den letzten zwei Jahren Archivbilder eines Vermessungsteleskops verwendet, um nach Starlink-Spuren zu suchen. In dieser Zeit stieg die Anzahl der betroffenen Bilder um den Faktor 35, und die Forscher schätzen, dass bis zur Fertigstellung der geplanten Starlink-Konstellation so ziemlich jedes Bild von ihrer Hardware mindestens eine Spur enthalten wird.
Weit schauen
Die für die Analyse verwendete Hardware heißt Zwicky Transient Facility (ZTF) am Palomar Observatory. Das ZTF ist darauf ausgelegt, seltene Ereignisse wie Supernovae aufzuspüren. Dazu wird der gesamte Himmel wiederholt gescannt, wobei die Software die resultierenden Bilder überwacht, um nach Objekten zu suchen, die in frühen Bildern fehlten, aber in späteren Bildern auftauchten. Die hohe Empfindlichkeit des ZTF macht es gut, schwache Objekte wie Asteroiden in unserem eigenen Sonnensystem zu erkennen.
Um das schnelle Scannen des gesamten Himmels zu erleichtern, setzt das ZTF auf ein sehr weites Sichtfeld und eine ebenso große Kamera. Dieses breite Sichtfeld erhöht leider auch die Wahrscheinlichkeit, dass eine Aufnahme einen Starlink-Satelliten im Blickfeld hat.
Um festzustellen, wie oft die Anwesenheit dieser Satelliten von den ZTF-Kameras erfasst wurde, nahm das Team hinter der neuen Analyse Daten über die Umlaufbahnen aller Starlink-Hardware und verglich sie mit dem Bereich des Himmels, der in jedem archivierten ZTF-Bild erfasst wurde. Sobald ein Bild als potenziell einen Satelliten erfassend identifiziert wurde, wurde eine Software verwendet, um das Vorhandensein einer hellen Spur über das Bild zu erkennen. Insgesamt erstreckte sich die Analyse über einen Zeitraum von etwa zwei Jahren von November 2019 bis September 2021.
Dies war während der Zeit, als SpaceX seine Starlink-Konstellation schnell aufbaute, und das zeigt sich definitiv. Zu Beginn des Studienzeitraums, als sich nur etwa 100 Starlinks im Orbit befanden, war es relativ üblich, dass über einen Zeitraum von 10 Tagen keine Beobachtungen festgestellt wurden. Als 500 im Orbit waren, waren diese Perioden in der Vergangenheit. Und sobald sich über 1.500 Starlink-Satelliten im Orbit befanden, nahm das ZTF in der Regel über 200 in einem Zeitraum von 10 Tagen auf.
Dämmerungsbeobachtungen waren aufgrund des Zusammenflusses zweier Faktoren besonders betroffen. Bilder, die den Horizont erfassen, enthalten Winkel, die viel mehr von dem Raum zeigen, der von Starlink-Umlaufbahnen eingenommen wird. Und aufgrund der Position der Sonne werden wahrscheinlich mehr dieser Satelliten vollständig beleuchtet sein. Infolgedessen wurden etwa 64 Prozent der abgebildeten Spuren in der Dämmerung tief am Himmel aufgenommen. Auch diese Spuren erlebten ein explosives Wachstum, als sich die Satellitenkonstellation füllte. Ende 2020 waren nur etwa 6 Prozent der Dämmerungsbilder betroffen. Bis Ende 2021 stieg diese Zahl auf 18 Prozent.
Konsequenzen
Als Reaktion auf Beschwerden aus der Astronomie-Community hat SpaceX spätere Generationen von Starlink-Satelliten mit Visieren versehen. Das Forschungsteam konnte die Sichtbarkeit dieser verschiedenen Generationen vergleichen und stellte fest, dass die Visiere funktionierten – Satelliten mit Visieren verringerten die Helligkeit um einen Faktor von etwa 4,6 (die genaue Zahl hing von der Wellenlänge ab). Die Sichtbarkeit war jedoch immer noch höher als das Ziel, das auf einem Workshop gesetzt wurde, der sich mit diesem Thema befassen sollte.
Da diese Spuren klein sind und die Software sie bereits identifiziert und verarbeitet, haben sie keinen großen Einfluss auf die Beobachtungen. Die Forscher schätzen, dass derzeit nur eine Wahrscheinlichkeit von 0,04 Prozent besteht, dass ein seltenes Ereignis verpasst wird, weil es mit einer Spur zusammenfällt. Da das Problem jedoch bei Dämmerungsbeobachtungen am akutesten ist, wirkt es sich eher auf die Suche nach Objekten im Sonnensystem aus. Dazu gehören Kometen und Asteroiden – einschließlich Asteroiden, die um andere Sterne entstanden sind.
Aber auch hier wird sich das Problem wahrscheinlich verschlimmern. SpaceX hat bereits die Genehmigung, die Anzahl der Starlink-Satelliten auf weit über 10.000 zu erhöhen; Die Autoren schätzen, dass bei 10.000 wahrscheinlich jedes Bild in der Dämmerung einen Starlink-Track enthalten wird. SpaceX hat angedeutet, dass es die Zahl irgendwann auf über 40.000 Satelliten erhöhen möchte, wobei zu diesem Zeitpunkt alle Dämmerungsbilder wahrscheinlich vier Spuren haben werden.
Und SpaceX ist nicht das einzige Unternehmen, das diese Art von Satellitendienst plant. Wenn alle beteiligten Unternehmen ihre Pläne umsetzen, könnten im erdnahen Orbit bis zu 100.000 dieser Satelliten zu sehen sein.
Insgesamt ist das Bild gemischt. Die Hauptaufgabe des ZTF – das Aufspüren seltener Ereignisse, die durch ferne, energetische Phänomene verursacht werden – bleibt von der wachsenden Zahl von Satellitenspuren weitgehend unberührt. Und da der Anteil an Ereignissen derzeit gering ist, wird eine Verdreifachung der Satellitenzahl keine dramatischen Auswirkungen auf die Beobachtungen haben. Aber eine sekundäre wissenschaftliche Mission sieht bereits eine Menge Lichtkontamination, und die Dinge werden nur noch schlimmer.
The Astrophysical Journal Letters, 2022. DOI: 10.3847/2041-8213/ac470a (Über DOIs).
Listenbild von Caltech Optical Observatories/IPAC