Ненавмисне супутникове випромінювання може зашкодити радіоастрономії

Астрономічні радіоджерела, незважаючи на свою інтенсивність, також знаходяться далеко. Тому небагато сигналу, що досягає Землі, є дуже слабким: один мобільний телефон на поверхні Місяця затьмарив би всі, крім найяскравіших з них.

Сигнали зв’язку супутників, що обертаються навколо Землі, набагато сильніші, але згідно з правилами обмежені певними довжинами хвиль. Вони також відомі радіоастрономам, які можуть їх відфільтрувати. Однак витік випромінювання може призвести до штучних сигналів на непередбачених довжинах хвиль. Витік, як правило, відбувається внаслідок діяльності людини на землі, але оскільки кількість супутників буквально стрімко зростає, астрономи починають турбуватися про вплив із космосу. Тепер команда оголосила про перше виявлення цих електромагнітних перешкод від супутників.

«Витік радіації від штучних супутників як можлива перешкода вперше з’явився в нашій свідомості лише близько двох років тому», — згадує Бенджамін Вінкель (Інститут радіоастрономії Макса Планка, Німеччина, і Комітет радіоастрономічних частот, Франція). «Тоді ніхто не знав, наскільки сильним буде такий ефект, і чи було це не просто теоретичною проблемою».

Тож Вінкель разом із кількома колегами з інших установ, пов’язаних з Обсерваторією квадратних кілометрів (SKAO), вирішили подивитися. Вони використовували базові антени низькочастотної решітки (LOFAR) у Нідерландах для пошуку сигналів із супутників у групі SpaceX Starlink. Коли були отримані ці дані, на орбіті було близько 2100 Starlinks; зараз їх більше 4000.  

Те, що вони знайшли, не вгамувало їхніх страхів. Із загалом 68 спостережуваних супутників 47 були виявлені на частотах від 110 до 188 МГц. Цей витік випромінювання значно нижчий за радіочастоти від 10,7 до 12,7 ГГц, які використовуються для сигналів зв’язку вниз. Федеріко Ді Вруно (SKAO та Комітет радіоастрономічних частот, Франція), Вінкель та їхні колеги опублікували ці результати в Astronomy&Astrophysics.

Ненавмисне випромінювання не є несподіванкою. «Кожен електричний пристрій генерує витік радіації», — пояснює член групи Дьюла Йожа (також з Інституту радіоастрономії Макса Планка, Німеччина, та Комітету радіоастрономічних частот, Франція). «Ви нічого не можете зробити, щоб запобігти цьому, окрім як впливати на силу цих сигналів».

Дійсно, кожен гаджет у вашій кімнаті, який використовує електрику, кожна схема вашого комп’ютера чи телефону працює як крихітна антена, випромінюючи додаткове електромагнітне випромінювання. Виробники дбають про те, щоб це випромінювання не заважало іншим пристроям (або навіть самому пристрою), але немає розумного способу повністю його усунути.

Те саме стосується електроніки на орбіті. «Порівняно з сигналами зв’язку супутники випромінюють випромінювання, як правило, у мільйон разів слабше», — пояснює Вінкель. «Однак для нас, радіоастрономів, це все ще достатньо; він яскравіший за більшість астрономічних джерел, які ми спостерігаємо».

Дивлячись на супутники Starlink, команда змогла стежити за їхніми радіосигналами, коли вони перетинали небо, показавши, що більша частина випромінювання надходить від самих супутників, а не від відображень інших радіоджерел. (Одна конкретна частота походить від потужного радара космічного спостереження, розташованого у Франції, який відбивається від деяких супутників.) 

Витік сигналів, який виявила команда, набагато сильніший, ніж дозволений будь-який окремий супутник, який все ще відповідає нормативним порогам. Проте правила, встановлені Міжнародним союзом електрозв’язку (ITU), застосовуються лише до навмисного радіовипромінювання.

Проблема витоку не обмежується Starlink. Будь-який працюючий супутник випромінює певний вид витоку випромінювання. Що змінюється, так це цифри: більше супутників у небі збільшує ймовірність того, що один з них перетне відносно вузьке поле зору радіотелескопів на землі.

«Зазвичай ми просто видаляємо дані, забруднені супутником, із подальшої обробки», — каже Йожа. «Чим частіше це відбувається, тим більше часу ми втрачаємо на спостереження». Для спостережень, що залежать від часу, це може означати втрату важливої ​​інформації. Наприклад, астрономи можуть втратити виявлення таємничих швидких радіосплесків (FRB) — надзвичайно потужних радіовипромінювань, які тривають щонайбільше кілька секунд.

Ще більше занепокоєння можуть викликати слабші, неідентифіковані сигнали, які ховаються в базовому шумі, каже Йожа, що може призвести до помилкових результатів, якщо використовуються типові методи зменшення шуму. Витік випромінювання також стає помітнішим на нижчих частотах, що розширює сферу радіоастрономічних досліджень. Швидше за все постраждають обсерваторії, розроблені спеціально для виявлення цих частот, такі як LOFAR, Long Wavelength Array в Нью-Мексико або низькочастотна частина SKA, яка буде побудована в Австралії.

Технічні рішення можуть лише пом’якшити, але не розв’язати проблему. Будь-яка спроба зробити це потребуватиме допомоги супутникових операторів, але така співпраця на цей час буде цілком добровільною. Витік випромінювання, яким би сильним він не був, не порушує жодних правил: «З точки зору радіоастронома, ненавмисне електромагнітне випромінювання наразі погано регулюється для супутників і космічних кораблів», — пише дослідницька група.    

Наразі дослідники отримали лише годинний «знімок» одного типу супутника за допомогою одного телескопа. Вони виявили, що радіосигнал змінювався від супутника до супутника, а деякі взагалі не виявлялися на спостережених частотах. Подальші спостереження протягом наступного року дадуть більш глобальну картину того, скільки витоку радіації генерують супутники Starlink.

Але ці перші результати вже демонструють необхідність дій, підсумовує Йожа: «Ми вважаємо, що раннє визнання цієї ситуації дає астрономії та операторам великих сузір’їв можливість активно працювати разом над технічними пом’якшеннями, паралельно з необхідними обговореннями для розробки відповідні правила». Джерело