Astronómia verzus megasústavy satelitov

Zdroj: https://sas.astro.sk/2021/04/12/astronomia-verzus-megasustavy-satelitov/

Kozmická éra ľudstva začala 4. októbra 1957 vypustením prvého umelého satelitu Zeme – sovietskej družice Sputnik 1. Definitívne nám však cestu do vesmíru otvoril až prvý pilotovaný kozmický let Jurija Alexejeviča Gagarina. Historický let uskutočnil 12. apríla 1961 na palube kozmickej lode Vostok 1. Štartoval o 6. hodine a 7. minúte svetového času z kazašského kozmodrómu Bajkonur, uskutočnil jeden oblet Zeme a po 106 minútach pristál na padáku pri dedine Smelovka v Saratovskej oblasti.

Astronómia v ére kozmického výskumu

Využívanie raketovej techniky a pozorovaní vesmíru priamo z kozmického priestoru však začalo už po 2. svetovej vojne. Pomocou prístrojov umiestnených na palube rakiet V-2 bolo v roku 1946 po prvý krát detegované ultrafialové a v roku 1949 röntgenové žiarenie Slnka. Aj prvá americká družica Explorer 1, vypustená 31. januára 1958 bola zameraná na výskum kozmického priestoru v okolí Zeme. Hlavným vedeckým cieľom tejto sondy bolo meranie kozmického žiarenia pomocou Geigerovho-Müllerovho počítača. Získané merania podporili myšlienku existencie oblastí nabitých častíc zachytených magnetickým poľom Zeme,  ktoré dnes označujeme podľa lídra vedeckého tímu družice ako Van Allenove pásy.

Kozmické prístroje otvorili astronómom doslova nové okná do vesmíru. Kozmické ďalekohľady nám umožňujú študovať vesmír v spektrálnych oblastiach, v ktorých to kvôli atmosfére nie je možné z povrchu Zeme. Pomocou kozmických sond priamo skúmame telesá Slnečnej sústavy. V súčasnosti sa len málo vedeckých prác vychádzajúcich v renomovaných astronomických časopisoch neopiera o kozmické pozorovania. Napriek tomu, že astronómovia si dnes už bez takýchto pozorovaní nevedia predstaviť výskum vesmíru, posledný vývoj búrlivého a nekontrolovaného využívania kozmického priestoru sledujú len s vážnymi obavami.

Megasústavy satelitov

Pilotované či nepilotované kozmické lety výrazne ovplyvnili všetky oblasti rozvoja našej spoločnosti. V uplynulých desaťročiach ľudstvo vyvinulo značné úsilie pri navrhovaní, budovaní a zavádzaní družíc slúžiacich na mnohé dôležité účely. V poslednej dobe sa najmä na nízke obežné dráhy začali vypúšťať sústavy pozostávajúce z viacerých satelitov, používané na rôzne účely, vrátane poskytovania komunikačných služieb v geografických oblastiach s nedostatočným alebo žiadnym pokrytím týmito službami. Až do roku 2019 bol počet takýchto družíc nižší ako 200, ale tento počet sa v súčasnosti rýchlo zvyšuje, pričom sa plánuje ich nasadenie v desiatkach tisícov kusov (projekty ako napr. Iridium, Starlink (SpaceX), Kuiper (Amazon), Athena (Facebook), OneWeb, Globalstar). V takomto prípade sústavy družíc veľmi skoro prevýšia počet všetkých doteraz vypustených satelitov.

Projekt Starlink spoločnosti SpaceX má za cieľ pokryť širokopásmovým satelitným internetom ktorékoľvek miesto na Zemi. Cieľ vznešený, no hlavne s obrovským ekonomickým potenciálom. Prvým krokom projektu bolo vypustenie 60 satelitov, no k naplneniu tohto cieľa ich bude potrebných predbežne okolo 12 000. Dôvod pre taký veľký počet je, že satelity sa budú pohybovať po veľmi nízkych obežných dráhach, čo zníži energetickú náročnosť pripojenia. Tiež nebude dlhodobo zaťažovať blízke okolie Zeme ďalším kozmickým odpadom, keďže družice sa budú pohybovať v hustejších častiach atmosféry Zeme a v dôsledku odporu prostredia a následnej strate kinetickej energie ich „životnosť“ bude len pár rokov.

24. marca 2021 sa uskutočnil už 23. štart rakety Falcon 9 v rámci budovania projektu Starlink. Raketový nosič vyniesol na obežnú dráhu Zeme ďalších 60 satelitov, čím ich počet prekročil 1 300. SpaceX sa tak priblížil ku skompletizovaniu prvotnej fázy projektu predstavujúcej 1 440 satelitov. Spoločnosť má však Federálnou komunikačnou komisiou Spojených štátov (U.S. Federal Communications Commission) schválené vypustenie až 12 000 satelitov a s Medzinárodnou telekomunikačnou úniou (International Telecommunication Union) predbežne rokuje o vypustenie ďalších 30 000 družíc!

V súčasnosti je projekt Starlink ešte len v beta testovaní, pretože spoločnosť SpaceX pracuje na doplnení svojej počiatočnej sústavy satelitov. K internetu prostredníctvom tejto služby majú prístup zatiaľ používatelia v USA, Kanade, Veľkej Británii, Nemecku a najnovšie aj na Novom Zélande. Spoločnosť SpaceX však už prijíma predbežné objednávky a očakáva spustenie komerčných služieb niekedy v priebehu tohto roka. Používatelia si môžu službu rezervovať registráciou na webových stránkach spoločnosti a zložením zálohy vo výške 99 dolárov.

SpaceX však nie je jedinou spoločnosťou, ktorá sa usiluje o „prepojenie sveta“. Spoločnosť OneWeb so sídlom v Londýne sa pripravuje na uvedenie vlastného produktu. Spoločnosť má naplánovaných celkovo 19 kozmických letov, pomocou ktorých do vesmíru umiestni spolu 650 satelitov prenášajúcich internet. Do dnešného dňa sa uskutočnilo päť z týchto letov, pričom poslednú zostavu  36 satelitov OneWeb spoločnosť vypustila  25. marca 2021 pomocou ruskej rakety Sojuz. Svoje vlastné projekty globálneho internetu plánujú aj spoločnosti Amazon, Telstar a ďalšie.

Obavy astronómov

Astronómovia na celom svete s veľkými obavami sledujú Starlink a podobné projekty. Prvé vzrušenie medzi profesionálmi, ako aj širokou verejnosťou vzbudil “vláčik” satelitov, ktorý krátko po štarte v podobe retiazky žiariacich bodov spozorovali voľnými očami astronómovia aj na Slovensku (satelity Starlink krátko po štarte v auguste 2020 zachytáva video Róberta Barsu, predsedu Sekcie astronomickej fotografie SAS pri SAV). Problémom nebola len vysoká počiatočná jasnosť, ale tiež „prasiatka“, teda záblesky svetla spôsobené odrazom slnečného svetla od lesklých plôch satelitov dosahujúce jasnosť tých najjasnejších hviezd nočnej oblohy. Elon Musk, výkonný riaditeľ spoločnosti SpaceX, síce upokojoval, že postupne ako budú satelity navedené a zaparkované na svojich cieľových orbitálnych dráhach ich jasnosť poklesne natoľko, že prestanú byť pozorovateľné voľnými očami a tak nebudú rušiť pohľad na hviezdnu oblohu. To však neplatí pre citlivé prístroje, ktoré používajú astronómovia na výskum vesmíru.

Spoločnosť SpaceX tiež prijala viacero opatrení s cieľom znížiť obrazivosť satelitov Starlink. Na začiatku januára 2021 boli v renomovanom astronomickom časopise Astronomy & Astrophysics publikované výsledky merania jasnosti bežného satelitu Starlink-1113 a satelitu s aplikovanými opatreniami Starlink-1130 (Darksat) v optickej a blízkej infračervenej oblasti. Pozorovania ukázali, že opatrenia čiastočne zredukovali odrazivosť satelitov: magnitúda poklesla o  50 % v optickej, no iba o 28 % v blízkej infračervenej oblasti, v ktorej sú však satelity najjasnejšie. Stále je však jasnosť satelitov veľmi vysoká pre citlivé astronomické prístroje.

Aj Medzinárodná astronomická únia (IAU) je znepokojená týmito megasústavami satelitov. Táto najväčšia organizácia astronómov na svete, ktorá združuje takmer 12 000 profesionálnych astronómov zo 107 krajín sveta, si uvedomuje dôležitosť prirodzene tmavej a zároveň rádiovo tichej oblohy, nevyhnutnej nielen pre rozvoj nášho chápania vesmíru, ale aj ako súčasť prírodného a kultúrneho dedičstva celého ľudstva a tiež pre ochranu nočnej prírody. Ako uviedla vo svojom stanovisku vydanom v roku 2019:

„Ešte nechápeme úplne vplyv tisícov viditeľných satelitov roztrúsených po nočnej oblohe na astronomický výskum či nočnú prírodu, a napriek dobrým úmyslom týchto projektov, môžu tieto satelitné sústavy predstavovať ich vážne ohrozenie.“

Obavy vedcov pramenia z dvoch dôvodov. Po prvé, povrchy týchto družíc sú často vyrobené z vysoko reflexného kovu a odraz slnečného svetla z nich robí pomaly sa pohybujúce žiariace bodky na nočnej oblohe. Hoci väčšina z týchto odrazov je taká slabá, že je ťažké ich zachytiť voľným okom, môžu byť nebezpečné pre citlivé prístroje veľkých pozemných astronomických ďalekohľadov (napr. Extrémne veľký ďalekohľad s priemerom zrkadla 39 m), vrátane tých extrémne širokouhlých (napr. Observatórium Very C. Rubinovej schopný prezrieť celú oblohu len za tri noci), ktoré sa v súčasnosti pripravujú. Simulácie vplyvu megasústav satelitov na optické prístroje Európskeho južného observatória možno nájsť na tejto stránke. Ako už bolo uvedené, astronómovia využívajú aj kozmické ďalekohľady, ktorých pozorovania nie sú rušené svetelným znečistením a odrazeným svetlom družíc. Obrovské finančné náklady a obmedzenia veľkosti a hmotnosti však vylučujú vypustenie veľmi veľkých vesmírnych ďalekohľadov a ťažkosti s opravou a údržbou prístrojov v kozmickom priestore znamenajú, že tie najnovšie a najrevolučnejšie technológie budú implementované na pozemných ďalekohľadoch desaťročia predtým, než sa o to pokúsime vo vesmíre.

Po druhé, napriek značnému úsiliu zabrániť zasahovaniu do frekvencií používaných na pozorovania v rádiovej astronómii, agregované rádiové signály vysielané z megasústav satelitov môžu predstavovať vážne ohrozenie astronomických pozorovaní v tejto spektrálnej oblasti. Nedávny pokrok v rádiovej astronómii, ako napríklad získanie prvej snímky bezprostredného okolia čiernej diery alebo prehĺbenie nášho chápania vzniku planetárnych systémov, ako je naša Slnečná sústava, boli umožnené len vďaka spoločnému úsiliu o ochranu rádiovo tichej oblohy.

IAU je organizácia stimulujúca a zabezpečujúca pokrok v oblastiach vedeckého výskumu i technologického rozvoja. Napriek tomu, že sa vynaložilo značné úsilie na zmiernenie problémov s rôznymi sústavami družíc, IAU dôrazne odporúčala, aby všetky zainteresované strany v tejto novej a do veľkej miery neregulovanej oblasti využívania vesmíru spolupracovali k vzájomnej spokojnosti a prospechu všetkých zainteresovaných strán. Sústavy družíc môžu predstavovať významnú hrozbu pre dôležité existujúce a budúce astronomické prístroje a IAU vyzýva ich dizajnérov a realizátorov, ako aj politikov, aby spolupracovali s astronomickou komunitou v spoločnom úsilí analyzovať a pochopiť vplyv megasústav satelitov. IAU tiež vyzýva príslušné agentúry, aby čo najskôr vypracovali regulačný rámec na odstránenie alebo zmiernenie škodlivých vplyvov takýchto sústav družíc na vedecký prieskum, pričom je otvorená proaktívne spolupracovať s každým, kto chce byť do tohto úsilia zapojený.

Komisia ochrany existujúcich a potenciálnych observatórií IAU (B7) v spolupráci s Úradom pre vesmírne záležitosti Organizácie spojených národov (UN Office of Outer Space Affairs, UNOOSA) zorganizovala 5. – 9. októbra 2020 úspešnú medzinárodnú online konferenciu Tmavá a tichá obloha pre vedu a spoločnosť (Dark and Quiet Skies for Science and Society) venovanú aj tejto problematike. Jedným z výstupov konferencie je dokument, ktorý podrobne popisuje dopady megasústav satelitov na astronomické pozorovania, ako aj návrhy na ich zmiernenie. Zhrnutie dokumentu (ako tzv. Conference Room Paper) bude prezentované pred Vedeckou a technickou podkomisiou (Scientific and Technical Sub-Committee) Komisie pre mierové využívanie vesmíru (Committee on the Peaceful Uses of Outer Spaces, COPUOS) UNOOSA 19. – 24.  apríla 2021. Pani prezidentka IAU, prof. Ewine F. van Dishoeck vyzvala predstaviteľov národných komitétov IAU a astronomických spoločností, aby sa pokúsili získať podporu národných delegátov COPUOS pre tento dokument tak, aby sa čo najviac krajín stalo podporovateľmi tejto iniciatívy, alebo dokonca jej signatármi.

Stanovisko SAS pri SAV

Slovenská astronomická spoločnosť pri SAV už vyše 60 rokov združuje profesionálnych a amatérskych astronómov, ako aj priaznivcov tejto vedeckej disciplíny, ktorá má na Slovensku dlhoročnú a bohatú tradíciu. Kľúčovou súčasťou astronomického výskumu sú pozorovania vesmírnych objektov, pre ktoré je nevyhnutná prirodzená nočná obloha. SAS pri SAV prostredníctvom svojej odbornej sekcie je už mnoho rokov veľmi aktívna v problematike ochrany pred svetelným znečistením a v spolupráci s inými organizáciami sa podieľala na založení troch parkov tmavej oblohy na Slovensku.

Dodajme, že výsledky teoretickej štúdie, ktorú publikoval vedecký tím pod vedením člena Slovenskej astronomickej spoločnosti pri SAV Miroslava Kocifaja (SAV, UK Bratislava) začiatkom apríla tohto roku v prestížnom astronomickom časopise Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters ukazujú, že umelé telesá na obežnej dráhe okolo Zeme prispievajú k svetelnému znečisteniu, a to vo väčšej miere ako sa predpokladalo. Z týchto zistení vyplýva, že ak nárast počtu satelitov, ako aj iných telies obiehajúcimi okolo Zeme (napr. kozmického smetia) bude pokračovať plánovaným tempom, o pár rokov by množstvo nežiadúceho svetla rozptýleného v atmosfére spôsobené týmito objektami mohlo zvýšiť celkový jas nočnej oblohy o viac ako 10 percent nad hladinu prirodzenej úrovne. Tým by prekročil prahovú hodnotu, ktorú astronómovia stanovili pred viac ako 40 rokmi, aby dané miesto považovali za svetelne znečistené. Na rozdiel od lokálneho svetelného znečistenia spôsobeného pozemskými zdrojmi, by umelé telesá spôsobili nárast celkového jasu oblohy na veľkej časti planéty, čo by ovplyvnilo pozorovania aj na astronomických observatóriách v odľahlých oblastiach nezasiahnutých mestským svetelným znečistením. 

SAS pri SAV so znepokojením sleduje komerčné aktivity niektorých súkromných spoločností, ktoré za účelom pokrytia Zeme internetovým pripojením plánujú, respektíve už budujú megasústavy satelitov pozostávajúce z niekoľkých tisícov až desaťtisícov jednotlivých družíc. Množstvo umelých telies na obežnej dráhe okolo Zeme už v súčasnosti vážne obmedzuje astronomické pozorovania nielen v optickej, ale aj rádiovej oblasti. Navyše narušujú prirodzený vzhľad nočnej oblohy, ktorá je neoddeliteľnou súčasťou prírodného a kultúrneho dedičstva celého ľudstva.

Predstavitelia SAS pri SAV pripravili stanovisko k návrhu IAU k ochrane prirodzenej nočnej oblohy a regulácii využívania kozmického priestoru, ktoré zaslali riaditeľovi Odboru OSN a medzinárodných organizácií v systéme OSN na Ministerstve školstva, vedy, výskumu a športu SR, ako aj stálemu predstaviteľovi SR pri OSN vo Viedni. SAS pri SAV plne podporuje iniciatívu IAU a v mene všetkých svojich členov sa prihovára k udeleniu mandátu stálej delegácii COPUOS za Slovensko k oficiálnej podpore tohto dokumentu. Dodajme, že podobné stanoviská pripravili aj Slovenský národný komitét astronomický IAU (pdf), Fakulta matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského v Bratislave (pdf) a Slovenský zväz astronómov (pdf). Na naše stanoviská zareagovalo Ministerstvo vnútra SR, ktoré nám oznámilo, že Slovensko oficiálne podporí túto iniciatívu IAU ako jej spoluautor. Pridanie SR ako signatára predkladaného dokumentu už bolo potvrdené aj úradom OSN UNOOSA.

Pozorovanie nočnej oblohy stálo na počiatku nielen vedecko-technického, ale aj umeleckého a spoločenského rozvoja ľudskej spoločnosti. Dúfajme, že sa už  čoskoro nájde také spoločné riešenie problematiky megasústav satelitov, ktoré aj pre budúce generácie, ktoré budú nositeľkami tohto rozvoja v budúcnosti, ponechá okná vesmíru dokorán.