Vil Starlink-satellitterne gøre astronomiske observationer umulige?

Der er mange steder i verden, hvor der ikke er adgang til en hurtig og stabil internetforbindelse, og det problem vil en række firmaer nu løse ved at opsende et meget stort antal satellitter.

Internettet er så at sige ved at flytte ud i rummet, men det giver et utilsigtet problem for astronomer.

Det drejer sig nemlig om så mange satellitter, at astronomerne nu er bekymrede for, om de vil gøre det vanskeligt, eller måske umuligt, at observere nattehimlen her fra Jorden. Det har ført til noget så usædvanligt som en advarsel fra den Internationale Astronomiske Union (IAU).

Det er også nødvendigt at reagere hurtigt. I de kommende år skal tusinder af internetsatellitter opsendes. Når vi frem til 2030 uden love og regler, der regulerer denne trafik, kan astronomien få et ret stort problem.

Giganternes kapløb om det nye internet

De store tech-giganter er gået ind i kampen om at forsyne hele verden med internet. Ikke uventet er SpaceX med helt fremme i kapløbet om at skabe et ægte globalt internet.

• I maj opsendte firmaet med en enkelt Falcon-raket hele 60 af deres Starlink-satellitter, og det er kun begyndelsen på et netværk, som med tiden vil blive udvidet til mellem 4.000 og 12.000 satellitter.
• I februar opsendte firmaet OneWeb de første seks af i alt 648 satellitter, og flere andre projekter er undervejs.

Men for alle den slags projekter er udfordringen at finde risikovillige investorer, så mange af de planlagte internetsatellitter når nok aldrig at komme ud i rummet.

• Det er dog ret sikkert, at Amazons Kuiper-projekt, der omfatter over 3.300 satellitter, nok skal blive til noget. Især fordi Amazon ejes af verdens rigeste mand Jeff Bezos, som også ejer rumfirmaet Blue Origin, der kan levere både satellitter og opsendelser.

For tiden kredser omkring 5.000 satellitter omkring Jorden. Heraf er der omkring 3.000 satellitter, der ikke længere virker, og godt 2.000 aktive satellitter.

Hvis alle internetprojekterne bliver til virkelighed, kan vi derfor se frem til en mangedobling af antallet af satellitter i bane om Jorden.

LÆS OGSÅ: SpaceX har skudt storstilet internetprojekt i gang: Astronomer udtrykker bekymring

Hvorfor så mange satellitter?

Antallet af internetsatellitter kan virke helt overvældende, men der er en grund til, at så mange satellitter er nødvendige. Banerne skal nemlig være lave, helst ikke meget over 1.200 km fra Jorden, og det skyldes den såkaldte latenstid.

Latenstiden er den tid, det tager, fra man trykker på en tast på sin computer, og til man kan se, at der sker noget på skærmen. Den tid skal være så lille som muligt, både hvis man vil bruge nettet til et spil som Counter-Strike, eller man vil handle værdipapirer på en børs.

Kravet om kort latenstid udelukker stort set satellitter i den geostationære bane 36.000 km over ækvator. På grund af radiobølgers hastighed vil det ofte tage op mod 0,25 sekunder eller 250 millisekunder (ms) bare at få et signal op til satellitten. Det skal jo også tilbage igen, og det hele kompliceres af, at det normale vil være, at signalet går gennem en jordstation, før det når ud til computeren.

Den eneste måde at bringe latenstiden ned på er netop at anbringe satellitterne i lave baner 300 – 1.200 km over Jorden. Desværre har en satellit i en lav bane kun udsigt til en meget lille del af Jorden. Derfor er det nødvendigt med et meget stort antal satellitter, der skal sikre, at der hele tiden er mindst en satellit, der passerer hen over et bestemt sted på Jorden.

Ved at bruge lave baner kan man løse problemet med latenstid, som nu kan bringes ned på under 5 ms. Prisen er bare det meget store antal satellitter, som hele tiden skal kommunikere både med hinanden og med Jorden.

Målet er, ved hjælp af store supercomputere, at få disse tusinder af satellitter til at fungere som en satellit, der 24/7 dækker hele verden.

84 satellitter over horisonten

For første gang møder vi her en konflikt mellem forretningsfolk og astronomer. Elon Musk fra SpaceX ser helt klart på muligheden for at tjene en formue på det globale internet.

Astronomerne vil bare gerne kunne observere himlen i fred, uden at deres billeder bliver ødelagt af stærkt lysende satellitter, som farer hen over billedfeltet.

I sidste ende rejser konflikten det ganske interessante problem om, hvem der egentlig bestemmer over, hvordan vi anvender rummet omkring Jorden.

Men først vil vi se lidt på, hvor stort problemet er. Den hollandske astronom Cees Bassa har regnet lidt på, hvordan vi vil se et system af 1.600 satellitter, der kredser i en højde på 550 km over Jorden. Det er ganske realistiske tal for de systemer, der planlægges.

For et sted på 52 graders nordlig bredde, nogenlunde svarende til Amsterdam eller London, vil der konstant være omkring 84 satellitter over horisonten. Om sommeren kan de ses hele natten, og om vinteren kan de kun ses et par timer efter solnedgang og et par timer før solopgang. I resten af tiden befinder de sig i Jordens skygge og tilbagekaster derfor ikke sollyset.

Det bedste skøn er, at når satellitterne bliver belyst af Solen, så vil de normalt tilbagekaste så lidt lys, at de vil være svære at se med det blotte øje. En gang imellem kan de dog blusse voldsomt op, hvis deres solpaneler fanger lyset på en måde, hvor en masse lys tilbagekastes. Da kan de lyse så stærkt som en klar stjerne.

LÆS OGSÅ: Snart bliver internettet for hele verden

To faktorer er afgørende

Når astronomerne observerer himlen, er der to ting, der har betydning, når vi skal se på, hvor meget internetsatellitterne kan genere.

For det første er der synsfeltet. Når astronomer skal studere fjerne galakser, sker det ofte med et meget lille synsfelt – langt mindre end fuldmånen fylder på himlen. Det lille synsfelt gør det mindre sandsynligt, at en internetsatellit vil passere hen over billedfeltet.

For det andet har eksponeringstiden betydning. Mange fjerne galakser eller stjerner lyser så svagt, at det er nødvendigt at indsamle lys i længere tid – ofte flere timer – for at få et tilstrækkeligt godt billede. Og det øger sandsynligheden for, at der på et eller andet tidspunkt farer en satellit forbi, og med sit lys måske ligefrem ødelægger billedet.

Man skal huske, at astronomiske teleskoper har ’nattesyn’. Instrumenterne er normalt meget lysfølsomme netop for at kunne fotografere svage galakser og stjerner.

Men der er også teleskoper, der har til opgave at kortlægge himlen, og derfor har et meget stort synsfelt. Med et stort synsfelt er det jo meget mere sandsynligt at falde over noget uventet som en supernova, end hvis teleskopets synsfelt er meget lille.

Her har en forsker delt et billede af, hvordan det ser ud, når en satellit flyver forbi Hubble-teleskopet. Historien lyder, at pågældende forsker fik ødelagt netop det materiale, han skulle bruge til sin ph.d.:

Konsekvenserne for de store teleskoper

Det gælder således for LSST, der står for Large Synoptic Survey Telescope. Det skal hele tiden kortlægge himlen for at finde ændringer.

Hvert billede, som LSST tager, dækker et område svarende til 40 fuldmåner. Teleskopet vil være tre nætter om at affotografere himlen, og når det er sket, begynder det bare forfra igen. På den måde får man ikke bare normale fotografier, men også en video, der over en periode på mange år kan vise, hvad der sker på himlen.

Med det store synsfelt er det klart, at astronomerne på LSST er bekymrede over, hvad Starlink og alle de andre internetsatellitter kommer til at betyde for deres arbejde. De har også forsøgt at beregne konsekvenserne.

Man kan regne med, at hvert billede vil nå at opfange lyset fra 1-4 satellitter. Heldigvis passerer de så hurtigt hen over billedfeltet, at de ikke kan nå at overbelyse de enkelte pixels. Hertil kommer, at kun 0,01 procent af pixlerne vil blive udsat for lyset fra en satellit.

LSST har så udviklet forskellige procedurer, der kan rense billederne. Det vil være muligt at fjerne spor af satellitter ved at sammenligne billeder af samme område på himlen taget med nogle dages mellemrum – men den mulighed er speciel for LSST og den måde, teleskopet arbejder på.

LSST ser ud til at kunne klare sig – endnu. Men deres pressemeddelelse slutter med at give fuld opbakning til advarslen fra IAU

Mange observatorier bliver nødt til at kassere optagelser, som er ’forurenede’ af lyset fra satellitter, og det er noget af et problem, da det ofte tager mange timer at indsamle lys nok til at skabe et billede.

Men det må understreges, at problemet endnu ikke er uoverskueligt – men uret tikker, og astronomerne kan ikke vente mange år på en løsning.

LÆS OGSÅ: Det nye år i rummet: Vi er mest spændte på det første billede af et sort hul

Radioastronomer bliver også påvirkede

IAU ser på hele astronomien, men IAU organiserer kun 13.000 astronomer, og så står man ikke stærkt over for store økonomiske og politiske interesser.

Et af de problemer, IAU ser på, er forurening af radioområdet:

Det berømte billede af det sorte hul i galaksen M87 krævede to ting:

• Et samarbejde mellem mange radioobservatorier verden over,
• og at radiobølgerne fra galaksen ikke blev forstyrret af meget stærkere signaler fra satellitter.

Radioastronomerne er med god grund bekymrede over udsigten til en meget voldsom stigning af internetsatellitter af mange forskellige typer.

Der er aftaler om, hvilke frekvenser der er reserveret til radioastronomi, og hvilke der må bruges af satellitter. Der bliver stadig mere brug for radioområdet, også i de oaser, som er reserveret astronomien – så hvem ved, hvad der sker, når vi mangedobler antallet af aktive satellitter?

Men selv om man pænt holder sig til et tilladt frekvensområde, så ender noget af signalet ofte i områder, der er reserveret radioastronomerne. National Science Foundation har dog truffet en aftale med SpaceX, som skulle løse problemet – i denne omgang.

To prioriteter

At SpaceX og Elon Musk har andre prioriteter end astronomi, blev understreget af tweets, som Elon Musk skrev efter opsendelsen af de første 60 Starlink-satellitter.

Musk får et tweet fra en person ved navn Fraser Cain, der kommenterer lysforureningen fra de mange satellitter. Fraser Cain skriver:

»Hvis satellitterne kan hjælpe milliarder af mennesker i fjerne egne til at få en billig adgang til internettet, så er det en pris, jeg er villig til at betale.«

Hertil svarer Musk:

»Netop det at have mulighed for at hjælpe milliarder af økonomisk dårligt stillede mennesker er det større gode. Når det er sagt, sørger vi for, at Starlink ikke har nogen materiel virkning på opdagelser i astronomi. Vi holder meget af videnskab.«

Dette tweet viser, hvordan Elon Musk ser på Starlink. Det er et projekt, der går ud på at tjene penge ved at udvide adgangen til internettet. Man kan være sympatisk indstillet over for astronomien, men den kommer i anden række – men det er da fint, hvis man kan undgå at genere den astronomiske forskning.

Ingen juridisk binding

Herefter uddyber Elon Musk, hvad SpaceX kan gøre for astronomien:

Starlink-satellitterne er konstrueret således, at når de rammes af sollyset, lyser deres solpaneler op. Det er han blevet kritiseret for, og han gav så det svar, at han da nok skulle bede Starlink-teamet om, at solpanelerne blev drejet på en måde, så de ikke kom til at tilbagekaste så meget sollys ned på Jorden.

De vil også fortsat gøre alt for at genere radioastronomien mindst mulig.

Det lyder jo alt sammen godt, men der er et stort problem, nemlig at det kun er løfter fra en enkelt person i et af de mange firmaer, der har planer om at opsende internetsatellitter.

Hverken Elon Musk eller SpaceX er juridisk bundet af disse løfter.

Der er brug for lovgivning

Der er således i høj grad brug for internationale regler og ikke bare løfter fra en milliardær om, at han da vil gøre, hvad han kan for ikke at genere videnskaben.

Desuden: Jo flere aktører, der bliver på dette nye marked, jo mere ligegyldigt er det, hvad en enkelt person siger og lover.

Vigtigheden af en lovgivning understreges af, at Musk også skriver, at det med tiden bliver nødvendigt at flytte teleskoper ud i rummet for at undgå problemerne.

Dette er en utrolig arrogant udtalelse. Astronomien har ingen mulighed for i en overskuelig fremtid at flytte ud i rummet – også selv om vi hører meget om Hubble-teleskopet. Sandheden er, at næsten alle astronomiske målinger stadig foretages her fra Jorden.

Rumbaseret astronomi er meget dyr, så i stedet har astronomerne udviklet avancerede spejle, som kan modvirke atmosfærens forstyrrende virkninger. Disse spejle fungerer så godt, at det nu er muligt at tage billeder, som er næsten lige så gode som dem, Hubble tager fra rummet.

Ørkenfreden er brudt

Der er i de senere år bygget flere observatorier i de fjerneste ørkener, for at få en virkelig mørk himmel. Det kan nu blive ødelagt af den ny tids satellitter.

Radioastronomerne er også rykket ud i øde områder uden radiostøj – såkaldt radiodøde områder – men hvad nytter det, hvis man fremover skal lytte til fjerne galakser gennem en radiostøj skabt af tusinder af satellitter?

Desværre er rummets jura langt bagefter den moderne virkelighed. Alle regler skal vedtages i FN, og aftalerne derefter ratificeres i de enkelte lande, og det tager tid. Med fornuftige regler og reguleringer kan problemet nok ikke løses helt, men i det mindste holdes nede på et niveau, som astronomerne kan leve med.

Den juridiske situation i dag er, at rummet er et internationalt område ligesom verdenshavene. Da SpaceX har fået tilladelse af både International Telecommunications Union og amerikanske Federal Communications Commission til at opsende satellitterne, er der juridisk set ikke noget at komme efter, og SpaceX kan stort set gøre, hvad de har lyst til.

Vi lader den amerikanske astronom, Dr Tyler Nordgreen få det sidste ord. På tweetet fra Musk om, at ’satellitterne er i en større sags tjeneste’, svarer han i New York Times:

»Hvem har ret til at bestemme det? Og er vi alle enige om, at det er en pris, vi er villige til at betale?«

LÆS OGSÅ: Generalprøven bestået: SpaceX kan nu sende astronauter til Den Internationale Rumstation

LÆS OGSÅ: Her er de fedeste videoer og reaktioner på SpaceX’s opsendelse af rød sportsvogn