Un futuro incierto para los cielos nocturnos

Hace tan solo cien años, la Vía Láctea era visible desde fuera de la mayoría de las ciudades. A medida que la iluminación eléctrica se volvió más barata y común, la contaminación lumínica hizo imposible ver las características de nuestra galaxia. Esto es así desde todos los lugares excepto los más remotos, que hoy albergan los telescopios más grandes.

El advenimiento de los LED de bajo costo en lel pasado reciente hizo que las farolas y la iluminación doméstica más azules sean más comunes.  Lo que ha llevado a reducciones adicionales en la visibilidad del cielo a cientos de millas de las principales áreas metropolitanas.

 Y ahora, los cielos oscuros se iluminan desde arriba. Desde Mayo de 2019, SpaceX ha lanzado más de 770 satélites Starlink a un ritmo de aproximadamente 60 por mes. Estos son algunos de los satélites más brillantes en órbita. Durante los próximos 5 a 10 años, es posible que experimentemos un aumento de 30 veces en el número de satélites como los de Starlink. Si estos planes se concretan, es posible que haya más satélites visibles a simple vista que estrellas. Por lo cual nuestra visión del cielo nocturno cambiará en todo el mundo.

Entonces, ¿cuál es el plan con estos satélites, qué debemos esperar que suceda y cuándo? ¿Existe un motivo de preocupación para la astronomía terrestre y qué podrían hacer los investigadores y la industria privada para mitigar los problemas? Aquí esperamos brindar respuestas concisas y basadas en hechos a este tipo de preguntas.

Figura 1: Se han encontrado satélites Starlink en imágenes tomadas por observatorios de todo el mundo como el de arriba. Esta imagen, muestra una flota de satélites Starlink pasando por encima. Proviene de Cerro Tololo, Chile, hogar de más de una docena de telescopios profesionales.
Crédito: Laboratorio Nacional de Investigación de Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF / CTIO / AURA / DELVE.

¿Qué está sucediendo exactamente?

Durante la próxima década, numerosas empresas privadas planean lanzar cada una, entre varios cientos y varios miles de satélites en «órbitas terrestres bajas» (LEO). Entre ellas están incluidas SpaceX , Kuiper Systems de Amazon, Samsung y Boeing). Los satélites en órbita (LEO) son los que tienen una altitud de menos de ~ 1000 km. Actualmente hay unos 11.000 satélites artificiales en LEO. La mayoría de ellos son pequeños desechos que orbitan a altitudes superiores a los 600 km. 

Los satélites Starlink, por otro lado, constituyen la mayoría de los objetos grandes (> 100 kg) que orbitan por debajo de los 600 km. Debido a sus órbitas bajas y su tamaño, la mayoría de estos satélites son lo suficientemente brillantes como para ser vistos a simple vista. 

Cada conjunto de satélites formará «megaconstelaciones», grupos armonizados de satélites que trabajarán juntos para lograr el mismo objetivo. Hay una serie de motivaciones para colocar varios miles de satélites en LEO. Pero la mayoría de estas empresas buscan proporcionar Internet de alta velocidad y baja latencia en todo el mundo. En LEO, los satélites orbitan la Tierra una vez cada 90 minutos, lo que significa que tienen poco tiempo para comunicarse con las instalaciones terrestres.. Solo una megaconstelación de satélites puede proporcionar una comunicación consistente y uniforme con las áreas pobladas de la Tierra. 

Por qué está sucediendo esto?

Estos tipos de servicios logran muchos objetivos. Por un lado, servicios como estos pueden ser el único medio para que algunas zonas rurales obtengan un acceso a Internet de calidad. De hecho, según la FCC , decenas de millones de estadounidenses carecen de acceso a Internet de banda ancha. En 2017, la ONU informó que la mayoría del mundo carecía de acceso a banda ancha (sobre todo en África y Asia). El negocio de la comunicación también es lucrativo. Según el CEO de SpaceX, Elon Musk, “ los ingresos totales de conectividad a Internet en el mundo son del orden de un billón de dólares. Creemos que tal vez podamos acceder a alrededor del 3 por ciento de eso, o quizás al 5 por ciento“. Por el momento, no está claro cuán costosos serán estos servicios, aunque se afirma que serán competitivos con los proveedores de Internet actuales. 

Hasta la fecha, SpaceX está liderando la carrera para poblar LEO con satélites, habiendo lanzado con éxito varios cientos. Las fechas de lanzamiento programadas para el futuro incluyen finales de Septiembre y Octubre. La compañía planea ofrecer servicio al norte de EE. UU. Y Canadá para fines de 2020, expandiéndose en todo el mundo en 2021. Además, no se vislumbra un final, ya que la FCC ha aprobado 1 millón de estaciones terrestres Starlink para comunicaciones. Además más de 700.000 estadounidenses están suscritos a las actualizaciones web de Starlink .

¿Cuál es la preocupación?

Los satélites en LEO no son nada nuevo, pero su impacto en la astronomía depende de lo brillantes que sean.

 Los satélites Starlink ahora constituyen la mayoría de los satélites LEO, como se muestra en la Figura 2. Todos los que se han lanzado hasta la fecha son visibles a simple vista. Su brillo está entre la 3ª y la 7ª magnitud, y tan brillantes como la 1ª magnitud inmediatamente después del lanzamiento. Dependiendo de la latitud de la ubicación, la época del año y la hora de la noche, varios cientos de satélites LEO pueden estar en lo alto a la vez. Por lo que son potencialmente visibles a simple vista. Cualquier objeto tan brillante es fácilmente detectado incluso por telescopios moderados con los tiempos de exposición más cortos. Las imágenes del cielo nocturno, como la Figura 1, pronto pueden llenarse de satélites LEO.

Figura 2 (Agrandar imagen). Número de objetos que orbitan la Tierra a altitudes entre 200 y 600 km en función del tiempo. La mayoría de los objetos grandes (derecha) son visibles a simple vista. En verde azulado, se muestra la contribución de Starlink. Desde la creación de esta figura, se han lanzado ~ 400 satélites Starlink más, y estos son ahora los satélites grandes más numerosos en estas altitudes. 
Crédito: Fig. 3 de McDowell et al. (2020).

Afortunadamente, mitigar los efectos de los satélites LEO es una prioridad para el precursor de esta carrera espacial, SpaceX. Musk ha afirmado anteriormente “[Estamos] seguros de que no causaremos ningún efecto en los descubrimientos astronómicos. Cero. Esa es mi predicción. Tomaremos medidas correctivas si [el impacto] es superior a cero «

Sin embargo, lograr este admirable objetivo requerirá estrategias exitosas que oscurezcan drásticamente el diseño actual del satélite. Esto es porque los satélites Starlink actuales ya son lo suficientemente brillantes como para interrumpir las observaciones básicas. 

Mitigando el brillo de los satélites.

Dos métodos en consideración están destinados a oscurecer los satélites Starlink y actualmente se están probando. 

El primero incluye oscurecer el satélite para reducir la reflectividad (DarkSat). El segundo incluye un parasol para reducir la iluminación de los componentes reflectantes (VisorSat). Un prototipo del primero fue lanzado, pero los astrónomos han determinado que es solo un factor 2 más débil que los satélites originales Starlink. El DarkSat es apenas demasiado tenue para ser visto a simple vista, pero aún es lo suficientemente brillante como para interrumpir las observaciones. 

Para abordar estas preocupaciones y colaborar en métodos para una mayor mitigación, hay varios grupos trabajando. Dos de ellos son el de la Sociedad Astronómica Estadounidense y el de la Unión Astronómica Internacional. Estos grupos de trabajo se comunican activamente con SpaceX. Este es todavía un trabajo en progreso, aunque ambas partes han expresado optimismo. Puedes seguir sus actualizaciones aquí .

Caso de Estudio: El Observatorio Vera Rubin

El área de la astronomía más sistemáticamente afectada por la presencia de numerosos satélites LEO serán las misiones de tipo sondeo desde el suelo. Éstas repetidamente toman imágenes de grandes áreas del cielo. 

El ejemplo más destacado de este tipo de trabajo, es el «Legacy Survey of Space and Time» (LSST) que llevará a cabo el Observatorio Vera Rubin. Cada noche durante diez años, los astrónomos usarán la increíble cámara del Observatorio Rubin (¡con un campo de visión de diez grados cuadrados!). Tomarán 1000 imágenes de todo el cielo visible cada noche, desde Cerro Pachón en Chile. Una sola exposición de 30 segundos con esta cámara revela objetos 20 millones de veces más débiles de lo que puede ver el ojo humano. Es decir, 20 millones de veces más débiles que los satélites en LEO como los Starlink. 

Recientemente, un equipo de astrónomos investigó los impactos potenciales de las megaconstelaciones LEO en los objetivos científicos del LSST . 

En este trabajo, el equipo considera modificar el algoritmo de programación de observaciones LSST para evitar los satélites LEO. Simula los efectos de los rastros de los satélites en la cámara científica e informa sobre las observaciones de los satélites Starlink actuales. También analiza los desafíos adicionales que deben considerarse. 

La Figura 3 muestra las rayas esperadas en el cielo que produciría una megaconstelación de 48.000 satélites sobre Chile en 10 minutos. 

Resultados del estudio del Observatorio Vera Rubin

A continuación se muestran las principales conclusiones de su análisis, asumiendo que los satélites son tan brillantes como lo han sido los Starlink hasta ahora. 

  • La época del año con mayor impacto de los satélites LEO es el verano chileno. Entre el 10-20% (medianoche) y el 40-90% (crepúsculo) de las observaciones contendrán un rastro de satélite. En el invierno, prácticamente ningún satélite LEO será visible a la medianoche desde Chile. La prevalencia de satélites Starlink en el crepúsculo planteará desafíos para los programas que observarán durante esas horas debido a la disponibilidad de su objetivo.
  • Se confirma que los satélites regulares de Starlink tienen aproximadamente ~ 5 mags de brillo en el filtro g Sloan. Esto es lo suficientemente brillante para ser visto a simple vista. Se midió que DarkSat es aproximadamente la mitad de brillante (~ sexta magnitud).
  • Para eliminar todos los artefactos de imagen causados ​​por rastros de satélites, debe haber menos de 50,000 satélites orbitando por debajo de ~ 500 km. Además todos deben ser más débiles que la 7ma magnitud o ~ 2,5 veces más débiles que el DarkSat actual. La eliminación total del rastro del satélite en sí no es posible, por lo que una fracción de los datos de píxeles se pierde permanentemente.
  • Es probable que la cosmología sea el subcampo que se verá más afectado. Se debe a que las mediciones cosmológicas son más sensibles a problemas sistemáticos y correlaciones artificiales en los datos. Exactamente como lo harían los rastros de satélites y sus artefactos. La detección de objetos transitorios y en movimiento también se verá afectada, aunque estos efectos aún no se han cuantificado por completo.

El equipo concluye que los satélites LEO plantean numerosos problemas para la misión del LSST. Muchos de ellos pueden aliviarse si los satélites son lo suficientemente débiles (> 7ma magnitud). Los autores escriben: “Es posible que los científicos tengan que hacer un trabajo adicional para cumplir la promesa de usar LSST para descubrir lo inesperado. Pueden haber impactos en el costo y el cronograma. Además ​​la presencia de LEOsats puede requerir que el LSST se ejecute durante más de diez años para lograr todos los objetivos científicos «.

Figura 3: Mapa del cielo previsto sobre el Observatorio Rubin que ilustra el número de estelas de satélites mediante una megaconstelación de 48.000 satélites en LEO. Esta predicción es para una fecha elegida al azar (11 de octubre de 2022), justo después del crepúsculo. Se crean una cantidad increíble de senderos en solo 10 minutos de la simulación. 
La mancha oscura es causada por la propia sombra de la Tierra. 
Crédito: Fig. 3 Tyson et al. (2020).

Consideraciones finales

Quizás no pase mucho más tiempo, que un cielo nocturno despejado esté lleno de estrellas y planetas interiores en lugar de satélites creados por humanos. Para bien o para mal, el futuro del cielo nocturno parece destinado a cambiar. No hay garantías de que otras compañías intenten oscurecer sus satélites de la forma en que lo ha hecho SpaceX. Tampoco está claro cuántos satélites en LEO podrían estar funcionando al mismo tiempo. 

Sin embargo, los avances en astronomía no se han producido a pesar de los avances tecnológicos, se han realizado gracias a ellos. La contaminación lumínica ya ha hecho obsoletos a la mayoría de los observatorios en el noreste de Estados Unidos. Hoy utilizamos la observación remota para conectarnos a observatorios de última generación en todo el mundo, como será el caso del Observatorio Rubin. Además, los avances tecnológicos han hecho de sondeos como el LSST, inimaginable hace décadas, una posibilidad real en la actualidad. 

Ver a través de la atmósfera siempre ha sido una característica que limita la resolución. Por lo que las agencias espaciales como la NASA y la ESA han puesto en órbita telescopios y están siguiendo con la próxima generación de observatorios espaciales. Estos incluyen el Telescopio Espacial James Webb , el Nancy Grace Roman Space Telescope y Euclid , por nombrar algunos.

El futuro de los cielos nocturnos es incierto, pero el futuro de la astronomía no lo es. Los nuevos desafíos planteados por Starlink y otras megaconstelaciones requerirán colaboración e innovación para superarlos. Pero en última instancia no impedirán la búsqueda de los astrónomos para estudiar el cosmos. 

Lecturas sugeridas y recursos

Fuente: Astrobites.

Artículo original:

«An Uncertain Future for the Night Skies«. Lukas Zalesky. Astrobites, Sep 25, 2020. 

Material relacionado

Este diagrama ilustra cuándo los satélites Starlink son más visibles, poco después del atardecer y poco antes del amanecer. 
Crédito: S
paceX
Senderos de luz que quedan en el cielo (fotografiados con un tiempo de exposición prolongado), por satélites Starlink, vistos desde Nuevo México, Estados Unidos
Crédito: Mike Lewinski / Flickr , CC BY.

Los siguientes artículos tratan el problema con los satélites Starlink y el primero, contiene además una selección de recursos sobre el tema.

Sobre Darksat y Virosat

SpaceX planea presentar una nueva estructura de sombrilla en sus futuros satélites Starlink. 
Crédito:
SpaceX
Marcar el enlace permanente.

Comentarios cerrados.