Varios cientos de miles de satélites podrían dar la vuelta al mundo en órbita terrestre baja para 2027, según estimaciones basadas en solicitudes de licencia a reguladores de comunicaciones nacionales e internacionales. Eso es más de alrededor de 6300 satélites activos y desaparecidos hoy y 3300 en 2019.
A medida que las empresas de todo el mundo se apresuran a lanzar un gran número de satélites a la órbita terrestre baja, los astrónomos y otros reflexionan sobre las implicaciones: ¿Cuántos satélites puede albergar el espacio? ¿Qué pasa si se supera ese límite? ¿Cuáles son los efectos del aumento de los lanzamientos, el quemado y los desechos espaciales en la superficie de la Tierra y los entornos atmosféricos? ¿Cómo se verán afectados el aprecio y el descubrimiento celestiales? ¿Qué pueden hacer los astrónomos, las empresas de satélites y otras partes interesadas para mitigar los efectos nocivos?
Aaron Boley es un astrónomo planetario de la Universidad de Columbia Británica en Vancouver, Canadá, que está interesado en el uso sostenible y la exploración del espacio. La humanidad depende cada vez más de las actividades en el espacio, señala. El posicionamiento global para la navegación, la sincronización del tiempo para la banca y otros fines, las actividades de monitoreo para la seguridad global y el socorro y la recuperación ante desastres, la comprensión del cambio climático y la provisión de acceso a Internet son ejemplos.
“Queremos usar el espacio porque puede mejorar drásticamente la vida en la Tierra”, dice Boley. Pero al señalar el agotamiento de la capa de ozono estratosférico, la acumulación de plástico en los océanos y el cambio climático, advierte que «los humanos tenemos una capacidad asombrosa para subestimar nuestra propia influencia en el medio ambiente» y que el uso desenfrenado del espacio tiene el «posibilidad de degradar el potencial para su uso futuro”.
A la vanguardia entre las empresas que planean instalar enjambres de satélites está SpaceX de Elon Musk. Alrededor de 2000 satélites en su programa Starlink están actualmente en órbita, y se prevé que el sistema completo tenga alrededor de 40 000. Cuando SpaceX y otros hayan puesto en órbita 65 000 satélites, “uno de cada 15 puntos de luz que ves en el cielo nocturno será un satélite en movimiento”, dice Samantha Lawler, quien estudia el Cinturón de Kuiper en la Universidad de Regina en Saskatchewan, Canadá. OneWeb ha lanzado 358 de una constelación planificada de 6372 satélites, por debajo de los planes anteriores de 48 000. El Proyecto Kuiper de Amazon se está preparando para lanzar 7774 satélites. Otras constelaciones planificadas incluyen las de China, con 12 992 satélites; Ruanda, con más de 327 000; y la empresa canadiense Kepler Communications.
Agrandar imagen. ¿Cuántos enjambres de satélites puede acomodar la órbita terrestre baja? Las imágenes superiores muestran una vista del espacio desde una latitud de 30° S, donde el Observatorio Vera C. Rubin verá la primera luz en 2023, en una proyección estereográfica alrededor de la puesta del Sol. La imagen superior izquierda incluye los satélites existentes y la imagen superior derecha incorpora los sistemas completos de Starlink, OneWeb y Project Kuiper. Las dos imágenes inferiores muestran la Tierra desde el espacio con los satélites orbitando, nuevamente con los números existentes a la izquierda y con las tres megaconstelaciones planeadas a la derecha. Las imágenes se hicieron con la aplicación ‘Mega Constellations‘ disponible gratuitamente, creada por Hanno Rein de la Universidad de Toronto Scarborough.
“Estamos cambiando el cielo”, dice Meredith Rawls, astrónoma de la Universidad de Washington que trabaja en canalizaciones de datos para el Observatorio Vera C. Rubin en construcción en el centro-norte de Chile. “Estamos en un punto de inflexión”. Los cielos más brillantes por la gran cantidad de objetos en órbita, reducen la cantidad de estrellas que cualquiera puede ver. Y los satélites y los desechos espaciales complican las observaciones del telescopio. (Para obtener más información sobre desechos espaciales y ambientalismo espacial, consulte la entrevista con Moriba Jah en https://physicstoday.org/jah).
Satélites brillantes
Los satélites son visibles cuando reflejan la luz del Sol. El brillo depende de factores como los materiales, el tamaño, la forma, la posición, la orientación y la altitud del satélite; la latitud, la estación y la hora de la noche en tierra; el ángulo de observación sobre el horizonte; y el diámetro del espejo del telescopio. Para un observador a 30° S, la latitud del telescopio Rubin, los satélites a 600 km reflejan la luz solar durante unas pocas horas crepusculares al anochecer y al amanecer.
Entonces, ¿cuál es el daño que hace un satélite que vuela a través del campo de visión de un telescopio? Los astrónomos aún no tienen la respuesta completa. Hay demasiadas incógnitas para predecir con precisión, dice Jonathan McDowell del Centro de Astrofísica (Harvard & Smithsonian). ¿Cuántos satélites se lanzarán realmente a la órbita terrestre baja? ¿Qué tan reflexivos serán? ¿Qué medidas de mitigación se implementarán?
Aún así, algunos impactos de los satélites son claros: para las longitudes de onda ópticas, los telescopios con un amplio campo de visión y largos tiempos de exposición serán los más afectados. Los satélites son más visibles en el crepúsculo, lo que dificultará la detección de asteroides cercanos a la Tierra, y algunos podrían pasarse por alto. Los eventos transitorios, como las explosiones de supernovas, podrían oscurecerse. Y, dice McDowell, «Las cosas débiles que no sabes que están ahí podrían pasarse por alto».
“Estás perjudicado”
En Mayo de 2019, cuando SpaceX lanzó los primeros 60 satélites Starlink, el científico jefe del Observatorio Rubin, Anthony Tyson, comenzó a investigar su efecto en las observaciones astronómicas. En experimentos de laboratorio en la Universidad de California, Davis, con los mismos chips CCD que utilizará el Observatorio Rubin, él y sus colegas descubrieron que las rayas de los satélites van acompañadas de rayas paralelas provocadas por la diafonía no lineal en la electrónica. Sus cálculos sugieren que si los satélites no son más brillantes que la séptima magnitud (casualmente también el límite de lo que el ojo humano puede ver en un cielo claro y oscuro), las «rayas fantasma» se pueden eliminar computacionalmente.
“Con 100 000 satélites, cada exposición de Rubin tendrá al menos una raya de satélite en el plano focal”, dice Tyson. Incluso si se suprimen los fantasmas, dice, «las rayas principales aún deberán enmascararse, a costa de perder el área de estudio». (Consulte “Los defensores del cielo oscuro se enfrentan a amenazas desde arriba y desde abajo”, Physics Today en línea, 9 de Febrero de 2022).
El Telescopio Extremadamente Grande de 40 metros del Observatorio Europeo Austral que se está construyendo en Chile y otros gigantes, el Telescopio Gigante de Magallanes y el Telescopio de Treinta Metros, que no están tan avanzados, tienen campos de visión más pequeños pero aún se verán afectados debido a sus tiempos de exposición más largos.
La espectroscopia multi objeto también es vulnerable. Las fibras ópticas individuales posicionadas por pequeños motores recogen la luz de los objetivos seleccionados. “Algún pobre astrónomo tendrá que averiguar qué fibra ha sido contaminada por la luz reflejada por un satélite que pasa”, dice Tyson. En cuanto a la identificación de interferencias, agrega, “su trabajo es más difícil que el nuestro en Rubin. Sabemos inmediatamente si tenemos una racha”.
Para un telescopio con un amplio campo de visión, «no se puede esquivar», dice Rawls. Pero todos los telescopios se verán afectados, es una cuestión de grado. Si se captura menos de una raya por campo de visión, las imágenes dañadas pueden eliminarse o recortarse, dice McDowell. Pero si se desarrolla un régimen tal que hay muchas rayas en cada imagen, “estás perjudicado”.
Agrandar imagen. Los trazos de satélite se entrecruzan en una secuencia de dos horas de observaciones recopiladas en Mayo de 2021 en el Observatorio Astrofísico Rothney en las afueras de Calgary, Alberta, Canadá. Cerca del centro hay un cúmulo globular y marcado en rojo hay un cometa. Crédito: Phil Langill, Observatorio Astrofísico Rothney, Universidad de Calgary.
La radioastronomía es especialmente vulnerable porque los enlaces descendentes de los satélites dominan las señales de las fuentes celestes. Algunas partes del espectro están protegidas por las normas de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT). Harvey Liszt es administrador de espectro del Observatorio Nacional de Radioastronomía de EE. UU. y presidente de IUCAF (Comité Científico Internacional sobre Asignaciones de Frecuencias para Radioastronomía y Ciencias Espaciales). Pero la protección de la UIT solo llega hasta cierto punto, dice. Hoy en día, los radioastrónomos quieren observar mucho más espectro que hace décadas, cuando se adoptaron las normas, explica. «Debido a que el universo se está expandiendo, recibimos señales desplazadas hacia el rojo de fuentes distantes que se alejan».
Además, las protecciones especiales para radiotelescopios en ubicaciones remotas se aplican solo a fuentes terrestres. “No tenemos protección contra los satélites”, dice Federico Di Vruno, administrador de espectro en el Observatorio Square Kilometer Array (SKAO), que se está construyendo en Australia y Sudáfrica. Los radiotelescopios pueden adaptarse parcialmente registrando exposiciones más cortas para maximizar sus datos limpios, dice Di Vruno. La interferometría también ayuda, dice, al “diluir los efectos de la señal de los satélites”.
“Las nuevas constelaciones suponen un gran cambio en la forma en que vemos el cielo”, dice Di Vruno. “La dificultad es entender cómo y, cómo evitar tanto el enlace descendente inmediato como el ruido indirecto”. Liszt señala que la radioastronomía ha competido con los satélites durante décadas. “El cielo se está cayendo, pero no todo, porque los satélites no usan todo el espectro”.
Los astrónomos también están contemplando soluciones de hardware. En radioastronomía, puede ser posible modificar los receptores para enmascarar las señales de los satélites. Y un pequeño telescopio óptico de gran angular podría colocarse cerca de un telescopio mucho más grande para identificar fibras en estudios espectroscópicos, que se disparan con un reflejo de satélite. “Si inviertes suficiente dinero, eso podría funcionar”, dice Tyson. “Tienes que saber qué satélite está allí y qué tan brillante es, para saber cuánto espectro solar restar”.
Industria y medidas regulatorias
“El principal problema para la astronomía es que casi no hay regulación”, dice Andrew Williams, quien se encarga de las relaciones exteriores en el Observatorio Europeo Austral (ESO). “El panorama regulatorio actual no es apto para estos proyectos satelitales masivos”. Astrónomos, compañías de satélites y otros están trabajando con agencias nacionales e internacionales para formular políticas.
En su reunión anual de Febrero, el Subcomité Científico y Técnico de la Comisión de las Naciones Unidas sobre la Utilización del Espacio Ultraterrestre con Fines Pacíficos (UNCOPUOS) discutió sobre mantener los cielos tranquilos para la ciencia y la sociedad. “Agregaron un tema de agenda para nosotros para la reunión del próximo año”, dice Connie Walker de NOIRLab de la NSF. “Eso es una hazaña”. Trabajar a nivel de políticas es lento y jerárquico, dice, “pero eventualmente las cosas se logran”. Y debido a que la ONU opera a través del consenso, una vez que se adoptan las resoluciones, pueden ser influyentes. “Esperamos que UNCOPUOS respalde las pautas de mejores prácticas”, dice Williams. “Eso crearía una norma social a considerar. También estamos pidiendo que se reconozca que la astronomía es parte del dominio espacial”.
Richard Green es subdirector de relaciones gubernamentales en el Observatorio Steward de la Universidad de Arizona. Señala que un grupo de la industria está desarrollando las mejores prácticas para el uso del espacio. La astronomía, dice, “llegará más lejos y más rápido al cooperar con las compañías de satélites”. Eventualmente, agrega, “las mitigaciones deberían convertirse en un requisito para obtener licencias para lanzar u operar”.
De hecho, los avances tecnológicos están superando con creces la formación de marcos legales, por lo que a corto y mediano plazo, los astrónomos se ven obligados a confiar en la buena voluntad de las empresas. Las compañías de satélites “no se propusieron arruinar la astronomía”, dice Rawls de la Universidad de Washington, “pero puede ser un efecto secundario”. Cualquier mitigación por parte de los operadores es voluntaria, señala. “No hay nada que los obligue a tener en cuenta las necesidades de la astronomía”.
SpaceX pintó los satélites de oscuro para hacerlos menos reflectantes. Eso los hizo demasiado calientes. Los viseras funcionan mejor, pero bloquean las señales láser entre satélites. Otros enfoques para reducir los reflejos incluyen ajustar la orientación del satélite y optimizar los materiales de la superficie. Un portavoz de Amazon dice que la compañía probará métodos de mitigación este otoño con misiones prototipo para su Proyecto Kuiper.
En altitudes más elevedas, la Tierra proporciona menos sombra y los satélites son visibles durante la mayor parte de la noche. También se mueven más lentamente. Entonces, aunque un satélite a mayor altitud sería más tenue que uno a menor altitud, el movimiento más lento significa que un píxel dado en la cámara de un telescopio recolectaría más luz. “Debido a los impactos en la astronomía terrestre y las preocupaciones sobre la generación de desechos y la longevidad”, la recomendación de máxima prioridad en un informe de 2020 del organismo asesor del gobierno JASON es “eliminar o regular en gran medida las grandes constelaciones de satélites en órbitas superiores a 600 km.” Los satélites de OneWeb están a 1200 km, pero la mayoría de las otras constelaciones planificadas están por debajo de los 600 km.
Para algunas observaciones, dicen los astrónomos, la información precisa sobre las posiciones y trayectorias de los satélites sería extremadamente útil: podrían cronometrar la recopilación de datos. Pero las trayectorias a veces se ajustan con poca antelación para, por ejemplo, evitar colisiones con otros satélites o desechos.“Si algunas empresas dan un buen ejemplo”, dice Rawls, “esperamos que otras adopten medidas de mitigación similares”.
Coordinación de los esfuerzos de protección
Las consideraciones sobre cómo lidiar con una creciente población de satélites se encuentran bajo el paraguas del nuevo Centro virtual para la Protección del Cielo Oscuro y Tranquilo de la Interferencia de la Constelación de Satélites. Lanzado el 1 de Abril por la Unión Astronómica Internacional (IAU) y copatrocinado por NOIRLab de NSF y SKAO, el centro tiene cuatro centros. Se centran en la política, la industria y la tecnología, la participación de la comunidad y los datos y el software. Walker, codirector con Di Vruno, dice que el centro “intentará coordinar los esfuerzos de todas las partes involucradas, unificar las voces de la comunidad astronómica y trabajar con la industria”.
El centro comienza con € 135 000 ($ 150 000) por tres años de la IAU. El centro de datos y software del centro tiene la tarea de crear un depósito de información relacionada con la interferencia satelital, escribir software para minimizar los efectos de la interferencia y más. “Las soluciones no serán las mismas para todos”, dice Walker, “pero esperamos que podamos crear herramientas que se puedan modificar para adaptarse a diferentes situaciones”. Un gran desafío es el dinero, agrega. “Hasta ahora, la gente ha estado trabajando pro bono. No pueden hacer eso para siempre. Tienen trabajo”.
“Somos bastante buenos para encontrar soluciones”, dice McDowell. “Pero necesitamos recursos. Y trabajar en esto le quita tiempo a la ciencia”. Lawler de Regina está de acuerdo: la astronomía profesional perderá datos, dice ella. “Y se necesitará más dinero y tiempo para obtener descubrimientos”.
El plan para el centro de participación comunitaria de la IAU es reunir a ambientalistas, comunidades indígenas, interesados en astroturismo, astrofotógrafos y profesionales de planetarios. Todo el mundo tiene un interés en los cielos, dice Aparna Venkatesan, astrónoma de la Universidad de San Francisco que participa en el centro de la IAU. “En este momento, el espacio es libre para todos”, dice ella. “El sistema está configurado para beneficiar a unos pocos, y el espacio es vulnerable a la acción deshonesta. Esperamos que la IAU inicie un diálogo internacional y conduzca a un uso del espacio más equitativo y reflexivo”.
Para los astrónomos, así como para los aficionados a la observación del cielo y para las personas que se preocupan por el patrimonio cultural, el mejor resultado sería mantener el número de satélites al mínimo. Pero miles de millones de dólares están “persiguiendo a estas empresas para lanzarlos lo antes posible”, como dice Tyson, “así que eso no va a suceder”.
“Le doy crédito a SpaceX por dar un paso al frente y tratar de mitigar”, dice Tyson. Aún así, agrega, al final del día, es posible que no alcancen la meta de séptima magnitud.
“Hay un miedo enorme a ofender a la industria de los satélites”, dice un astrónomo que pidió no ser identificado. Las concesiones por parte de la industria son pequeñas, dice el astrónomo. La creciente población de satélites “es una amenaza existencial para la astronomía”.
Atascos de tráfico
Incluso si las preocupaciones por la astronomía no conducen a regulaciones internacionales, el apiñamiento orbital podría hacerlo. “Nunca hemos operado en el entorno que estamos a punto de crear: la congestión será mucho mayor de lo que hemos experimentado antes”, dice Boley de Columbia Británica. Las colisiones crean escombros, lo que puede provocar más colisiones. Tal cascada desbocada podría hacer que los lanzamientos futuros sean peligrosos o imposibles, y poner en peligro los satélites y la Estación Espacial Internacional. Las estimaciones de JASON, NASA y otros muestran peligros significativos a 1200 km con 8000 satélites. En altitudes más bajas, también podrían ocurrir cascadas desbocadas, pero la resistencia atmosférica frena los escombros.
Cuando los satélites se queman al volver a entrar, arrojan aluminio y otros materiales a la atmósfera. Los lanzamientos también contaminan. Cada uno de los satélites Starlink estará operativo durante cinco años. “Si haces los cálculos”, dice Lawler, “en promedio, sacas de órbita 23 satélites por día. Eso equivale a unas seis toneladas de aluminio añadidas a la atmósfera superior”. Eso sería más que los meteoritos naturales, señala, que depositan más masa, pero están hechos principalmente de oxígeno, silicio, magnesio y hierro.
Fajada Butte en el Parque Histórico Nacional de la Cultura Chaco, Nuevo México, que se muestra aquí durante un festival de astronomía en 2018. El sitio es un Parque Internacional de Cielo Oscuro registrado. Las vistas del cielo se verán comprometidas por la creciente población de satélites.
Crédito: Bettymaya Foott/AsociaciÓN Internacional De Cielo Oscuro.
El espacio se está llenando, dice Venkatesan. “Las diferentes partes interesadas (astrónomos, militares, narradores, poseedores de conocimientos, profesionales de la cultura) quieren acceder al espacio durante los próximos siglos, no solo los próximos años. Ahí es donde creo que podemos unirnos”.
Fuente: American Institute of Physics / Physics Today.
Artículo original: ‘Ballooning satellite populations in low Earth orbit portend changes for science and society’. Tony Feder. April 2022.
Citación del artículo: Physics Today 75, 4, 25 (2022); https://doi.org/10.1063/PT.3.4979.
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Pronto, 1 de cada 15 puntos de luz en el cielo será un satélite
Los puntos amarillos son los satélites más brillantes, los azules son los más tenues. ‘N’ (arriba a la izquierda) es el número de satélites iluminados por el sol en el cielo, ‘Nvis’ (abajo a la derecha) es el número de satélites iluminados por el sol en el cielo que son más brillantes que la magnitud visual 6.5, que son típicamente las estrellas más débiles que se pueden ver sin ayuda. con los ojos, desde un lugar muy oscuro.
Crédito: Tomada del paper de Lawler, Boley y Rein, 2021.
El siguiente artículo, tiene predicciones sobre cómo se verá el cielo nocturno si las compañías de satélites cumplen con sus planes actuales. También se muestra que debido a la geometría de la luz solar y las órbitas que se han elegido, 50 grados de latitud norte, será la parte del mundo más afectada.
Sin regulación, sabemos que en un futuro cercano, uno de cada 15 puntos que puedas ver en el cielo serán en realidad satélites que se arrastran implacablemente, no estrellas. Esto será devastador para la investigación astronómica y cambiará por completo el cielo nocturno en todo el mundo.
- Pronto, 1 de cada 15 puntos de luz en el cielo será un satélite. Carlos Costa. Sociedad Astronómica Octante, SAO. Diciembre 19, 2021.
El lector puede consultar la colección de artículos sobre el tema:
- Constelaciones de satélites. Carlos Costa. Sociedad Astronómica Octante, SAO.