Satelliten verwalten Satellitenbilder. Astronomen brauchen eine Lösung – Ars Technica

Schwärme von Satelliten prägen das Sichtfeld des Hubble-Weltraumteleskops, hinterlassen auf Weltraumbildern scheinbar Kratzspuren und behindern die Arbeit der Wissenschaftler. Eile Schwärme dieser Satellitendie Sonnenlicht reflektieren und astronomische Körper nachahmen, werden allmählich bedrohlich Den Nachthimmel verwandeln Und es beeinflusst die Funktionsweise der Astronomie.

David Stark, ein Astronom am Space Telescope Science Institute in Baltimore, sagte letzte Woche am Space Telescope Science Institute in Baltimore Amerikanische Astronomische Gesellschaft Konferenz in Albuquerque, New Mexico. Tatsächlich, sagte er, habe sein Team eine neue Erkennungsmethode verwendet, um die Geschwindigkeit von Satellitenspuren zu messen doppelt. Aber Stark brachte die Idee seines Teams vor, Band-Aid zu reparieren: ein neues Programm, das in einer Datei beschrieben wird Moderner Bericht Dies ist beim Auffinden von Titeln fünf- bis zehnmal empfindlicher als bei früheren Programmen und beim anschließenden Ausblenden. „Es eignet sich besonders gut zum Aufspüren von Satellitenspuren, die andernfalls möglicherweise übersehen würden“, sagte er.

Für Astronomen ist es ein Standardverfahren, Bilder von „Artefakten“ zu bereinigen, etwa von den Auswirkungen kosmischer Strahlung, die auf die Kameradetektoren von Hubble trifft, oder von Beugungsspitzen, die helle Sterne wie Fadenkreuze aussehen lassen. Gelegentlich kann ein lästiger Milchstraßenstern die Sicht auf ein entferntes Objekt behindern. Die neue Technologie namens Median Radon Transform scannt jeden linearen Pfad durch das Bild in jedem möglichen Winkel. Wenn ein bestimmter Pfad mit einem Satellitenpfad ausgerichtet wird, stellt das System eine Abweichung vom mittleren Fluss – oder der Helligkeit bei einer bestimmten Wellenlänge in Pixeln – fest, der über Regionen scheinbar leeren Himmels gemessen wird. Es kann auch kurze Linien erkennen, diese müssen jedoch etwas heller sein, um ausgewählt zu werden, da sie weniger Pixel abdecken.

Mit dieser Software können Astronomen dann die Satellitenspuren maskieren, sodass betroffene Pixel bei der Analyse der Daten ignoriert werden. Es ist, als würde man in einem Buch ein paar falsch gedruckte Seiten umwerfen, sodass man sie überspringen kann, während man den Rest des Bandes studiert.

Aber es ist besser, diese Seiten nicht zu verlieren. Bei mehreren Aufnahmen desselben Feldes kann der Astronom zusätzliche Softwaretools verwenden, um die Linie vollständig aus dem endgültigen kombinierten Bild zu entfernen. Dieser Teil des Himmels wird dann so aussehen, wie er sollte, obwohl das Signal-Rausch-Verhältnis der Pixel in dieser Linie geringer sein wird, als wenn der Satellit an diesem Tag nicht vor dem Teleskop gekreuzt wäre. Stark und sein Team integrieren ihren Code in ein Standardsoftwarepaket namens „Extools“, das sie ausführen.

Dieser Fix weist jedoch eine große Einschränkung auf: Er ist für das Hubble-Teleskop konzipiert, das 532 Meilen über der Erde kreist und weniger Satellitenstreifen ausgesetzt ist als Observatorien auf der Erde. Terrestrische optische Teleskope mit Weitwinkelbildgebung, die oft keine Mehrfachbelichtungen erfordern, dürften stärker betroffen sein. Es gab bereits einige Fälle, in denen optische Satellitenbilder von Teleskopen aufgenommen wurden Panamerikanisches Observatorium Cerro Tololo in Chile und Lowell-Observatorium In Arizona zum Beispiel.

Das Problem wird für das lange aufgeschobene, von der National Science Foundation finanzierte Projekt noch viel schlimmer sein Vera-Rubin-Observatorium, das in den chilenischen Anden zusammengebaut wird und nächstes Jahr mit dem Fotografieren beginnen wird. Seine unglaublich empfindliche Kamera erkennt schwache, sich verändernde Objekte, wie zum Beispiel einen Stern, der zur Supernova wird, oder einen erdnahen Asteroiden, und das Teleskop sendet automatisch Warnungen an Astronomen, wenn es solche Objekte erkennt. Aber Robin kooperierte Besorgnis geäußert Bezüglich der Möglichkeit falscher Warnungen aufgrund von Lichtreflexionen von Satelliten oder unerwünschtem Weltraum im Orbit warnte er, dass bis zu 30 Prozent seiner Bilder durch Satellitenstreifen beeinträchtigt sein könnten. Beispielsweise kann ein durch ein Teleskop beobachteter Sonnenstrahl von einem kleinen Stück Isolierung eines Satelliten wie ein leuchtender Stern erscheinen. Wenn der Astronom nicht auch das Lichtspektrum messen kann, könnte er getäuscht werden, sagt John Barentine, ein Astronom in Tucson, Arizona, der kürzlich Er verfasste eine Monographie Über Lichtverschmutzung durch erdnahe Objekte.

Das zweite Problem besteht darin, dass die Zahl der Satellitenleitungen zunimmt. Stark testete das Programm anhand von 20 Jahren Daten von Hubbles Advanced Camera for Surveys. Während sich die Helligkeit der Satellitenspuren nicht veränderte, verdoppelte sich die Geschwindigkeit nahezu. Das Team fand im Jahr 2002 alle drei bis vier Stunden Spuren von Hubble-Daten. Doch im Jahr 2022 werden Hubble-Satelliten alle ein bis zwei Stunden mit Licht bombardiert. Das bedeutet, dass 5 Prozent der vor 20 Jahren aufgenommenen Fotos betroffen waren, heute sind es etwa 10 Prozent.

Die Rate wird sicherlich weiter steigen, sagt Sandor Crook, Astronom am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in München. „Man würde mit der Zeit mehr Streifen in den Bildern erwarten. Das ist proportional zur Anzahl der Satelliten über dem Observatorium“, sagt Kroc, Hauptautor von a Eine aktuelle Studie das Crowdsourcing-Labels und maschinelles Lernen nutzte, um Satellitenpfade in den Bildern zu verfolgen.

Kroc und seine Kollegen stellen eine niedrigere Rate fest, die in den letzten zwei Jahrzehnten von etwa 2,5 auf 5 Prozent gestiegen ist. Sie stellten fest, dass dieser Trend ab etwa 2018, etwa zur gleichen Zeit, als Unternehmen mit der Markteinführung begannen, rasch eskalierte Weltraum-Megakonstellationenund verbindet Hunderte oder Tausende von ihnen zu Netzwerken. (Stark und Crook führen die unterschiedlichen Prozentsätze in ihrer Studie auf die Verwendung unterschiedlicher Messtechniken zurück.)

Diese Megatürme bieten ihren Betreibern klare Vorteile. Satelliten sind kleiner und daher kostengünstiger in der Herstellung und im Start, und vernetzte Dienste sind weniger anfällig für Störungen, beispielsweise über Via Weltraumklima oder Antisatellitenwaffen. Starlink von SpaceX stellt mit etwa 4.000 Satelliten im Orbit das bisher größte Satellitennetzwerk dar und es ist geplant, diese Zahl auf 42.000 zu erhöhen. Die OneWeb-Konstellation umfasst mehr als 600 Satelliten, die sich jedoch in einer höheren Umlaufbahn befinden, was die Auswirkungen auf astronomische Beobachtungen verringert. Und Amazon bereitet den Start seines Projekts Kuiper in diesem Sommer vor und fliegt seine ersten Satelliten zur Bereitstellung von Breitbanddiensten auf dem Erstflug der Vulcan Centaur-Rakete der United Launch Alliance. Das Unternehmen plant, diese Konstellation mit mehr als 3.000 Satelliten zu bevölkern.

SpaceX und einige andere Unternehmen haben mögliche Lösungen getestet, beispielsweise das Abdecken eines Satelliten mit einer dünnen Folie, um ihn abzudunkeln, sodass er weniger Licht reflektiert, oder das Anbringen eines Visiers, um das Licht von der Erde weg zu reflektieren. Diese begrenzten Anstrengungen waren weitaus geringer als Helligkeitsziele der Internationalen Astronomischen UnionEinige dieser Konstruktionen verursachten Probleme für die Satelliten selbst, indem sie diese zu stark erhitzten oder die Kommunikation zwischen Satelliten störten.

Das Konzept der NASA, mit ihren kommerziellen Partnern zusammenzuarbeiten Hubble-Verbesserung Eine höhere Umlaufbahn kann das Photodetonationsproblem unbeabsichtigt mildern. Der Luftwiderstand zog das Raumschiff allmählich näher an die Erde heran. Das Zurückdrängen soll seine Lebensdauer verlängern – aber es wird es auch von einem kleinen Teil der vorbeifliegenden Satelliten fernhalten.

Nichts davon wird die Probleme bodengestützter Observatorien lösen, die die gesamte Atmosphäre, einschließlich aller Satellitenumlaufbahnen, im Blick haben müssen. Und Barentine befürchtet, dass die Unternehmen zwar noch keine technischen Lösungen gefunden haben, das Tempo der Satellitenstarts aber nicht verlangsamt haben. „Die Leute in der Branche glauben so stark an Innovation“, sagt er, „und meine Antwort darauf war: Die Geschichte der Wissenschaft, der Technologie und der Umwelt ist voll von Fällen spontaner Technologieeinführungen, die wir nicht getan haben.“ Ich verstehe, dass viele negative Nebenwirkungen entstanden sind.“

Diese Geschichte erschien ursprünglich wired.com.