Wenn der Satellit im Weg ist

Astronomen haben kürzlich Bedenken über die Auswirkungen von Satelliten-Mega­konstellationen auf die wissenschaftliche Forschung geäußert. Um die Auswirkungen, die diese Konstellationen auf astronomische Beobachtungen haben könnten, besser zu verstehen, gab die ESO eine wissenschaftliche Studie über ihre Auswirkungen in Auftrag, die sich auf Beobachtungen mit ESO-Teleskopen im visuellen und IR-Bereich konzentriert. Die Studie, die insgesamt 18 repräsentative Satelliten­konstellationen berücksichtigt, die von SpaceX, Amazon, OneWeb und anderen entwickelt werden, zusammen über 26.000 Satelliten, wurde jetzt zur Veröffentlichung angenommen. 

Die Studie kommt zu dem Ergebnis, dass große Teleskope wie das Very Large Telescope (VLT) der ESO und das kommende Extremely Large Telescope (ELT) der ESO von den in der Entwicklung befindlichen Konstellationen „mäßig beeinflusst“ werden. Der Effekt ist bei Langzeit­belichtungen (von etwa 1000 Sekunden) stärker ausgeprägt, von denen bis zu drei Prozent in der Dämmerung, der Zeit zwischen Morgengrauen und Sonnen­aufgang und zwischen Sonnen­untergang und Abend­dämmerung, zunichte gemacht werden könnten. Kürzere Belichtungen wären weniger stark betroffen, wobei weniger als 0,5 Prozent der Beobachtungen dieser Art beeinträchtigt würden. Beobachtungen zu anderen Zeiten während der Nacht wären ebenfalls weniger gefährdet, da sich die Satelliten im Schatten der Erde befinden und daher nicht beleuchtet werden. Je nach wissenschaftlichem Kontext könnten die Auswirkungen durch Änderungen der Betriebszeiten der ESO-Teleskope gemildert werden, obwohl diese Änderungen mit Kosten verbunden sind. Auf Seiten der Industrie wäre ein wirksamer Schritt zur Abschwächung der Auswirkungen eine Verdunkelung der Satelliten.

Die Studie kommt auch zu dem Schluss, dass der größte Einfluss auf Durch­musterungen von großen Feldern, insbesondere mit großen Teleskopen, erfolgen könnte. Beispielsweise wären etwa dreißig bis fünfzig Prozent der Aufnahmen mit dem Vera C. Rubin-Observatorium der US National Science Foundation (keine Einrichtung der ESO) „stark beeinträchtigt“, je nach Jahreszeit, Nachtzeit und den vereinfachenden Annahmen der Studie. Maßnahmen, die an den Teleskopen der ESO angewendet werden könnten, würden bei diesem Observatorium nicht funktionieren, obwohl andere Strategien aktiv erforscht werden. 

Weitere Studien sind erforderlich, um die wissenschaftlichen Auswirkungen dieses Verlusts an Beobachtungsdaten und die Komplexität ihrer Analyse vollständig zu verstehen. Großfeld-Durchmusterungs­teleskope wie das Rubin-Observatorium können große Teile des Himmels schnell abtasten, wodurch sie unerlässlich sind, um kurzlebige Phänomene wie Supernovae oder potenziell gefährliche Asteroiden zu entdecken. Aufgrund ihrer einzigartigen Fähigkeit, sehr große Datensätze zu erzeugen und Beobachtungs­objekte für viele andere Observatorien zu finden, haben die astronomischen Gemeinschaften und Förderungs­einrichtungen in Europa und anderswo Durchmusterungs­teleskope als eine der wichtigsten Prioritäten für zukünftige Entwicklungen in der Astronomie eingestuft.

Sowohl Berufs- als auch Amateur­astronomen haben auch Bedenken darüber geäußert, wie sich Satelliten-Mega­konstellationen auf die unverfälschte Sicht auf den Nachthimmel auswirken könnten. Die Studie zeigt, dass sich etwa 1600 Satelliten der Konstellationen über dem Horizont eines Observatoriums in mittleren Breitengraden befinden werden, von denen die meisten tief am Himmel stehen werden – innerhalb von 30 Grad des Horizonts. Oberhalb dieser Marke – dem Teil des Himmels, in dem die meisten astronomischen Beobachtungen stattfinden – wird es zu jeder Zeit etwa 250 Satelliten der Konstellationen geben. Während sie alle bei Sonnen­untergang und Sonnen­aufgang von der Sonne beleuchtet werden, geraten sie gegen Mitte der Nacht immer mehr in den Erdschatten. Die ESO-Studie setzt für alle diese Satelliten eine Helligkeit voraus. Mit dieser Annahme könnten bis zu etwa 100 Satelliten hell genug sein, um in der Dämmerung mit dem bloßen Auge sichtbar zu sein, wobei etwa 10 davon höher als 30 Grad Höhe sein könnten. All diese Zahlen sinken mit zunehmender Dunkelheit und dem Eintauchen der Satelliten in den Erdschatten. Insgesamt würden diese neuen Satellitenkonstellationen die Anzahl der mit dem bloßen Auge am Nachthimmel sichtbaren Satelliten oberhalb von dreißig Grad etwa verdoppeln.

In diesen Zahlen sind die unmittelbar nach dem Start sichtbaren Satellitenzüge nicht enthalten. Obwohl sie spektakulär und hell sind, sind sie kurzlebig und nur kurz nach Sonnen­untergang oder vor Sonnenaufgang und zu einem bestimmten Zeitpunkt nur von einem sehr begrenzten Gebiet auf der Erde aus sichtbar.

Die ESO-Studie verwendet Vereinfachungen und Annahmen, um konservative Schätzungen der Auswirkungen zu erhalten, die in der Realität kleiner sein können als in der Studie berechnet. Um die tatsächlichen Auswirkungen genauer zu quantifizieren, sind anspruchsvollere Modellierungen erforderlich. Während der Schwerpunkt auf den ESO-Teleskopen liegt, gelten die Ergebnisse für ähnliche Nicht-ESO-Teleskope, die auch im Sichtbaren und im Infrarot arbeiten, mit ähnlicher Instrumentierung und wissenschaftlichen Fällen.

Die Satelliten­konstellationen werden auch Auswirkungen auf Radio-, Millimeter- und Submillimeter-Observatorien haben, darunter das Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) und das Atacama Pathfinder Experiment (APEX). Diese Auswirkungen werden in weiteren Studien berücksichtigt werden.

Die ESO ergreift zusammen mit anderen Observatorien, der Internationalen Astronomischen Union (IAU), der American Astronomical Society (AAS), der Royal Astronomical Society (RAS) des Vereinigten Königreichs und anderen Gesellschaften Maßnahmen, um das Bewusstsein für dieses Thema in globalen Foren wie dem Ausschuss der Vereinten Nationen für die friedliche Nutzung des Weltraums (COPUOS) und dem Europäischen Ausschuss für Radioastronomie-Frequenzen (CRAF) zu schärfen. Dies geschieht, während mit den Raumfahrt­unternehmen praktische Lösungen erforscht werden, die die umfangreichen Investitionen in hochmoderne bodengestützte Astronomie­einrichtungen sichern können. Die ESO unterstützt die Entwicklung von Regulierungsrahmen, die letztlich die harmonische Koexistenz von vielversprechenden technologischen Fortschritten in einer niedrigen Erdumlaufbahn mit den Bedingungen gewährleisten, die es der Menschheit ermöglichen, ihre Beobachtung und ihr Verständnis des Universums fortzusetzen.

MPIA / DE
 

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  O. R. Hainaut, & A. P. Williams: Impact of satellite constellations on astronomical observations with ESO telescopes in the visible and infrared domains, Astron. Astrophys. (angenommen); Preprint: arXiv:2003.01992 [astro-ph.IM]
• Olivier Hainaut, Europäische Südsternwarte