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Autor: Raumfahrer.net Redaktion / 05. März 2020, 14:33 Uhr

ESO: Einfluss von Satellitenkonstellationen

Neue ESO-Studie bewertet den Einfluss von Satellitenkonstellationen auf astronomische Beobachtungen. Eine Pressemitteilung des European Southern Observatory (ESO).

Quelle: ESO
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ESO/Y. Beletsky/L. Calçada

Bild vergrößernNachthimmel am Paranal-Observatorium der ESO in der Dämmerung, etwa 90 Minuten vor Sonnenaufgang. Die blauen Linien markieren die Höhengrade über dem Horizont. Eine neue Studie der ESO, die den Einfluss von Satellitenkonstellationen auf astronomische Beobachtungen untersucht, zeigt, dass bis zu etwa 100 Satelliten hell genug sein könnten, um in der Dämmerung mit dem bloßen Auge sichtbar zu sein (Magnitude 5-6 oder heller). Die überwiegende Mehrheit von ihnen, deren Positionen mit kleinen grünen Kreisen im Bild markiert sind, würde tief am Himmel stehen, unter etwa 30 Grad Höhe, und/oder wäre eher schwach. Nur einige wenige Satelliten, deren Standorte rot markiert sind, würden sich über 30 Grad oberhalb des Horizonts befinden - dem Teil des Himmels, an dem die meisten astronomischen Beobachtungen stattfinden - und wären relativ hell (Magnitude von etwa 3-4). Zum Vergleich: Polaris, der Nordstern, hat eine Magnitude von 2, was 2,5 Mal heller ist als ein Objekt der Magnitude 3. Die Anzahl der sichtbaren Satelliten sinkt zur Mitte der Nacht hin ab, wenn mehr Satelliten in den Erdschatten fallen, was durch den dunklen Bereich links im Bild dargestellt wird. Die Satelliten im Erdschatten sind unsichtbar.
(Bild: ESO/Y. Beletsky/L. Calçada)
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, hat die ESO eine wissenschaftliche Studie über ihre Auswirkungen in Auftrag gegeben, die sich auf Beobachtungen mit ESO-Teleskopen im sichtbaren und infraroten Bereich konzentriert, aber auch andere Observatorien in Betracht zieht. Die Studie, die insgesamt 18 repräsentative Satellitenkonstellationen berücksichtigt, die von SpaceX, Amazon, OneWeb und anderen entwickelt werden, zusammen über 26 Tausend Satelliten [1], wurde jetzt zur Veröffentlichung in Astronomy & Astrophysics 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 1.000 s) stärker ausgeprägt, von denen bis zu 3% 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% 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 [2]. 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 würde. Beispielsweise wären etwa 30% bis 50% 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.

ESO/L. Calçada

Bild vergrößernDieses 2D-Schaubild veranschaulicht, dass ein Beobachter in mittleren Breitengraden nur einen Bruchteil der Satelliten der Konstellationen sehen würde, die die Erde umkreisen. Um sichtbar zu sein, müssen sich die Satelliten über dem Horizont des Beobachters befinden und von der Sonne beleuchtet werden. Die meisten Satelliten befänden sich unterhalb des Horizonts und/oder wären durch den Erdschatten verdeckt, der für einen bestimmten Beobachter mit fortschreitender Nacht immer mehr vom Himmel abdeckt.
(Bild: ESO/L. Calçada)
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 jederzeit etwa 1.600 Satelliten der Konstellationen über dem Horizont eines Observatoriums in mittleren Breitengraden befinden werden, von denen die meisten allerdings tief am Himmel stehen werden – innerhalb von 30° über dem Horizont. Oberhalb dieser Grenze – dem Teil des Himmels, in dem die meisten astronomischen Beobachtungen stattfinden – werden sich zu jeder Zeit etwa 250 Satelliten der Konstellationen befinden. 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 100 Satelliten hell genug sein, um in der Dämmerung mit dem bloßen Auge sichtbar zu sein, wobei sich etwa 10 davon höher als 30° über dem Horizont befinden würden. 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 30° grob verdoppeln [3].

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.

ESO/M. Zamani

Bild vergrößernNachthimmel über der Baustelle des Extremely Large Telescope der ESO, das Ende 2025 in Betrieb genommen werden soll. Im Hintergrund ist ein Laser-Guide des nahe gelegenen Very Large Telescope zu sehen. Eine Studie der ESO über den Einfluss von Satellitenkonstellationen auf astronomische Beobachtungen im sichtbaren und infraroten Bereich ergab, dass Großteleskope wie das Very Large Telescope der ESO und das ELT von den derzeit in Entwicklung befindlichen Konstellationen nur "mäßig beeinflusst" werden. Je nach wissenschaftlichem Kontext könnten die Auswirkungen durch Änderungen der Betriebszeiten der ESO-Teleskope verringert werden.
(Bild: ESO/M. Zamani)
Endnoten
[1] Viele der Parameter, die Satellitenkonstellationen charakterisieren, einschließlich der Gesamtzahl der Satelliten, ändern sich häufig. Die Studie geht davon aus, dass insgesamt 26.000 Satelliten die Erde umkreisen werden. Diese Zahl könnte jedoch höher sein. [2] Beispiele für Maßnahmen zur Abschwächung der Folgen sind: Berechnung der Position der Satelliten, um zu vermeiden, dass die Beobachtung an der Stelle erfolgt, an der ein Satellit vorbeifliegt; Schließen des Teleskopverschlusses genau dann, wenn ein Satellit das Sichtfeld durchquert; und Beschränkung der Beobachtungen auf Bereiche des Himmels, die im Erdschatten liegen, wo die Satelliten nicht von der Sonne beleuchtet werden. Diese Methoden sind jedoch nicht für alle wissenschaftlichen Fälle geeignet. [3] Es wird geschätzt, dass derzeit etwa 34.000 Objekte mit einer Größe von mehr als 10 cm die Erde umkreisen. Davon sind etwa 5.500 Satelliten, darunter etwa 2.300 funktionsfähige. Der Rest ist Weltraummüll, einschließlich Raketenoberstufen und Satellitenstartadapter. Etwa 2.000 dieser Objekte befinden sich zu jedem Zeitpunkt an einem beliebigen Ort über dem Horizont. Während der Dämmerung werden etwa 5-10 von ihnen von der Sonne beleuchtet und sind hell genug, um mit dem bloßen Auge gesehen zu werden.

Weitere Informationen
Die Studie „On the impact of Satellite Constellations on Astronomical Observations with ESO Telescopes in the Visible and Infrared Domains“ von O. Hainaut und A. Williams wird in Astronomy and Astrophysics erscheinen und ist hier und auf arXiv verfügbar.

Links
Wissenschaftlicher Artikel
ESO-Mitteilung „Satellitenkonstellationen und ihr Einfluss auf die Astronomie“
IAU-Pressemitteilung „Understanding the Impact of Satellite Constellations on Astronomy“
AAS-Mitteilung“AAS Works to Mitigate Impact of Satellite Constellations on Ground-Based Observing“
Rubin Observatory Legacy Survey of Space and Time (LSST) „Impact on Optical Astronomy of LEO Satellite Constellations“

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