Konec oblohy, jak ji známe? Satelity Starlink ničí fotografie vesmíru

Některé výtky na adresu Starlinku jsou více než oprávněné a mimo jiné ukazují na mezery v legislativě. Ovšem to, co Elon Musk svým projektem nastartoval, už nepůjde jen tak zastavit. V současnosti prakticky již všechny kosmické velmoci plánují vlastní družicové megakonstelace, a může se tedy stát, že se obloha nad našimi hlavami v nadcházejících letech změní. Jenže se nejedná o jediný problém: Velký počet družic na nízké oběžné dráze neboli LEO může vést k zániku astronomie tak, jak ji známe.

Jak posunout Hubblea?

Donedávna se hovořilo pouze o vlivu na pozemní astronomii, ale výsledky nové studie potvrzují, že družice Starlink dokážou ovlivnit i pozorování v kosmu: Ukázalo se, že jejich stopy narušují až 5 % snímků z Hubbleova teleskopu alias HST. Jednoznačně tedy stoupá vliv družic na naše zkoumání vesmíru, zejména pak zmíněné konstelace SpaceX, jež tvoří v současnosti nejpočetnější uskupení a s každým startem se dál rozrůstá. Čas také ukázal, že obavy astronomů z podobných megakonstelací byly zcela oprávněné.

Jedna z pozitivnějších zpráv zní, že Muskově firmě není hlas komunity lhostejný, stejně jako zhoršená situace při pozorování kosmu. Proto obě skupiny od počátku úzce spolupracují a pokoušejí se hledat kompromis. SpaceX se snaží vypouštěná zařízení neustále vylepšovat tak, aby měla na pozorování co nejmenší dopad, úplně tomu však zabránit nepůjde. Navíc jiné státy či soukromé subjekty možná ohledy vůbec brát nebudou. Pravdou zůstává, že neexistuje žádná úmluva či přesná pravidla, což může znamenat problém. Astronomie tak bude muset začít hledat nové cesty, jak pozorovat vesmír bez vlivu družic. 

Velká výhoda Vesmírného dalekohledu Jamese Webba spočívá v umístění daleko od Země. Naopak Hubble již na své dráze klesl natolik, že jeho snímky ovlivňují družice Starlink pohybující se výš: HST v současnosti krouží 538 km nad naší planetou, zatímco u zmíněných zařízení se jedná o 525–570 km. Řešením by bylo přesunout teleskop o něco výš, což ovšem zvládaly pouze raketoplány, které již roky nelétají. NASA však zkoumá možné využití kosmické lodi Crew Dragon nebo jiné stávající infrastruktury k posunu HST na vyšší dráhu, a možná i servisní misi, která by mohla jeho životnost prodloužit.

S pomocí umělé inteligence

Sandor Kruk z Institutu Maxe Plancka pro mimozemskou fyziku loni publikoval zásadní studii, zabývající se právě vlivem Starlinků na pozorování Hubbleova teleskopu. Spolu s dobrovolníky z vědeckého projektu Hubble Asteroid Hunter prozkoumali archiv snímků z HST pořízených v letech 2002–2021 a zjistili, že na 2,7 % jednotlivých fotografií s typickým expozičním časem 11,2 minuty prochází družice a že stopy na snímcích s časem narůstají. Jde o logický důsledek zvyšujícího se počtu startů do kosmu, v daném případě na nízkou oběžnou dráhu, která také tvoří nejčastější cíl raket Falcon 9 firmy SpaceX. Ze studie tedy jasně vyplývá, že umělé družice mohou ovlivnit pozorování vesmírných dalekohledů na LEO. 

Kvantitativní posouzení četnosti družic na snímcích HST bylo provedeno vůbec poprvé. K analýze více než sto tisíc jednotlivých fotografií posloužil algoritmus umělé inteligence, trénovaný tak, aby detekoval satelitní čáry a ignoroval podobné stopy vyvolané přírodními jevy v podobě asteroidů, gravitačních čoček a kosmického záření. Studie také ukázala, že se počet stop u jednotlivých přístrojů teleskopu liší. Každá jeho kamera má totiž jinou velikost zorného pole. Hubble snímkuje oblohu v delším časovém horizontu a jeho přístroj FGS umožňuje pořizovat přesné časové expozice, což je nutné pro pozorování slabých a vzdálených objektů. HST běžně vytváří skládané kompozitní fotografie, které vyžadují přibližně 35minutovou expozici. Na legendární Extrémně hluboké pole ovšem potřeboval expozici trvající 22 dní! A právě delší pozorování zvyšuje pravděpodobnost zachycení stopy po družici, či dokonce několika – což vědeckou cenu snímku významně znehodnocuje. 

Čína má vlastní plány

Ovšem budoucnost má přinést další, početnější konstelace, přičemž svou vlastní plánuje mimo jiné Čína. Konkrétní reakce lidové republiky na družice Starlink a OneWeb se poprvé objevila v roce 2020. Asijská země si podala žádost o necelých 13 tisíc satelitů u Mezinárodní telekomunikační unie v Ženevě, načež označila satelitní internet za národní projekt rozvoje nové infrastruktury a předloni založila státní skupinu China Satellite Network, jež bude dohlížet na projekt nazvaný Guowang (Kuo-wang).

Od té doby toho však o zmíněné konstelaci mnoho nevíme. Skupina podepsala dohodu s místní vládou Šanghaje o podpoře komerčních vesmírných aktivit a založila dvě společnosti ve městě Čchung-čching. Guowang má zahrnovat dvě menší komunikační konstelace Hongyan a Hongyun (Chung-jen, Chung-jün) na nízké oběžné dráze, provozované hlavním čínským kosmickým dodavatelem CASC a jeho sesterským obranným gigantem CASIC. Provoz tedy bude vládní, ale stále se rozvíjející komerční vesmírné firmy sehrají zřejmě v projektu velkou roli, a to jak při výrobě satelitů, tak při jejich vynášení.

CASC také zvažuje využití rakety Dlouhý pochod 5B (CZ-5B), schopné dopravit 25 tun nákladu na nízkou oběžnou dráhu; na další podrobnosti se však stále čeká. Každopádně je jasné, že má Čína zájem vytvořit po vzoru SpaceX vlastní síť družic pro globální pokrytí internetem a komunikační služby. Jsou tu ovšem i další státy: Před válkou se netajilo svými plány na výstavbu satelitních sítí ani Rusko, ale nyní jeho kroky nelze předvídat. Další neznámou pak představuje Indie. Jak a zda vůbec budou chtít zmíněné země budovat své konstelace tak, aby měly na astronomii co nejmenší dopad, zůstává zatím ve hvězdách.

Temná družice

K dobru SpaceX budiž přičteno, že se snaží vlastní satelity skutečně vylepšovat v zájmu věci: Například u tzv. DarkSatů neboli „temných družic“ se používala speciální černá barva pro nátěr, ve snaze učinit zařízení méně rušivým. Jenže solární panely – coby nejvýraznější prvek, odrážející značné množství světla – natřít nelze. Navíc se takto satelity zahřívaly, takže mimo jiné narůstala jejich viditelnost v infračerveném spektru, a proto se od popsané metody raději upustilo. 

Další zkoušené vylepšení představoval tzv. VisorSat, tedy jakési clony bránící odrazivosti určitých částí družice. Druhá generace Starlinků je na tom tudíž o něco lépe než ta první. Astronomům pomáhá také software pro korekci obrazu, který může pruhy a stopy na snímcích maskovat. Nicméně pruhy široké víc než několik pixelů mohou znamenat problém a ztráta dat je v takovém případě jednoduše značná. Nejde totiž o vizuální stránku, nýbrž o to, co světelné pruhy po družicích na snímcích zakrývají. Přílišné maskování má za následek degradaci fotografie a její vědecká hodnota klesá. Pozemská astronomie se tak postupně mění a bude se muset vypořádat s novými výzvami. Astronomové se snaží zabránit zhoršení situace: Mezinárodní společenství proto požádalo OSN o pomoc při ustavení expertní skupiny a hledají se i další řešení.

Čas nad zlato

Vraťme se však k Hubbleovu teleskopu. Pozorovací časy na HST představují velmi cenný artikl – což je další rozměr problému. Dodatečná doba na restaurování fotografií a náklady na astronomický výzkum jen narostou. Kratší expozice mohou některé potíže zmírnit, ale budeme muset počítat s časovou ztrátou dalekohledu kvůli snímkům ovlivněným družicemi.

Další komplikace pak netkví ve viditelné části spektra, nýbrž v té rádiové. Všechny družice, včetně Starlinků, produkují v radioastronomii rostoucí šum pozadí. Zde však černá barva ani clony nepomohou. Jen těžko si lze představit, co zvýšení počtu satelitů v uvedené oblasti způsobí. Samantha Lawlerová z univerzity v kanadské Regině se problematikou dlouhodobě zabývá a v jednom ze svých článků upozorňuje, že brzy bude každý patnáctý světelný bod na noční obloze odpovídat družici. „Pro výzkumnou astronomii to bude zničující a podoba nočního nebe všude na světě se naprosto změní,“ dodává badatelka. 

Lawlerová a její kolegové vytvořili vizualizaci noční oblohy, včetně trajektorií 65 tisíc navrhovaných družic Starlink, OneWeb, Kuiper a Starnet/GW. Výsledné video simuluje pohled na nebe o letním slunovratu z 50. stupně severní šířky, kde leží i střední Evropa včetně Česka. A výsledek je k zamyšlení: Jedná se o stovky družic dostatečně jasných, aby se daly rozlišit pouhýma očima, jež budou viditelné po celou noc; a o tisíce dalších, které bude v průběhu celé noci osvětlovat Slunce, což by mohlo astronomický výzkum významně ovlivnit. Noční obloha by vypadala úplně jinak než nyní, a to nejen z tmavých míst.

Konec oblohy, jak ji známe

Zmíněná simulace sice ukazuje 65 tisíc družic, ale brzy jich bude mnohem víc. Soudě podle návrhů různých satelitních společností by se mohlo v roce 2030 na nízké oběžné dráze nacházet až sto tisíc družic, což nenaruší jen astronomická pozorování: Zcela jistě se tím změní i náš pohled na noční nebe, a to bez ohledu na pozorovací stanoviště. Velmi brzy tak možná noční obloha, která ovlivnila samotný vývoj a kulturní rozvoj lidstva, přestane existovat v podobě, v jaké ji známe od nepaměti. Bude nesmírně těžké zde najít nějaký rozumný konsenzus. Zatím se zdá, že pokrok vede a hvězdy blednou…

Očekává se, že budou zasaženy všechny velké pozemní astronomické observatoře, včetně připravované rekordmanky Vera Rubin Observatory (VRO), jež by měla pracovat od příštího roku. Jenže do té doby nebe zahltí další tisíce družic, a to může znamenat závažný problém. Observatoř má totiž provádět mimořádně rozsáhlý průzkum noční oblohy nazvaný Legacy Survey of Space and Time, kdy bude každých několik nocí snímat celé nebe pomocí 8,4metrového primárního zrcadla. K úkolům VRO má patřit vyhledávání přechodných jevů včetně planetek a zatím není jisté, jakým způsobem rychle rostoucí počet družic její fungování ovlivní. Velké množství satelitů může výrazně snížit naši schopnost odhalit potenciálně nebezpečná tělesa, přičemž nejhorší scénář by zahrnoval srážku s objektem, který bychom neobjevili včas.

Až nastane příští jasná noc, vyjděte ven a pohlédněte na noční nebeské divadlo, nejlépe daleko od světel měst. A ten pohled si zapamatujte. Protože bez významných změn v plánech korporací, jež chtějí spustit další megakonstelace, se náš výhled na hvězdy možná již brzy zcela dramaticky změní.