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Neue ESO-Studie bewertet den Einfluss von Satellitenkonstellationen auf astronomische Beobachtungen

05.03.2020

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 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.


Bereiche des Himmels, die am stärksten von Satellitenkonstellationen betroffen sind

Bild: ESO/Y. Beletsky/L. Calçada

Der Effekt ist bei Langzeitbelichtungen (von etwa 1000 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 könnte. 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.

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 30 Grad etwa 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.

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 Satellitenkonstellationen 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 5500 Satelliten, darunter etwa 2300 funktionsfähige. Der Rest ist Weltraummüll, einschließlich Raketenoberstufen und Satellitenstartadapter. Etwa 2000 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.

Pressekontakt

Markus Nielbock
ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie
Heidelberg, Deutschland
Tel: +49 (0)6221 528-134
E-Mail: eson-germany@eso.org

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Olivier R. Hainaut
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6752
Mobil: +49 151 2262 0554
E-Mail: ohainaut@eso.org

Andrew Williams
ESO External Relations Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 320 062 78
E-Mail: awilliam@eso.org

Originalpublikation:

O. R. Hainaut, A. P. Williams:
"Impact of satellite constellations on astronomical observations with ESO telescopes in the visible and infrared domains"
Astronomy & Astrophysics, 2020
https://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso2004/eso2004a.pdf
https://arxiv.org/abs/2003.01992
DOI: 10.1051/0004-6361/202037501

Weitere Informationen:

https://www.eso.org/public/germany/news/eso2004/ - Originalpressemitteilung der ESO mit weiteren Bildern

ESO Science Outreach Network (Dr. Markus Nielbock) | Max-Planck-Institut für Astronomie

Weitere Berichte zu: Astronomie ESO Max-Planck-Institut Satelliten Telescope

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