Обсерватория Веры Рубин (VRO) отличается от других крупных телескопов, и это отличие делает ее более уязвимой для космического мусора. Другие телескопы, такие как Гигантский Магелланов телескоп и Европейский чрезвычайно большой телескоп, фокусируются на удаленных объектах. Но работа VRO состоит в том, чтобы неоднократно отображать все доступное ночное небо в течение десяти лет, обнаруживая переходные процессы и переменные объекты.
Весь этот космический мусор может выглядеть как кратковременное событие, ухудшая видение VRO и искажая его результаты.
В новой исследовательской записке, ожидающей публикации, гарвардский физик и астроном Ави Леб указывает, как космический мусор повлияет на работу VRO. Статья называется «Вспышки космического мусора на изображениях LSST». LSST — это «Наследие исследования пространства и времени», основная исследовательская работа VRO.
Проблема связана с космическим мусором, а также с чрезвычайной чувствительностью VRO, что является важной частью его успеха. «Благодаря исключительной чувствительности обсерватории Веры К. Рубин мы прогнозируем, что ее будущие изображения LSST будут загрязнены многочисленными вспышками от космического мусора сантиметрового масштаба на низких околоземных орбитах (LEO)», — пишет Леб. «Ожидается, что вспышки длительностью в миллисекунды от этих объектов LEO будут создавать обнаруживаемые полосы изображения длительностью в несколько угловых секунд со звездной величиной AB более 14».
Как всем известно, наша проблема с космическим мусором становится все хуже. По данным ЕКА, по состоянию на 6 декабря 2023 года на орбите Земли вращается 130 миллионов объектов размером от 0,1 до 1 см. Есть также один миллион объектов размером от 1 до 10 см и 36 500 объектов размером более 10 см. С таким большим количеством запусков проблема усугубляется. Космос — это растущая экономика, и вместе с ней уходит определенное количество мусора.
Не все из этих объектов находятся в критическом регионе низкой околоземной орбиты, но значительная часть из них находится. По словам Леба, эта совокупность обломков имеет последствия для ВРО. «В этой заметке мы исследуем последствия этих обломков НОО для предстоящего исследования наследия пространства и времени (LSST) обсерватории Веры К. Рубин в Чили», — пишет Леб.
Когда дело доходит до изображений VRO, размер обломков на самом деле не имеет значения. Альбедо объекта — настоящая проблема. Альбедо может увеличиваться в зависимости от размера, но не всегда.
Невозможно измерить отдельные альбедо кусков космического мусора, но в своей работе Леб вычисляет альбедо, комбинируя радиус объекта и расстояние с одной из его сторон, освещенной Солнцем. Это дает долю света, которую он будет отражать.
Мы уже знаем, как космический мусор может отражать свет, потому что мы можем видеть это с помощью переходного комплекса Цвикки. Он похож на VRO в том, что обнаруживает источники переходного света. «Данные Zwicky Transient Facility (ZTF) показывают, что солнечные блики от известных спутников LEO генерируют вспышки длительностью 10?3±0,5 с.» Это чрезвычайно короткая вспышка.
Но VRO и его LSST будут посещать каждый участок неба в течение 30 секунд и делать последовательные 15-секундные экспозиции. Проблема в том, что обломки движутся, и вместо вспышки они создают полосу. «Поэтому ожидается, что свет от вспышек будет распространяться не более чем на несколько угловых секунд, независимо от времени воздействия LSST, которое на 4 порядка больше», — пишет Леб.
Что это значит для ВРО?
Это не хорошо. По словам Леба, количество объектов, которые могут создавать проблемные полосы, «на порядок превышает» количество крупных спутников, вращающихся вокруг Земли. Сеть космического наблюдения США регулярно отслеживает спутники и создала каталог орбитальных объектов, который может помочь VRO справиться с этой проблемой. Но, как отмечает Леб: «Из всей совокупности обломков только 3,515 × 104 (351 500) объектов регулярно отслеживаются и каталогизируются сетями космического наблюдения».
Полосы света на изображениях — это только часть проблемы. Существует более общая проблема комбинированного света всех спутников и мусора. Другие исследователи изучили эту проблему и ее влияние на наземную астрономию. Статья в журнале Nature Astronomy, опубликованная в марте 2023 года, показала, что к 2030 году отраженный свет от космического мусора и функционирующих спутников увеличит яркость рассеянного фона для VRO на 7,5%. Это означает, что LSST VRO будет на 7,5% менее эффективным. Это добавит более 20 миллионов долларов США к стоимости 10-летнего LSST.
Спутники и их предсказуемые орбиты означают, что с ними будет легче иметь дело. На самом деле у команды LSST есть план по работе со спутниками. Они предлагают обновленный планировщик, который может смягчить проблему. «В целом, если пожертвовать 10% времени наблюдений LSST во избежание спутников, доля посещений LSST с полосами уменьшается в 2 раза», — пишут авторы статьи в The Astrophysical Journal Letters.
Но мусора гораздо больше. Без решения будут ли изображения LSST усеяны шумными полосами?
Кажется иррациональным перекладывать ответственность за космический мусор на людей, пытающихся увидеть сквозь него небо. Любое долгосрочное решение должно включать две вещи: очистку низкой околоземной орбиты и международное соглашение о прекращении ее дальнейшего загрязнения.
ЕКА пытается решить проблему космического мусора. «130 миллионов кусков космического мусора размером более миллиметра вращаются вокруг Земли, угрожая спутникам сейчас и в будущем», — написало ЕКА, объявляя о своей Хартии нулевого мусора. «Раз в неделю корпус спутника или ракеты бесконтрольно входит в нашу атмосферу. Поведение в космосе должно измениться». Хотя Хартия в первую очередь направлена на снижение риска столкновений, она принесет пользу наземной астрономии.
НАСА тоже ищет решения. Их конкурс «Обнаружение, отслеживание и устранение: проблема малого космического мусора» обращается к людям по всему миру к инновационным решениям проблемы.
Это замечательные инициативы, но первый свет VRO запланирован на начало января 2025 года. Решение проблемы спутников и спутниковых группировок в космосе, вероятно, уже в пределах досягаемости. Но мусор – гораздо более серьезная проблема.
«Однако приведенные выше цифры позволяют предположить, что загрязнение изображений неотслеживаемым космическим мусором может представлять собой
более серьезная задача», — заключает Леб.
