[論文レビュー] Concerns about ground based astronomical observations: a step to safeguard the astronomical sky

S. Gallozzi, M. Scardia+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2020

Space Satellite Systems and Control参考文献 3被引用数 19

ひとこと要約

この論文は、低軌道に多数の人工衛星を配置する「ミケォコンステレーション」の増加による地上望遠鏡観測への脅威を懸念し、深刻な空の明るさの上昇、画像への Trails 池染み、電波周波数干渉の問題を指摘する。科学的・文化的価値を次世代に守るため、発射停止措置、軌道デブリ低減策、天文施設の意思決定拒否権といった法的・技術的措置を含む拘束力のある国際的対策を提言する。

ABSTRACT

This article aims to highlight the impact for ground based astronomical observations in different windows of the electromagnetic spectrum coming from the deployment of fleets of telecommunications satellites. A particular attention is given to the problem of crowding of circumterrestrial space by medium/small size orbiting objects. Depending on their altitude and surface reflectivity, their contribution to the sky brightness is not negligible for professional ground based observations. With the huge amount of about 50,000 new artificial satellites for telecommunications planned to be launched in Medium and Low Earth Orbit, the mean density of artificial objects will be of >1 satellite for square sky degree; this will inevitably harm professional astronomical images leaving trails on them. Only one of these project, Starlink@SpaceX's, authorized by US Federal Communication Commission, plans to deploy about 42,000 not geostationary satellites, which will shine in sky after sunset and before sun dawn. Satellites will be observed in deep field images and particularly negative for scientific large area images used to search for Near Earth Objects, predicting and, eventually, avoiding possible impact events. Serious concerns are also common to other wavelengths eligible for ground based investigation, in particular for radio-astronomy, whose detectors are already saturated by the ubiquitous irradiation of satellites communication from Space stations as well as from the ground. The risk of running into the "Kessler syndrome" is also noteworthy. Understanding the risk for astronomical community, a set of actions are proposed in this paper to mitigate and contain the most dangerous effects arising from such changes in the population of small satellites. A dedicate strategy for urgent intervention to safeguard and protect each astronomical band observable from the ground is outlined.

研究の動機と目的

• 光学的・電波的・その他の電磁スペクトル窓において、地上天文観測に深刻な脅威をもたらす小規模衛星のミケォコンステレーションの増加に対処すること。
• 規制のない衛星展開による科学的・経済的リスクを強調すること。具体的には、画像の劣化、調査感度の低下、ケスラー効果（Kessler syndrome）のリスク上昇。
• 天文研究および夜空の価値を損なう不可逆的損害を防ぐために、早期の政策的措置を求める。
• 天文施設を保護し、宇宙持続可能性条約への適合を確保する国際法的枠組みの構築を求める。
• 宇宙通信の発展と地上天文観測能力の維持の両立を図る、科学主導の一体的規制アプローチを提言する。

提案手法

• 軌道パラメータ、反射率、密度推定値（例：1平方度あたり1機以上）を用いて、衛星コンステレーションが空の明るさおよび画像品質に与える影響を分析する。
• 衛星のダウンリンクによる電波周波数干渉を評価し、既に感度の高い電波天文受信機が過負荷状態に陥っていることを確認する。
• 50,000機以上の計画衛星（特にStarlinkの42,000機）が光学的および電波的観測に与える累積的影響をモデル化する。
• 科学的・環境的影響評価が完了するまでの間、非静止軌道衛星の発射を一時停止するモラトリアムを提言する。
• 国家的および国際的規制メカニズムの整備を提唱する。具体的には、天文台が衛星展開に反対する拒否権を有することを含む。
• 提案措置を、宇宙外条約（第9条）および2018年国連長期的宇宙持続可能性ガイドラインに整合させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 小規模衛星のミケォコンステレーションが、明るさおよび Trails 汱染みによって、地上光学天文観測の品質をどの程度劣化させるか？
• RQ2 衛星の送信数の増加が、地上電波天文観測の感度および整合性にどのような影響を及ぼすか？
• RQ3 低地球軌道に数万機の衛星を展開した場合の累積的リスクは何か。特にケスラー効果や軌道デブリの連鎖反応のリスクを含む。
• RQ4 有害な衛星干渉から地上天文施設を保護するための法的・規制的メカニズムは何か？
• RQ5 国際的協力は、宇宙通信プロジェクトが地上天文観測の科学的価値を損なわないようにどのように保証できるか？

主な発見

• 中高度・低高度軌道に約50,000機の新しい小規模衛星が展開されれば、空全体の平均衛星密度が1平方度あたり1機を超えるようになり、空の質が著しく劣化する。
• Starlinkの計画する42,000機の非静止軌道衛星は、3等から7等の明るさで輝き、特に薄明時刻に顕著な明るい持続的 Trails が天文露出に現れる。
• 電波天文は、既に衛星のアップリンクおよびダウンリンクによる電波信号で受信機が過負荷状態に陥っており、感度の高い観測の整合性が脅かされている。
• 軌道デブリが衝突連鎖を引き起こすケスラー効果のリスクは、大規模なコンステレーションの規制のない展開によって顕著に上昇している。
• 10億～100億ユーロ規模の地上望遠鏡の科学的・経済的価値は、規制のない衛星運用によって不可逆的に損なわれる危険性がある。
• 早期の規制的措置が取られない場合、天文研究および夜空への損害は不可逆的となり、持続可能な宇宙利用の原則および国際法に違反する。