[논문 리뷰] A Report to ESO Council on the Impact of Satellite Constellations

Andrew Williams, O. Hainaut외 5명|arXiv (Cornell University)|2021. 08. 09.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 7인용 수 4

한 줄 요약

이 보고서는 저궤도에 약 80,000颗의 인공위성으로 구성된 계획된 위성 기반 군집이 유럽남부관측소(ESO)의 지상 천문 관측 시설, 특히 파라날 관측소에 미치는 영향을 평가한다. 주로 지평선 근처에서의 위성 가시도를 분석하고, 천문 관측에 미치는 간섭을 줄이기 위한 대응 전략과 공동 대응 조치를 제안한다.

ABSTRACT

Up to 100,000 satellites could be launched into Low Earth Orbit (LEO) in the coming decade. Assuming the two most advanced companies' plans are realised, close to 80,000 satellites will be present at a variety of altitudes between 328 - 1,325 km. At Paranal, more than 5,000 satellites will be over the horizon at any given time. Of these, depending on the hour of night and season, a few hundred to several thousand will be illuminated by the sun and potentially detectable. Satellites show a very strong concentration towards the local horizon, with over 50% of the satellites below 20 degrees elevation. This report informs ESO's Council of the impacts on ESO facilities, mitigation measures that ESO could adopt in the future, and the various community efforts in which ESO is involved.

연구 동기 및 목표

• 저궤도에 위치한 위성 기반 군집이 지상 천문 관측에 미치는 증가하는 위협을 평가하기 위해.
• 특히 야간 관측 시간대에 파라날 관측소 상공에서 가시가 되는 위성의 수와 가시도를 정량화하기 위해.
• 최대 위험을 유발하는 지평선 근처에 집중된 위성의 농도를 평가하기 위해.
• ESO와 천문학 공동체가 위성 간섭을 줄이기 위해 실행 가능한 대응 조치를 제안하기 위해.
• 지상 천문 관측 데이터의 무결성을 유지하기 위해 조율된 대응의 시급성을 ESO 이사회에 통보하기 위해.

제안 방법

• 우주선 제조사 두 곳의 최신 계획을 바탕으로 위성 분포를 모델링하여, 고도 328km에서 1,325km 사이에 약 80,000대의 위성이 투입될 것으로 예측한다.
• 궤도 역학 및 이포데이터 데이터를 사용해 파라날 관측소 상공을 통과하는 위성의 경로를 시뮬레이션하고, 고도와 조명 조건을 계산한다.
• 시간대와 계절별로 가시 창문을 분석하여 천문 관측 시 가장 높은 위성 노출 수준을 파악한다.
• 20도 이하 고도에 위치한 위성 비율을 평가하여, 망원경에 간섭 가능성이 가장 높은 영역을 확인한다.
• 위성 탈구, 태양 차단판, 운영 조정 등의 잠재적 대응 기술을 평가하여 밝기와 간섭을 최소화한다.
• 지속 가능한 우주 이용을 위한 정책 및 기술 기준을 촉진하기 위해 국제 천문학 및 우주 기관과 협력한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어느 순간에도 파라날 관측소 상공에서 얼마나 많은 위성이 가시할 수 있으며, 이는 시간대와 계절에 따라 어떻게 달라지나?
• RQ2 이들 가시 위성 중 얼마나 많은 비율이 20도 이하 고도에 위치해 있으며, 천문 관측에 간섭 가능성이 가장 높은가?
• RQ3 어느 정도의 위성 비율이 태양 빛에 노출되어 야간 관측 중에 감지 가능할까?
• RQ4 위성 밝기와 간섭을 줄이기 위해 구현 가능한 기술적 및 운영적 대응 조치는 무엇인가?
• RQ5 천문학 공동체와 우주 기관이 지상 천문학에 장기적으로 미치는 영향을 최소화하기 위해 함께 취할 수 있는 조율된 조치는 무엇인가?

주요 결과

• 메가-군집의 투입으로 인해 파라날 관측소 상공에서 어느 순간에도 약 5,000대 이상의 위성이 지평선 위에 있을 것으로 예상된다.
• 이들 위성 중 몇백 대에서 수천 대가 태양 빛에 노출되어 야간 관측 중에 실제로 보일 수 있다.
• 가시 위성의 50% 이상이 20도 이하 고도에 위치해 있어 천문 영상 촬영에 간섭 가능성이 크게 증가한다.
• 가시 위성의 수는 시간대와 계절에 따라 크게 달라지며, 일몰·일출 시간대와 겨울철에 가장 높은 가시도를 보인다.
• 현재 위성 투입 추세는 지상 천문 관측 데이터의 영구적이고 광학적·분광학적 무결성에 심각한 위협을 가한다.
• 향후 천문 관측 품질을 유지하기 위해 위성 설계 변경 및 운영 조율 등의 사전 대응 조치가 필수적이다.