[논문 리뷰] Concerns about ground based astronomical observations: a step to safeguard the astronomical sky

S. Gallozzi, M. Scardia외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 01. 29.

Space Satellite Systems and Control참고 문헌 3인용 수 19

한 줄 요약

이 논문은 저궤도 위성의 메가-구성군 증가로 인한 지상 천문 관측에 대한 위협을 막기 위해 긴급한 국제적 조치가 필요하다고 주장한다. 이는 하늘의 밝기 증가, 이미지 트레일 오염, 라디오 주파수 간섭을 초래한다. 논문은 법적·기술적 보호 조치—예를 들어 발사 일시금지, 궤도 오염 방지, 천문관측소의 거부권 등—를 제안하여 미래 세대가 지상 천문 관측의 과학적·문화적 가치를 유지할 수 있도록 한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 지상 천문 관측에 영향을 미치는 소형 위성의 메가-구성군 증가에 따른 위협을 광학, 라디오 및 기타 전자기 스펙트럼 창문에서 다루기.
• 무제한 위성 배치로 인한 과학적·경제적 위험을 강조하며, 이미지 열악화, 설문 감도 저하, 케슬러 심지드로드 위험 증가 등을 포함한다.
• 천문학적 연구와 밤하늘의 손상이 영구적으로 악화되는 것을 방지하기 위해 즉각적인 정책 개입을 주장한다.
• 천문관측소를 보호하고 공간 지속 가능성 조약의 이행을 보장하기 위해 국제적 법적 프레임워크를 구축할 것을 촉구한다.
• 공간 기반 통신과 천문 관측 능력의 유지 간 균형을 이루기 위해 과학 중심의 통합 규제 접근 방식을 제안한다.

제안 방법

• 궤도 파aram터, 반사율, 밀도 추정치(예: 1 제곱도당 1개 이상의 위성)를 사용하여 위성 구성군이 하늘 밝이기와 이미지 품질에 미치는 영향을 분석한다.
• 이미 민감한 천문학적 수신기의 감도를 초과하는 위성 다운링크로 인한 라디오 주파수 간섭을 평가한다.
• 50,000+개의 계획된 위성, 특히 스타링크의 42,000개 위성이 광학 및 라디오 관측에 미치는 누적 영향을 모델링한다.
• 과학적·환경적 영향 평가를 완료할 때까지 비지정궤도 위성의 추가 발사에 대한 일시금지 조치를 제안한다.
• 국가 및 국제적 규제 메커니즘을 정착시키며, 천문관측소가 위성 배치에 대해 거부권을 행사할 수 있도록 주장한다.
• 기존 국제법—예를 들어 외계 공간 조약(제9조) 및 2018년 장기적 공간 지속 가능성에 관한 유엔 지침—과 조율한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 소형 위성의 메가-구성군이 광학 천문 관측의 이미지 품질을 밝기 및 트레일 오염으로 인해 어느 정도 악화시키는가?
• RQ2 위성 신호 전송 수가 증가함에 따라 지상 라디오 천문 관측의 감도와 정합성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 수천 개의 위성이 저궤도에 배치될 경우, 케슬러 심지드로드 및 궤도 오염 연쇄 반응의 누적 위험은 어떠한가?
• RQ4 지상 천문 관측소에 유해한 위성 간섭으로부터 보호하기 위해 어떤 법적·규제 메커니즘이 구현될 수 있는가?
• RQ5 국제 협력은 어떻게 공간 기반 통신 프로젝트가 지상 천문 관측의 과학적 가치를 해치지 않도록 보장할 수 있는가?

주요 결과

• 중간 및 저궤도에 약 50,000개의 새로운 소형 위성이 배치될 경우, 하늘의 평균 위성 밀도가 제곱도당 1개를 초과하여 하늘 품질이 심각하게 악화된다.
• 스타링크가 계획한 42,000개의 비지정궤도 위성은 3등성에서 7등성의 밝기로 빛나며, 특히 황혼 시간대에 천문 사진에 뚜렷하고 지속적인 트레일을 생성한다.
• 라디오 천문학은 이미 위성 업링크 및 다운링크 신호로 인해 포화 상태에 이르러 민감한 관측의 정합성이 위협받고 있다.
• 무제어로 대규모 구성군이 배치될 경우, 궤도 오염이 충돌 연쇄 반응을 유발하는 케슬러 심지드로드의 위험은 상당히 증가한다.
• 10억 유로에서 100억 유로 수준의 지상 망원경과 같은 과학적·경제적 가치가 무제한 위성 운영으로 인해 영구적으로 손상될 위험이 있다.
• 즉각적인 규제 개입이 이루어지지 않을 경우, 천문학적 연구와 밤하늘에 대한 손상은 복구 불가능해지며, 지속 가능한 공간 이용 원칙과 국제법을 위반하게 된다.