الأقمار الصناعية تحافظ على الصور الفضائية. يحتاج علماء الفلك إلى إصلاح – Ars Technica

تنتشر حشود من الأقمار الصناعية عبر مجال رؤية تلسكوب هابل الفضائي ، مما يترك ما يشبه علامات الخدش على الصور الفضائية ويعيق عمل العلماء. صخب أسراب من هذه الأقمار الصناعية، التي تعكس ضوء الشمس وتحاكي الأجرام الفلكية ، تهدد بالتدريج تحويل سماء الليل وتؤثر على كيفية عمل علم الفلك.

قال ديفيد ستارك ، عالم الفلك في معهد علوم تلسكوب الفضاء في بالتيمور ، متحدثًا الأسبوع الماضي في الجمعية الفلكية الأمريكية مؤتمر في البوكيرك ، نيو مكسيكو. في الواقع ، كما قال ، استخدم فريقه طريقة كشف جديدة لقياس معدل مسارات الأقمار الصناعية مضاعفة. لكن Stark كان يقدم فكرة فريقه لإصلاح Band-Aid: برنامج جديد تم وصفه في ملف تقرير حديث هذا أكثر حساسية من خمسة إلى 10 مرات في العثور على المسارات مقارنة بالبرامج السابقة ، ثم إخفاءها. قال: “إنه جيد بشكل خاص في العثور على مسارات الأقمار الصناعية التي يمكن أن تفوتها العين”.

إنه إجراء قياسي لعلماء الفلك لمحاولة تنظيف صور “القطع الأثرية” ، مثل تأثيرات الأشعة الكونية التي تضرب كاشفات كاميرا هابل ، أو ارتفاعات الحيود ، والتي تجعل النجوم الساطعة تبدو وكأنها تقاطعات. من حين لآخر ، قد يعيق نجم مجرة ​​درب التبانة المزعج طريق رؤية المرء لجسم بعيد. تقوم التقنية الجديدة ، المسماة Median Radon Transform ، بفحص كل مسار خطي عبر الصورة في كل زاوية ممكنة. عند محاذاة مسار معين مع مسار قمر صناعي ، يلاحظ النظام انحرافًا عن التدفق المتوسط ​​- أو السطوع عند طول موجي معين في البكسل – يُقاس عبر مناطق ذات سماء فارغة على ما يبدو. يمكنها أيضًا اكتشاف الخطوط القصيرة ، ولكن يجب أن تكون أكثر سطوعًا قليلاً حتى يتم تحديدها ، نظرًا لأنها تغطي عددًا أقل من وحدات البكسل.

يتيح هذا البرنامج بعد ذلك لعلماء الفلك إخفاء مسارات الأقمار الصناعية ، بحيث يتم تجاهل وحدات البكسل المتأثرة في تحليلهم للبيانات. إنه مثل قرع بعض الصفحات التي تمت طباعتها بشكل خاطئ في كتاب ، بحيث يمكنك تخطيها أثناء دراسة بقية المجلد.

لكن من الأفضل عدم فقد تلك الصفحات. عندما يكون هناك تعريضات متعددة لنفس المجال ، يمكن لعالم الفلك استخدام أدوات برمجية إضافية لإزالة الخط تمامًا من الصورة النهائية المدمجة. سيظهر هذا الجزء من السماء بعد ذلك كما ينبغي ، على الرغم من أن نسبة الإشارة إلى الضوضاء في وحدات البكسل في هذا الخط ستكون أقل مما لو لم يسبق للقمر الصناعي أن يتخطى أمام التلسكوب في ذلك اليوم. قام ستارك وفريقه بتضمين التعليمات البرمجية الخاصة بهم في حزمة برامج قياسية تسمى “أكستولس” يديرونها.

ومع ذلك ، فإن هذا الإصلاح له قيود كبيرة: إنه مصمم لتلسكوب هابل ، الذي يدور على ارتفاع 332 ميلًا فوق الأرض ، وهو أقل تعرضًا لشرائط الأقمار الصناعية من المراصد الموجودة على الأرض. المقاريب الضوئية الأرضية ذات التصوير واسع المجال – والتي لا تتطلب تعرضات متعددة في الغالب – من المحتمل أن تكون أكثر تأثراً. كانت هناك بالفعل حالات قليلة من صور الأقمار الصناعية للتصوير الضوئي التي التقطتها التلسكوبات في مرصد سيرو تولولو للبلدان الأمريكية في تشيلي و مرصد لويل في ولاية أريزونا ، على سبيل المثال.

ستكون المشكلة أسوأ بكثير بالنسبة للمؤسسة الوطنية للعلوم التي طال انتظارها والتي تمولها مؤسسة العلوم الوطنية مرصد فيرا روبين، الذي يتم تجميعه في جبال الأنديز التشيلية وسيبدأ في التقاط الصور العام المقبل. ستكتشف كاميرتها الحساسة بشكل لا يصدق الأجسام الخافتة والمتغيرة ، مثل نجم يتحول إلى مستعر أعظم أو كويكب قريب من الأرض ، وسيقوم التلسكوب تلقائيًا بإرسال تنبيهات إلى علماء الفلك عندما يكتشف مثل هذه الأشياء. لكن تعاون روبن قلق معبر عنه حول إمكانية وجود تنبيهات خاطئة بفضل الضوء المنعكس عن الأقمار الصناعية أو الفضاء غير المرغوب فيه في المدار وحذر من أن ما يصل إلى 30 في المائة من صوره يمكن أن تتأثر بخطوط الأقمار الصناعية. على سبيل المثال ، يمكن أن يظهر لمعان من ضوء الشمس من قطعة صغيرة من العزل من قمر صناعي في صورة تلسكوب مثل نجم متوهج. ما لم يتمكن عالم الفلك أيضًا من قياس طيف الضوء ، فقد يتم خداعهم ، كما يقول جون بارينتين ، عالم الفلك في توكسون ، أريزونا ، والذي قام مؤخرًا قام بتأليف دراسة حول التلوث الضوئي من الأجسام المدارية المنخفضة حول الأرض.

المشكلة الثانية هي أن عدد خطوط الأقمار الصناعية آخذ في الازدياد. اختبر ستارك البرنامج على 20 عامًا من البيانات من كاميرا هابل المتقدمة للاستطلاعات. في حين أن مسارات الأقمار الصناعية لم تتغير في السطوع ، فقد تضاعف معدلها تقريبًا. وجد الفريق آثارًا في كل ثلاث إلى أربع ساعات من بيانات هابل المأخوذة في عام 2002. ولكن في عام 2022 ، قصفت الأقمار الصناعية هابل ضوئيًا كل ساعة إلى ساعتين. هذا يعني أن 5 في المائة من الصور التي التقطت قبل 20 عامًا قد تأثرت ، والآن تبلغ حوالي 10 في المائة.

يقول ساندور كروك ، عالم الفلك في معهد ماكس بلانك لفيزياء خارج الأرض في ميونيخ ، ألمانيا ، إن المعدل سيستمر في الارتفاع بالتأكيد. “تتوقع ، بمرور الوقت ، المزيد من الخطوط في الصور. إنه يتناسب مع عدد الأقمار الصناعية الموجودة فوق المرصد ، “كما يقول كروك ، المؤلف الرئيسي لكتاب a دراسة حديثة التي استخدمت تصنيفات التعهيد الجماعي والتعلم الآلي لتتبع مسارات الأقمار الصناعية في الصور.

لاحظ كروك وزملاؤه معدلًا أقل ، حيث ارتفع من حوالي 2.5 إلى 5 في المائة خلال العقدين الماضيين. وجدوا أن هذا الاتجاه تصاعد بسرعة بدءًا من عام 2018 تقريبًا ، في نفس الوقت تقريبًا بدأت الشركات في الانتشار الأبراج الضخمة الفضائية، تربط المئات أو الآلاف منهم في الشبكات. (ينسب ستارك وكروك النسب المئوية المختلفة لدراستهما إلى استخدام تقنيات قياس مختلفة).

هذه الأبراج الضخمة لها فوائد واضحة لمشغليها. الأقمار الصناعية أصغر وبالتالي أرخص في الإنتاج والإطلاق ، والخدمات المتصلة بالشبكة أقل عرضة للاضطراب ، مثل عن طريق مناخ الفضاء أو أسلحة مضادة للأقمار الصناعية. تشكل Starlink من SpaceX أكبر شبكة أقمار صناعية حتى الآن ، مع حوالي 4000 في المدار وتخطط لزيادة ذلك إلى 42000. تحتوي كوكبة OneWeb على أكثر من 600 قمر صناعي ، لكنها تقع في مدار أعلى ، مما يقلل من التأثير على الملاحظات الفلكية. وتستعد أمازون لإطلاق مشروعها Kuiper هذا الصيف ، حيث ترفع أقمارها الصناعية الأولى التي تقدم خدمات النطاق العريض في الرحلة الافتتاحية لصاروخ فولكان سينتور التابع لشركة United Launch Alliance. تخطط الشركة لملء هذه الكوكبة بأكثر من 3000 قمر صناعي.

اختبرت سبيس إكس وبعض الشركات الأخرى الحلول الممكنة ، مثل تغطية قمر صناعي بغشاء رقيق لتغميقه بحيث يعكس ضوءًا أقل ، أو إضافة حاجب لعكس الضوء بعيدًا عن الأرض. هذه الجهود المحدودة كانت أقل بكثير من أهداف سطوع الاتحاد الفلكي الدولي، وقد تسببت بعض هذه التصميمات في حدوث مشكلات للأقمار الصناعية نفسها ، عن طريق تسخينها كثيرًا أو التدخل في الاتصالات بين الأقمار الصناعية.

مفهوم ناسا للعمل مع شركائها التجاريين تعزيز هابل إلى مدار أعلى قد يخفف عن غير قصد مشكلة التفجير الضوئي. أدى السحب الجوي إلى سحب المركبة الفضائية تدريجيًا بالقرب من الأرض. إن دفعه للخلف يهدف إلى إطالة عمره — ولكنه أيضًا سيبعده عن جزء صغير من الأقمار الصناعية العابرة.

لن يحل أي من ذلك مشاكل المراصد الأرضية ، التي يتعين عليها أن تنظر عبر الغلاف الجوي بأكمله ، بما في ذلك جميع مدارات الأقمار الصناعية. ويخشى بارينتين أنه على الرغم من أن الشركات لم تجد أي إصلاحات تقنية حتى الآن ، إلا أنها لم تبطئ وتيرة إطلاق الأقمار الصناعية. يقول: “يتمتع الأشخاص في الصناعة بهذا الإيمان الراسخ بالابتكار ، وكان ردّي على ذلك هو: إن تاريخ العلوم والتكنولوجيا والبيئة مليء فقط بحالات الانطلاق المتهور في التكنولوجيا التي لم نفهم أنها خلقت الكثير من الآثار الجانبية السلبية “.

ظهرت هذه القصة في الأصل wired.com.