Przejdź do treści

Astronomowie ostrzegają przed słabo widocznymi śmieciami orbitalnymi

Krzywe blasku - śmieci kosmiczne

Przegląd śmieci kosmicznych znajdujących się na geosynchronicznych orbitach Ziemi przeprowadzony na Uniwersytecie w Warwick wykazał, że ponad 75% wykrytych w jego ramach śmieci nie da się dopasować do znanych już wcześniej obiektów figurujących w publicznych katalogach satelitarnych.

Sztuczne śmieci krążące wokół Ziemi mogą powstawać na wiele różnych sposobów. Stare zepsute satelity same stają się kosmicznym gruzem, ale są to również korpusy rakiet porzucone po pomyślnym wystrzeleniu ich ładunków na orbitę (lub ich fragmenty). Zderzenia między takimi orbitującymi ciałami mogą z czasem skutkować tysiącami nowych fragmentów.

Astronomowie zwracają teraz uwagę na konieczność prowadzenia bardziej regularnych przeglądów przy użyciu dużych teleskopów – może to ich zdaniem pomóc w ilościowym określeniu zagrożeń, jakie kosmiczne śmieci stanowią dla aktywnych satelitów – meteorologicznych, komunikacyjnych czy nawigacyjnych. Wiele z wykrytych obiektów wykazuje optyczne sygnatury koziołkowania na orbicie, co z kolei zapewnia wgląd w dynamiczną ewolucję takich odpadków w środowisku geosynchronicznym.

Naukowcy z Uniwersytetu w Warwick ostrzegają, że szczątki orbitalne stanowiące zagrożenie dla działających satelitów nie są obecnie wystarczająco dokładnie monitorowane. Zgodnie z ich obserwacjami nie znano dotąd ponad 75% odłamków orbitalnych, które oni sami wykryli w ramach swojego przeglądu. Nowe przeglądy prowadzone na dużych wysokościach orbitalnych mogą natomiast pomóc w scharakteryzowaniu rezydujących tam nieznanych obiektów.

Badania te są częścią projektu DebrisWatch, trwającej już współpracy między Uniwersytetem w Warwick a Laboratorium Nauk i Technologii Obrony (Wielka Brytania), której celem jest dostarczenie nowego wglądu w stan „zaśmiecenia” ziemskiej orbity geosynchronicznej. Ich wyniki przedstawiono w czasopiśmie Advances in Space Research. Uzyskany w ich ramach przegląd obiektów został zoptymalizowany pod kątem wyszukiwania słabo widocznych szczątków – śmieci kosmicznych, które są zbyt małe lub zbyt słabo odbijają światło, aby można je było regularnie monitorować i rejestrować w publicznie dostępnych katalogach.

Dowództwo Strategiczne Stanów Zjednoczonych (USSTRATCOM) utrzymuje najbardziej kompletny publiczny katalog obiektów kosmicznych, wykorzystując swoją globalną sieć obserwacji przestrzeni kosmicznej (SSN), składającą się z ponad 30 naziemnych radarów i teleskopów optycznych oraz sześciu satelitów pracujących na orbicie. SSN jest w stanie monitorować obiekty krążące na dużych wysokościach, o średnicach do do około 1 metra. Warto jednak pamiętać, że nawet znacznie mniejsze obiekty mogą spowodować poważne uszkodzenia aktywnych satelitów na orbicie.

Obrazy pozyskane w ramach przeglądu zostały przeanalizowane za pomocą niestandardowego oprogramowania zaprojektowanego w celu wykrywania potencjalnych śmieci kosmicznych i zarazem badania zmian w ich jasności w czasie. Te wynikowe „krzywe zmian blasku” zawierają bogactwo informacji o samych obiektach, w tym o ich kształcie oraz o właściwościach ich powierzchni i położeniach w przestrzeni.

Astronomowie skupili się w swoich badaniach na obszarze geosynchronicznym położonym około 36 000 kilometrów ponad równikiem, gdzie satelity krążą na „stałych” orbitach, z okresami obrotu odpowiadającymi obrotowi Ziemi. Tam, wysoko  ponad zewnętrzną warstwą atmosfery ziemskiej, nie ma żadnych naturalnych mechanizmów (takich jak opór atmosferyczny), które mogłyby wywołać zmiany ich orbit, więc śmieci powstałe w pobliżu obszaru geosynchronicznego pozostaną tam przez bardzo długi czas.

Aby móc odkrywać te słabe widoczne szczątki, astronomowie wykorzystali 2,54 metrowy teleskop Izaaka Newtona znajdujący się na Wyspie Kanaryjskiej La Palma i pozwalający na zbieranie fotonów światła na dużym obszarze. Zastosowali zoptymalizowaną strategię, która ma dodatkowo zapewniać, że światło słoneczne odbijające się od małych obiektów będzie wpadać w te same piksele kamery, aby zwiększyć szanse ich wykrycia. Większość śladów orbitalnych wykrytych przez astronomów miała jasności odpowiadające mniej więcej 1 metrowi lub mniej. Ponad 95% tych słabych detekcji nie dało się dopasować do znanego obiektów orbitalnych z publicznie dostępnego katalogu USSTRATCOM.

– Krzywe blasku uzyskane na naszych zdjęciach pokazują, jak różnorodne mogą być te obiekty, zarówno pod względem ich fizycznej natury, jak i ich pochodzenia czy  zachowania na orbicie. Wiele słabych, nieskatalogowanych wcześniej szczątków wydaje się przewracać w przestrzeni, wykazując znaczne różnice w jasności w całym oknie obserwacyjnym. Tego rodzaju cechy mogą nam powiedzieć wiele  o siłach perturbacyjnych działających na mieszkańców regionu geosynchronicznego – podsumowuje James Blake, główny autor badań, doktorant na Wydziale Fizyki Uniwersytetu w Warwick – Ważne jest, abyśmy nadal obserwowali ten obszar z pomocą dużych teleskopów, gdzie tylko jest to możliwe, aby rozpocząć budowę nowej bazy słabo świecących szczątków orbitalnych. Dzięki naszemu przeglądowi zbadaliśmy je dokładnie niż kiedykolwiek wcześniej, a populacja kosmicznych śmieci wciąż wydaje się rosnąć po osiągnięciu granicy czułości obserwacji.

– Tego rodzaju dane będą miały kluczowe znaczenie przy opracowywaniu automatycznych algorytmów charakteryzujących obiekty w regionie geosynchronicznym – dodaje współautor artykułu, profesor Don Pollacco.


Czytaj więcej:


Źródło: University of Warwick

Opracowanie: Elżbieta Kuligowska

Na zdjęciu: Przykłady krzywych blasku wyodrębnionych z obrazów przeglądu słabo widocznych śmieci kosmicznych. Dzięki strategiom zastosowanym przez astronomów na miniaturach zdjęć gwiazdy pojawiają się jako niemal pionowe smugi, podczas gdy obiekty będące przedmiotem zainteresowania - jako krótkie ślady. W obu przykładach można zauważyć znaczną zmienność w ich jasności.

Źródło: Blake i in., ASR, 2020