Het gaat van kwaad tot erger.

Het internet staat er vol mee: fotobombs. Foto’s waarop mensen netjes poseren en zich er niet van bewust zijn dat anderen – hetzij bewust of onbewust – op de achtergrond de show stelen. Het resultaat is vaak heel grappig. Maar in The Astrophysical Journal Letters presenteren astronomen nu een kosmische variant van de fotobom en daar is – helaas – niets lachwekkends aan.

18 procent
Het onderzoek handelt namelijk over beelden gemaakt door het Zwicky Transient Facility (ZTF), ontworpen om een groot deel van de hemel in de gaten te houden en daarbij te zoeken naar objecten met een aan verandering onderhevige helderheid, zoals supernovae en gammaflitsen, en bewegende objecten, zoals kometen en planetoïden. Maar de beelden die de camera in het kader van dit onderzoek maakt, worden in toenemende mate gefotobombed door Starlink-satellieten (zie kader). De satellieten vormen strepen op de beelden, die met name goed zichtbaar zijn op de beelden die in de schemering worden gemaakt. “In 2019 werd 0,5 procent van de in de schemering gemaakte beelden hierdoor aangetast,” vertelt onderzoeker Przemek Mróz. Maar eind 2021 was dat al 18 procent. En daarmee neemt de overlast dus snel toe. Dat is goed te verklaren, omdat ook het aantal Starlink-satellieten toeneemt.

Starlink
De Starlink-satellieten worden ontwikkeld en gelanceerd door SpaceX. Het ruimtevaartbedrijf wil met behulp van de satellieten ook afgelegen gebieden van relatief goedkoop breedbandinternet voorzien. De satellieten worden in groepen van 60 gelanceerd. De eerste groep ging in 2019 de lucht in en inmiddels draaien er al meer dan 1500 om de aarde. Maar dat moeten er nog veel meer worden; tegen 2027 zouden er al zo’n 10.000 in een baan om de aarde moeten draaien. Overigens is SpaceX niet het enige bedrijf dat de zinnen heeft gezet op een dergelijke ‘megaconstellatie’. Ook OneWeb en Amazon werken aan een satellietnetwerken die respectievelijk honderden en duizenden satellieten moeten gaan tellen en eveneens bedoeld zijn om ervoor te zorgen dat breedbandinternet op meer plaatsen voorhanden is.

Astronomen maken zich al veel langer zorgen over de impact die de vele satellieten op hun waarnemingen kunnen hebben. Mróz en collega’s besloten die mogelijke impact te kwantificeren en zo ook direct vast te stellen of de zorgen terecht zijn. Ze kozen er daarbij bewust voor om naar beelden van het Zwicky Transient Facility te kijken, zo vertelt Mróz aan Scientias.nl. “ZTF is één van de grootste sky surveys. Het observeert het gehele zichtbare heelal elke twee dagen en jaagt daarbij dus op objecten waarvan de helderheid aan verandering onderhevig is of die bewegen. Dat wordt allemaal mogelijk gemaakt door het feit dat het gezichtsveld van deze telescoop enorm is: 47 vierkante graden, oftewel een gebied dat ongeveer 220 keer groter is dan de schijnbare omvang van de volle maan.” Maar zo’n groot gezichtsveld heeft ook een keerzijde. “ZTF neemt ook satellieten waar, wanneer ze door het gezichtsveld van de telescoop bewegen.” Voor het onderzoek bogen Mróz en collega’s zich over beelden die ZTF tussen november 2019 en september 2021 maakte. “We zochten daarbij naar satellietstrepen, om zo hun frequentie en eigenschappen te kunnen onderzoeken.” In totaal troffen de onderzoekers op beelden gemaakt in die periode tussen 2019 en 2021 meer dan 5300 satellietstrepen aan.

In de schemering
Het onderzoek wijst uit dat de satellietstrepen met name vaak opduiken op beelden die ZTF in de schemering maakt. “Starlink-satellieten draaien op een relatief geringe hoogte van zo’n 550 kilometer om de aarde heen en daardoor worden ze alleen in de schemering door de zon beschenen,” legt Mróz uit. “In het midden van de nacht gaan de Starlink-satellieten schuil in de schaduw van de aarde en zijn ze dus onzichtbaar op onze beelden. Mochten andere bedrijven hun satellietconstellaties in een hogere baan om de aarde gaan plaatsen, kan dat overigens wel problemen gaan geven voor opnames die buiten de schemering worden gemaakt.”

Verdere toename
Daarnaast wijst het onderzoek uit dat de strepen dus steeds vaker opduiken: het percentage in de schemering gemaakte beelden waarop satellietstrepen zichtbaar zijn, is in krap twee jaar tijd opgelopen tot 18 procent. En daar blijft het niet bij; de onderzoekers verwachten dat alle beelden die ZTF in de schemering maakt binnen enkele jaren door één of meerdere satellietstrepen ontsierd worden.

Geringe overlast
De strepen zijn niet fraai. Maar in hoeverre hinderen ze nu de wetenschap die op deze observaties gestoeld is? Dat valt alleszins mee, zo kan Mróz ons geruststellen. “Een streep op een opname wil niet automatisch zeggen dat de opname als verloren moet worden beschouwd. Onze analysesoftware maskeert de satellietstrepen en slechts een kleine fractie van elke aangetaste afbeelding (minder dan 0,1 procent van de pixels) valt daardoor weg. Dus onze waarnemingen worden over het algemeen niet heel erg aangetast.” “Er is een heel kleine kans dat we een planetoïde of een gebeurtenis die precies achter de satellietstreep schuilgaat, missen,” voegt collega Tom Prince toe. “Maar in vergelijking met de invloed die bijvoorbeeld het weer op onze waarnemingen heeft, hebben de satellieten maar een heel kleine impact.”

Nog steeds zorgwekkend
Het wil echter zeker niet zeggen dat astronomen zich geen zorgen meer hoeven te maken over Starlink, zo stelt Mróz. Want de nieuwste bevindingen hebben enkel betrekking op de beelden van ZTF. “Voor andere observatoria kan het weer heel anders zijn,” legt Mróz uit. “Astronomen voeren verschillende soorten observaties uit (spectroscopie, deep imaging) en voor elk type observatie moet individueel worden vastgesteld of de wetenschap door de satellieten wordt aangetast.” En dan kan zomaar een heel ander beeld ontstaan, zo bleek in 2020, toen ESO opdracht gaf om uit te zoeken in hoeverre 18 in aanbouw zijnde satellietconstellaties – waaronder Starlink – wanneer ze eenmaal voltooid zijn, van invloed zullen zijn op waarnemingen van huidige en toekomstige optische en infrarode telescopen. Daarbij werd ervan uitgegaan dat die satellietconstellaties samen uiteindelijk uit meer dan 26.000 satellieten zouden bestaan. Het onderzoek wees onder meer uit dat zo’n drie procent van de in de schemering door ESO’s Very Large Telescope en de in aanbouw zijnde Extremely Large Telescope gemaakte beelden door toedoen van satellietstrepen zo de prullenbak in kon. En de in aanbouw zijnde Vera C. Rubin-sterrenwacht – die een groot deel van de nachthemel continu monitort – zou er nog veel meer overlast van ondervinden; van alle belichtingen met deze sterrenwacht wordt – afhankelijk van het jaargetijde en het tijdstip in de nacht waarop de opnames worden gemaakt – tot wel 30 à 50% ernstig gehinderd.

DarkSat
Ook SpaceX heeft inmiddels notie genomen van de zorgen van de astronomische gemeenschap en pogingen gedaan de overlast te beperken. Zo werd er een DarkSat gebouwd: een satelliet die donkerder was en dus minder zonlicht reflecteert en daardoor ook minder goed zichtbaar is. Maar die satelliet bleek meer warmte te absorberen, wat tot dusdanige problemen leidde dat SpaceX van die mogelijke oplossing is afgestapt. En op dit moment wordt er geëxperimenteerd met VisorSat: satellieten met een soort zonnescherm dat er eveneens voor moet zorgen dat er minder zonlicht wordt gereflecteerd. “Onze studie laat zien dat deze satellieten inderdaad minder licht reflecteren dan de originele Starlink-satellieten,” stelt Mróz. Maar ze zijn nog steeds helderder dan gewenst; in 2020 stelden astronomen, beleidsmakers en andere deskundigen tijdens de Satellite Constellations 1-workshop vast dat satellieten in een lage baan om de aarde een maximale magnitude van 7 mochten hebben. De VisorSats zitten op een magnitude van 6.8, wat betekent dat ze helderder zijn dan objecten met een magnitude van 7 (hoe kleiner het magnitudegetal, hoe groter de helderheid). “Daarmee zijn ze niet helder genoeg om met het blote oog te worden waargenomen, maar vallen ze nog net niet onder het door SATCON1 gestelde doel.”

Meer onderzoek naar de effecten die de satellietconstellaties op wetenschappelijk onderzoek kunnen hebben, is hard nodig. Net als vervolgonderzoeken naar manieren om de overlast te verkleinen. Naast SpaceX denken ook astronomen zelf hard na over methoden om de satellietstrepen te vermijden. Software die satellietstrepen maskeert, is daar een mooi voorbeeld van. Maar die aanpak werkt niet altijd – zo kan de spectroscopie, waarbij geen foto’s worden gemaakt, maar het spectrum van licht wordt gemeten, er niets mee. Daarnaast zou software die de locatie van satellieten kan voorspellen, astronomen kunnen helpen om sommige van hun observaties zo te plannen dat de satellieten geen roet in het eten gooien. Maar ook dat is niet altijd dé oplossing; zo werkt die aanpak niet voor observatoria met een breed gezichtsveld die de nachthemel continu moeten monitoren om daar veranderingen op te merken. En zo blijft het dus (gebrekkige) symptoombestrijding. De oorzaak van het probleem is ondertussen bijna niet aan te pakken; er is geen wet die bedrijven ervan weerhoudt om grote hoeveelheden satellieten in een baan om de aarde te plaatsen. En gezien de honderden Starlink-satellieten die al om de aarde cirkelen en de concrete plannen van andere bedrijven om soortgelijke satellietconstellaties te creëren lijkt het erop dat we moeten leren leven met de wetenschap dat de nachthemel niet meer zo ongerept is als enkele decennia geleden en de komende jaren nog verder zal worden aangetast; de niet irreële verwachting is dat er in het komende decennium door verschillende bedrijven tot wel 100.000 satellieten in een lage baan om de aarde zullen worden geplaatst.