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Missão 'LightCube' da NASA para 'Flash' Earth apesar da ética, preocupações com poluição luminosa

A interpretação de um artista da missão LightCube CubeSat aprovada e selecionada. Quando ativado, um flash óptico será emitido, criando a fonte pontual artificial mais brilhante já feita pela humanidade no espaço. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DO ARIZONA / NASA)

‘Fast Optical Bursts’ confundirá a astronomia terrestre.

A partir de 2021, o planeta Terra está experimentando o céu noturno menos puro da história registrada. Antes do desenvolvimento da iluminação artificial, o olho humano nu podia ver até 6.000 estrelas em uma noite clara e sem lua. Hoje, restam apenas alguns locais nas massas terrestres da Terra – principalmente isolado em poucos Dark Sky preserva ou onde os observatórios profissionais estão localizados – onde a poluição luminosa do solo não reduz severamente o que o olho humano pode ver. O advento da iluminação LED e a falta de equipamentos adequados em nossa infraestrutura global continua a agravar este problema, sem alívio à vista.

No entanto, os últimos dois anos trouxeram outra crise para observadores do céu e astrônomos: agravamento da poluição luminosa por satélites . À medida que um grande número de satélites brilhantes e próximos são lançados para fornecer uma rede global de dados de grande largura de banda e baixa latência, os espectadores do céu noturno – incluindo muitos programas de pesquisa astronômica – têm um novo obstáculo não removível para enfrentar. No entanto, o desenvolvimento mais recente é realmente chocante: NASA aprovou uma missão CubeSat aquilo vai flash deliberadamente o planeta Terra do espaço , tornando-se a fonte pontual de poluição luminosa artificial mais brilhante da história.

O flash dos tubos de xenônio a serem usados ​​no LightCube cubesat, como visto durante um teste das operações do flash. Este sinal, quando ativado no espaço, será a fonte de luz artificial mais brilhante já colocada em órbita pela humanidade. O que parece ser uma lua ou planeta em ascensão é, na verdade, apenas o flash dessa tecnologia, testado a uma distância significativa. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DO ARIZONA)

Em astronomia, existem duas categorias básicas de fenômenos que podemos investigar com as ferramentas observacionais de nosso arsenal.

1. Fenômenos estáticos . Estas são as propriedades dos objetos no céu noturno que você vê que não mudam. Objetos que estão longe o suficiente para que não pareçam se mover em relação a outros objetos no céu, objetos que não variam em brilho e objetos que não sofrem mudanças catastróficas ou cataclísmicas se enquadram nessa categoria. Isso é o que as pessoas mais frequentemente pensam quando pensam em astronomia: objetos imutáveis ​​que você pode ver a qualquer momento e vê-los exatamente como sempre são.
2. Fenômenos transitórios . Basicamente, um fenômeno transitório é qualquer coisa que se move, muda ou vai e vem com o tempo. Objetos próximos, como os do nosso Sistema Solar, são transitórios em posição. As estrelas variáveis ​​não são constantes no tempo. E vários eventos – particularmente em escalas de tempo rápidas, como fusões, explosões, interrupções e colapsos – que causam brilho ou escurecimento rápido também se enquadram na categoria transitória.

O problema com a poluição por satélite é que a presença desses objetos artificiais confunde e limita severamente os tipos de fenômenos transitórios que podemos detectar.

A Estrela Variável RS Puppis, com seus ecos de luz brilhando através das nuvens interestelares. A Estrela Variável RS Puppis, com seus ecos de luz brilhando através das nuvens interestelares. Fenômenos variáveis ​​no Universo, incluindo estrelas que variam no tempo, explosões, erupções, eventos de perturbação das marés, explosões de raios gama, supernovas e fontes ainda não descobertas, todos dependem de imagens contínuas que procuram variações de brilho. As megaconstelações de satélites ameaçam severamente esse tipo de ciência. (NASA, ESA E EQUIPE HUBBLE HERITAGE)

O problema básico é que certos sinais só podem ser extraídos dos dados se eles se destacarem contra o ruído. Para sinais estáticos, não é grande coisa; se você estiver olhando para um objeto e um satélite aparecer em seu detector, basta subtrair os dados de quando o satélite estava presente, além de qualquer tempo adicional em que seu detector esteja saturado do rastro que o satélite deixou nele. Você perderá alguns dados, mas isso pode ser mitigado com tempos de observação mais longos.

No entanto, fenômenos transitórios sofrerão drasticamente. A maneira como detectamos fenômenos transitórios - hoje com observatórios como o Pan-STARRS e o Zwicky Transient Facility, e no futuro com o próximo Vera Rubin Observatory - é com pesquisas automatizadas. Tiramos uma imagem do céu em um determinado local e, pouco tempo depois, tiramos outra imagem idêntica e subtraímos as duas. Qualquer coisa que mudou, iluminou, apareceu, desapareceu ou movida será destacada e armazenada em um banco de dados.

O enorme problema é que os satélites criarão novos transientes ópticos – fontes de ruído – que superam em número e ofuscam as fontes naturais que os astrônomos estão tentando observar e entender. Esses problemas inerentes de hardware, o pior de tudo, não pode ser simplesmente corrigido com software .

Em 18 de novembro de 2019, uma constelação de satélites Starlink passou pelo quadro de observação da Dark Energy Camera a bordo do telescópio de 4m no CTIO. Qualquer técnica que usássemos para subtrair essas trilhas prejudicaria nossa capacidade de detectar asteroides potencialmente perigosos ou medir objetos variáveis ​​no Universo. (CLIFF JOHNSON / CTIO / DECAM)

Desde o lançamento dos primeiros satélites SpaceX Starlink em 2019 – até agora a pior fonte de poluição luminosa baseada em satélites – os astrônomos começaram a se organizar em esforços para ajudar a mitigar esse novo tipo de poluição luminosa. Muitas das principais instituições astronômicas do mundo, incluindo a American Astronomical Society, a National Science Foundation e a International Astronomical Union, têm trabalhado arduamente para convencer os fornecedores de satélites a reduzir o brilho e o número de seus satélites, bem como o impacto na astronomia.

Simultaneamente, eles estão trabalhando para a regulamentação global desses satélites, inclusive em nível internacional com organizações como as Nações Unidas. O impacto até agora na astronomia já foi substancial, mas com o próximo Observatório Vera Rubin e o enorme telescópio automatizado em seu coração, o Large Synoptic Survey Telescope (LSST), mesmo o cenário mais otimista resultará em uma perda de aproximadamente ~ 20% dos objetos mais importantes, afetando desproporcionalmente esforços como rastreamento de asteróides potencialmente perigosos.

O número de satélites visíveis durante a noite astronômica de uma constelação simulada de 10.000 satélites a 500 km de altitude (laranja) e 1.000 km de altitude (azul). Observe como a sombra da Terra reduz o impacto dos satélites de baixa altitude a zero por algumas horas durante a noite, mesmo durante o verão, enquanto a constelação de maior altitude nunca atinge essa marca. (PAT SEITZER, APRESENTADO EM AAS237)

No início, poder-se-ia afirmar que essas dificuldades eram imprevistas e imprevisíveis, como a SpaceX fez inicialmente . Nos últimos dois anos, no entanto, a comunidade astronômica dedicou uma enorme quantidade de tempo e esforço para educar o público e as indústrias relevantes sobre a poluição por satélite e os esforços potenciais de mitigação; neste momento, não há desculpa para não pensar e contar com essas questões. De fato, o segundo workshop sobre constelações de satélites nos Estados Unidos, SatCon2, foi anunciado para meados de julho de 2021 .

E, no entanto, a NASA acaba de anunciar sua 12ª rodada de candidatos selecionados para missões espaciais CubeSat , e uma das seleções, da Universidade Estadual do Arizona , é o LightCube: um satélite explicitamente projetado para enviar um sinal óptico brilhante a qualquer membro do público na Terra a qualquer momento que o solicite. Você pode pensar que não há razão para a NASA se preocupar com a poluição dos satélites (já que está no espaço e não no solo), mas mesmo um telescópio tão famoso quanto o Hubble foi fotobombado por um satélite Starlink enquanto coletava dados.

Enquanto observava alvos no cinturão de Kuiper em 2 de novembro de 2020, um satélite Starlink passou pelo campo de visão do Hubble. O Starlink 1619 passou a 80 quilômetros do Hubble nesta data, criando uma faixa com 189 pixels de largura nesta imagem. Dado que a frota principal da Starlink cruza apenas 12 km acima da altitude operacional do Hubble, muitas outras dessas photobombs são esperadas. (NASA/HUBBLE/SIMON PORTER)

O próprio LightCube parece ser um projeto dirigido por estudantes com um objetivo simples e aparentemente inócuo: permitir que os operadores de rádio amadores se comuniquem com o satélite. Qualquer pessoa com o licenciamento de rádio amador apropriado – e com equipamento que custe menos de US$ 50 para obter – poderá telecomandar o satélite LightCube. Através de um simples rastreamento com um aplicativo, o usuário poderá transmitir um sinal para o LightCube, e sua recompensa será um flash de luz, criado a partir da espaçonave usando tubos de xenônio, tão brilhante que será claramente visível do solo .

De acordo com Dr. Danny Jacobs , diretor associado de laboratórios da Iniciativa Interplanetária da ASU,

Esta é uma missão baseada na educação. Nosso objetivo ao construir e lançar uma espaçonave que possa ser comandada pelo público é inspirar todos a aprender sobre telecomunicações, projeto de espaçonaves, ciência atmosférica e climática e mecânica orbital.

Tudo isso soa bem, é claro, e é um objetivo valioso na educação científica. Mas, como todos os projetos, o conjunto completo de efeitos, incluindo efeitos indesejados, deve ser levado em consideração ao avaliar tal proposta.

Esta imagem dupla mostra a emissão de GRB 080319B, fotografada pelo Telescópio de Raios-X Swift (L) e, posteriormente, seguida pelo Telescópio Óptico/Ultravioleta (R). Esta foi a explosão de raios gama mais brilhante já registrada na época e era tão brilhante que, por cerca de 30 segundos em 19 de março de 2008, era visível a olho nu. Explosões ópticas como essa são extremamente raras, e uma explosão óptica rápida nunca foi vista naturalmente, mas as artificiais podem chegar primeiro se não tomarmos cuidado. (NASA/SWIFT/STEFAN IMMLER, ET AL.)

Do ponto de vista de um observatório astronômico, o que eles verão será o equivalente a um tipo específico de sinal transitório que foi procurado, mas nunca antes visto, na natureza: uma rápida explosão óptica. Assim como os astrônomos descobriram por acaso rajadas de rádio rápidas, foi teorizado que um equivalente ou contraparte de luz visível também pode ser criado. Os astrônomos têm procurado por eles, embora sem sucesso, e agora haverá uma fonte de ruído que os imitará com precisão.

As desvantagens são extremas. Em termos de poluição luminosa:

• todas as pesquisas de grande área serão afetadas, pois qualquer sinal gerado pelo LightCube enquanto estiver acima do horizonte para qualquer observatório terrestre pode interferir nas observações científicas,
• o brilho do LightCube será extremo, a par dos sinais de luz dos planetas mais brilhantes, saturando os detectores e tornando-os inutilizáveis ​​por algum tempo após a emissão de cada flash,
• o satélite pode ser ativado por qualquer pessoa a qualquer momento, o que significa que não é possível prever quando ou onde essas rajadas ópticas ocorrerão,
• e que isso é um péssimo exemplo para todos os provedores de satélite atuais e futuros, pois demonstra uma falta de preocupação dentro da comunidade por questões que são de vital importância para um empreendimento sustentado de astronomia terrestre.

O LSST no observatório Vera C. Rubin, mostrado aqui em uma foto de 2018, está sendo construído e se aproximando da prontidão para suas primeiras observações. Mesmo que o escurecimento dos satélites ocorra de acordo com os planos declarados da SpaceX, este observatório de classe mundial e primeiro de seu tipo será forçado a alterar suas operações para explicar o Starlink. A adição do LightCube da NASA é apenas um insulto à empresa. (LSST PROJECT/NSF/AURA)

A coisa frustrante sobre este projeto é que os objetivos dele são completamente razoáveis, mas que a implementação é horrível. De todas as coisas que se pode escolher fazer para alertar ou comunicar o sucesso ao usuário - quais outros CubeSats, como Foras Promineo de um distrito escolar local em Sandusky, Ohio , fazem com sucesso - por que a equipe LightCube escolheu um sinal óptico incrivelmente brilhante e disruptivo? Por que não há medidas embutidas para impedir a ativação do satélite quando é visível a partir de observatórios terrestres? E por que o sinal tinha que estar no óptico?

Além disso, por que uma instituição proeminente como a Arizona State University proporia essa missão? Onde estava a supervisão do corpo docente deste projeto patrocinado pelos alunos? Como a NASA acabou selecionando esse projeto em particular sem exigir mudanças para mitigar os efeitos na astronomia terrestre?

Nenhuma dessas perguntas tem boas respostas, e levanta bandeiras vermelhas sobre o brilho dos satélites e os efeitos sobre a poluição luminosa, e também sobre a ética - ou a falta dela - de roubar todos os habitantes da Terra do céu noturno escuro que é nosso multi. -patrimônio de bilhões de anos.

O design do LightCube é muito simples: um pequeno cubo com células solares, uma antena, uma extremidade ponderada e um flashtube de xenônio com eletrônica dentro. No entanto, seus efeitos de poluição luminosa serão poderosos, bem como extremamente desnecessários. (UNIVERSIDADE DO ESTADO DO ARIZONA)

Você pode argumentar que a situação seria diferente se houvesse um enorme benefício – cientificamente ou tecnologicamente – para esta missão em particular, mas não há nenhum. Não há ciência a ser adquirida com esta missão; seu único valor está na educação para um pequeno e específico subconjunto de entusiastas: operadores de rádio amador HAM. Normalmente, quando tais missões são propostas, deve haver uma coordenação significativa para evitar interferências. No entanto, na banda óptica, não existem regulamentos em vigor como existem para o rádio.

Anunciado como uma missão educacional, é realmente apenas uma demonstração divertida de que você pode ver o que comanda no espaço a partir do solo. No entanto, as desvantagens são enormes, pois este satélite será o único contribuinte mais brilhante para a poluição luminosa artificial quando estiver ativo. Pior de tudo, contribui para um problema crescente das próprias organizações – NASA e membros da comunidade astronômica – que deveriam dar o exemplo de como se comportar com responsabilidade.

O investigador principal do LightCube, Jaime Sanchez de la Vega, com um protótipo inicial do LightCube e um rádio portátil e uma antena que podem ser usados ​​para se comunicar com a espaçonave. (JAIME SANCHEZ DE LA VEGA / UNIVERSIDADE DO ESTADO DO ARIZONA)

Existem todos os tipos de poluição que criamos onde não consideramos os efeitos nocivos até que seja tarde demais para reverter o curso. A ideia de ver um sinal do espaço que é ativado explicitamente por um usuário humano, mas que afetará todos os observadores terrestres que tenham uma linha de visão clara desse satélite, é inconcebível para um astrônomo. Temos regulamentos extremamente rígidos sobre cidades, infraestrutura e fontes de luz terrestres perto de um observatório, e agora é evidente que mesmo um projeto dirigido por estudantes, mesmo um aprovado pela NASA, pode contornar todo esse trabalho duro com um projeto mal considerado decisão.

A verdade deve ser mais aparente do que nunca: precisamos de diretrizes, regulamentação e consistência quando se trata de preservar o céu noturno para toda a humanidade. Amadores e profissionais se beneficiam de céus claros e escuros, assim como todos os humanos e animais. O verdadeiro valor dos céus escuros e intocados nunca foi quantificado, mas os efeitos nocivos de perder nossa escuridão foram medidos na saúde, sono e longevidade de humanos e outras criaturas vivas. Todos somos livres para viver e criar exatamente como escolhemos, mas não à custa da saúde, bem-estar e liberdade dos outros.

Você pode visitar o Site LightCube aqui .

Começa com um estrondo é escrito por Ethan Siegel , Ph.D., autor de Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .

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