Comprendre les impacts sur l’astronomie des constellations de satellites

Crédit : NSF’s National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory/CTIO/AURA/DELVE

En juin 2019, l’Union astronomique internationale (IAU) s’est déclarée préoccupée par l’impact négatif que les méga-constellations prévues des satellites de communication pourrait avoir sur les observations astronomiques et sur l’apparence non contaminée du ciel nocturne lorsqu’il est observé depuis une région sombre et peu éclairée. Nous présentons ici un résumé de la compréhension actuelle de l’impact de ces constellations de satellites.

Suite à la déclaration de juin 2019, le Comité exécutif de l’IAU a demandé à la Commission B7 de l’IAU Protection des sites d’observation existants et potentiels et au Groupe de travail sur la protection du ciel nocturne, de procéder à une évaluation de la situation et à entamer des discussions avec les entreprises chargées des lancements et de l’exploitation des méga-constellations afin d’étudier des mesures pour atténuer leurs interférences.

La Commission B7 a demandé la contribution d’astronomes de différentes organisations (Observatoire Vera C. Rubin, Université du Michigan, CAHA, ESO et ESA) ayant des compétences pour modéliser la fréquence, l’emplacement et la luminosité des méga constellations de satellites. Certains de ces résultats sont présentés ci-dessous. Les résultats des simulations, étant donné le grand nombre de paramètres impliqués et les hypothèses et incertitudes associées, doivent être considérés comme préliminaires.

• Bien qu’il existe une grande incertitude quant au nombre futur de satellites, certaines simulations ont été réalisées sur la base d’un large échantillon de plus de 25 000 satellites provenant de constellations de satellites représentatives de différentes sociétés. Avec cet échantillon, le nombre de satellites au-dessus de l’horizon à un moment donné serait compris entre ~1500 et quelques milliers, selon la latitude. La plupart d’entre eux apparaîtront très près de l’horizon, seuls quelques-uns passant directement au-dessus de nous ; par exemple, environ 250 à 300 auraient une élévation de plus de 30 degrés sur l’horizon (c’est-à-dire là où le ciel est dégagé des obstructions et où la plupart des observations astronomiques sont effectuées). La grande majorité d’entre eux seront trop faibles pour être visibles à l’œil nu [1] [2] [3].

• Lorsque le Soleil est à 18 degrés sous l’horizon (c’est-à-dire lorsque la nuit devient sombre), le nombre de satellites illuminés au-dessus de l’horizon serait d’environ 1000 (avec environ 160 à des élévations supérieures à 30 degrés). Le nombre diminue encore vers le milieu de la nuit, lorsque davantage de satellites se trouvent dans l’ombre de la Terre (par exemple, pas de lumière solaire réfléchie) [1] [2] [3].

• Pour le moment, il est difficile de prédire combien de satellites illuminés seront visibles à l’œil nu, en raison des incertitudes dans leur réflectivité réelle (également depuis que des expériences sont menées par SpaceX pour réduire la réflectivité d’un satellite Starlink en adoptant différents revêtements). L’apparence du ciel nocturne vierge, en particulier lorsqu’il est observé à partir de sites sombres, sera néanmoins modifiée, car les nouveaux satellites pourraient être beaucoup plus lumineux que les objets artificiels déjà en orbite. L’interférence avec la vue non contaminée du ciel nocturne sera particulièrement importante dans les régions du ciel proches de l’horizon et moins évidentes à haute altitude [1] [2].

• Les trains de satellites proéminents («colliers de perles»), souvent vus dans les images et les vidéos, sont significativement visibles immédiatement après le lancement et pendant la phase d’élévation de l’orbite et sont considérablement plus lumineux qu’à leur altitude et orientation opérationnelles. L’effet global dépend de la durée des satellites dans cette phase et de la fréquence des lancements [2].

• Outre leur visibilité à l’œil nu, on estime que les traînées des satellites d’une constellation seront suffisamment lumineuses pour saturer les détecteurs modernes des grands télescopes. Les observations astronomiques scientifiques à large champ seront donc gravement affectées. Par exemple, dans le cas des relevés rapides à large champ modernes, comme ceux qui doivent être effectués par l’Observatoire Rubin (anciennement LSST), on estime que jusqu’à 30% des images de 30 secondes pendant les heures crépusculaires pourraient être affectées. Les instruments avec un champ de vision plus petit seraient moins affectés. En théorie, les effets des nouveaux satellites pourraient être atténués en prédisant avec précision leurs orbites et en interrompant les observations, si nécessaire, pendant leur passage. Le traitement des données pourrait alors être utilisé pour «nettoyer» davantage les images résultantes. Cependant, le grand nombre de traînées pourrait créer des frais généraux importants et compliquer la programmation et le fonctionnement des observations astronomiques [1] [3].

Un résumé des conclusions et des actions entreprises jusqu’à présent est présenté dans un thème spécifique de l’IAU.

Cette déclaration a mis l’accent sur les longueurs d’onde optiques. Il ne s’agit pas de minimiser l’effet sur les gammes de longueurs d’onde radio et submillimétrique, qui est toujours à l’étude. L’IAU considère que les conséquences des constellations de satellites sont inquiétantes. Elles auront un impact négatif sur les progrès de l’astronomie au sol, l’astronomie radio, optique et infrarouge, et nécessiteront de détourner les ressources humaines et financières de la recherche fondamentale vers l’étude et la mise en œuvre de mesures d’atténuation.

Une grande attention est également accordée à la protection de la vue non contaminée du ciel nocturne dans les endroits sombres, qui devrait être considérée comme un patrimoine humain mondial non négociable. Il s’agit de l’un des principaux messages communiqués sur le site web dédié IAU-UNESCO concernant le patrimoine astronomique.

Afin d’atténuer les impacts des constellations de satellites susceptibles d’interférer avec les observations astronomiques professionnelles et amateurs, l’IAU, en étroite collaboration avec l’American Astronomical Society (AAS), continuera à entamer des discussions avec les agences spatiales et les sociétés privées qui prévoient de lancer et exploiter les constellations de satellites actuellement prévues et futures.

L’IAU note qu’il n’existe actuellement aucune règle ou directive convenue au niveau international sur la luminosité des objets artificiels en orbite. Si, jusqu’à présent, ce sujet n’était pas considéré comme un sujet prioritaire, il devient de plus en plus pertinent. Par conséquent, l’IAU présentera régulièrement ses conclusions lors des réunions du Comité des Nations Unies pour les utilisations pacifiques de l’espace extra-atmosphérique (COPUOS), attirant l’attention des représentants du gouvernement mondial sur les menaces posées par toute nouvelle initiative spatiale sur l’astronomie et la science en général. En outre, le thème spécifique des mégasatellites sera inclus dans le programme de la Conférence IAU / UNOOSA / IAC Ciel sombre et calme pour la science et la société, qui se tiendra à Santa Cruz de La Palma, aux Îles Canaries en Espagne, les 5 et 8 octobre 2020.

L’IAU souligne que le progrès technologique n’est rendu possible que par des progrès parallèles des connaissances scientifiques. Les satellites ne fonctionneraient ni ne communiqueraient correctement sans les contributions essentielles de l’astronomie et de la physique. Il est dans l’intérêt de tous de préserver et de soutenir les progrès des sciences fondamentales telles que l’astronomie, la mécanique céleste, la dynamique orbitale et la relativité.

Notes
[1] Hainaut, Olivier (ESO), 2020, On the impact of satellite mega-constellations on astronomical observations, soumis pour publication dans Astronomy & Astrophysics.

[2] Seitzer, Pat (Université du Michigan), 2020, présentation au comité consultatif d’astronomie et d’astrophysique de la National Science Foundation des États-Unis.

[3] Galadí-Enríquez, David (Observatoire Calar Alto), 2020, Simulation géométrique de la visibilité de la constellation de satellites Starlink à partir d’observatoires optiques au sol: LSST en tant qu’étude de cas, rapport d’étape, communication privée.

Plus d’information
L’IAU est l’organisation astronomique internationale qui rassemble plus de 13 500 astronomes professionnels de plus de 100 pays à travers le monde. Sa mission est de promouvoir et de sauvegarder l’astronomie sous tous ses aspects, y compris la recherche, la communication, l’éducation et le développement, grâce à la coopération internationale. L’IAU sert également d’autorité internationalement reconnue pour attribuer des désignations aux corps célestes et aux caractéristiques de surface qui s’y trouvent. Fondée en 1919, l’IAU est le plus grand organisme professionnel au monde pour les astronomes.

Contacts
Piero Benvenuti – Advisor, IAU Executive Committee
Courriel : piero.benvenuti@unipd.it

Connie Walker – Président Commission B7
Courriel : cwalker@noao.edu

Lars Lindberg Christensen – IAU Press Officer
Tucson, USA
Tel : +1 520 318 8590 – Mobile : +1 520 461 0433
Courriel : lchristensen@aura-astronomy.org