L’osservazione tramite telescopi al suolo resta fondamentale per la ricerca astronomica di base, quindi preservare l’osservabilità del cielo notturno è prioritario. Purtroppo l’inquinamento luminoso del cielo ha già reso non conveniente l’utilizzo di grandi telescopi dai paesi più avanzati. Per questo ed altri motivi legati al seeing un grande osservatorio come l’ESO (l’Osservatorio Australe Europeo), è stato realizzato nel deserto di Atacama in Cile.

Purtroppo anche il costante aumento dei satelliti in orbita attorno alla Terra comincia ad essere un problema per gli astronomi, come nel caso dei satelliti Starlink. Il progetto della costellazione di satelliti Starlink è stato sviluppato della società statunitense SpaceX. Lo scopo principale del progetto è creare una rete satellitare ad alte prestazioni per consentire l’accesso a Internet a banda larga da ogni angolo del pianeta. I primi 60 satelliti della costellazione sono stati lanciati usando un razzo Falcon 9 da Cape Canaveral a fine maggio 2019. Il completamento è previsto entro il 2027.

Complessivamente, quando la costellazione sarà completa, saranno in orbita 11927 satelliti. La distribuzione delle orbite non è la stessa per tutti i satelliti. In prima approssimazione ci saranno tre gruppi di satelliti anche se tutti in LEO (Low Earth Orbit), ossia con quote orbitali al di sotto dei 2000 km. Il primo gruppo di 7518 satelliti orbiterà a circa 340 km di altezza sulla superficie terrestre (inclinazione dell’orbita sull’equatore terrestre di 53°), il secondo costituito da 1584 elementi si troverà a circa 550 km (inclinazione media dell’orbita di 48°), infine il terzo di 2825 satelliti orbiterà attorno a 1200 km di quota (inclinazione media dell’orbita di 70°).

Attualmente in orbita attorno alla Terra ci sono 2.000 satelliti operativi e circa 16.000 space debris (ossia satelliti non operativi, stadi di razzi, frammenti di satelliti ecc), aggiungerne altri 12.000 aumenterebbe del 67% la popolazione di oggetti esistenti: si tratta quindi di un contributo non trascurabile all’attuale popolazione satellitare. Gli Starlink comunicheranno con il suolo usando onde radio con frequenze attorno ai 10 Ghz creando interferenze con le osservazioni fatte attraverso i radiotelescopi, ma creeranno problemi anche ai telescopi ottici al suolo. In effetti la IAU (International Astronomical Union) è preoccupata di come potranno andare le cose. In un recente comunicato stampa della Commissione B7 (Commission Protection of Existing and Potential Observatory Sites) scrive:

<<Satellite constellations can pose a significant or debilitating threat to important existing and future astronomical infrastructures, and we urge their designers and deployers as well as policy-makers to work with the astronomical community in a concerted effort to analyse and understand the impact of satellite constellations. We also urge appropriate agencies to devise a regulatory framework to mitigate or eliminate the detrimental impacts on scientific exploration as soon as practical.>>

In futuro un coordinamento preventivo fra le agenzie spaziali commerciali e l’IAU appare necessario! Cerchiamo di capire quanto sarà grave il problema stimando le condizioni di visibilità al suolo di questi satelliti e il loro numero per grado quadrato.

Osservabilità degli Starlink dal suolo

In generale un satellite artificiale è visibile dal suolo quando sulla superficie terrestre il Sole è tramontato, ma il satellite riceve ancora luce perché si trova a un’altezza maggiore. Quindi un satellite artificiale è tanto più a lungo visibile quanto più è elevata l’altezza della sua orbita. Il satellite diventa invisibile solo quando entra nel cono d’ombra della Terra. Per focalizzare le idee supponiamo di essere all’equatore, con il satellite in orbita equatoriale e nel periodo dell’equinozio.

Gli Starlink che si trovano a una quota attorno ai 340 km di quota saranno osservabili fino a 2h 24 m (2,4 h) dopo il tramonto del Sole. Considerato che la notte astronomica inizia circa 1 h 42 m (1,7 h) dopo il tramonto del Sole si hanno 42 minuti di tempo osservativo con possibili satelliti nel campo di vista. Ovviamente ci sono altri 42 minuti persi verso l’alba. Questo vuol dire che su una notte astronomica media di circa 9 h (il periodo notturno utile all’osservazione), andrà perso circa il 15% del tempo osservativo se si vuole evitare che la scia luminosa lasciata dal passaggio di qualche satellite rovini le immagini astronomiche. Visto che questi satelliti saranno osservabili fra ± 53° di latitudine, in cielo occuperanno circa 32.946 gradi quadrati dei 41.253 gradi quadrati che misura tutta la sfera celeste. Di conseguenza, supponendo che siano uniformemente distribuiti, in media ne saranno osservabili circa 442 dopo l’inizio della notte astronomica e prima della sua fine. Gli Starlink a circa 550 km di quota saranno osservabili più a lungo rispetto ai primi perché sono a quota maggiore. Arriveranno a circa 3 ore dopo il tramonto del Sole e saranno visibili circa 3 ore prima del suo sorgere. Su una notte astronomica di circa 9 ore vuol dire non osservare per il 29% del tempo utile. Globalmente e con le stesse ipotesi di prima, saranno visibili in media 172 satelliti. Infine, gli Starlink a circa 1200 km di quota saranno osservabili fino a 4h 14m dopo il tramonto del Sole e lo stesso tempo prima dell’alba. Qua la perdita di tempo osservativo arriva a 5 h, ossia circa il 56% su una notte astronomica di 9 h. Saranno visibili in media 589 satelliti. L’effetto complessivo della costellazione Starlink sarà cumulativo quindi, in media, il numero totale di satelliti osservabili nella notte astronomica (all’inizio e alla fine) sarà di circa 1200 satelliti. Entro i ± 50° di latitudine si potranno osservare in media 0,35 satelliti/grado quadrato ossia un satellite ogni circa 3 gradi quadrati, tendenzialmente verso ovest alla sera e verso est al mattino.

Il telescopio Flyeye e gli Starlink

Ora che abbiamo precisato meglio la percentuale della notte osservativa che potrebbe essere ostacolata dalla presenza di questi satelliti vediamo il problema per un telescopio a grande campo di vista. Per fare un esempio pratico restiamo in campo asteroidale. Consideriamo un telescopio innovativo come il Flyeye dell’ESA, ha un metro di diametro ed è progettato appositamente per la “caccia” agli asteroidi NEA (quelli a rischio impatto con la Terra). Questo telescopio ha un campo di vista di ben 45 gradi quadrati, quindi potrà riprendere contemporaneamente circa 16 satelliti, anche quelli completamente invisibili ad occhio nudo! Le scie luminose lasciate da questi oggetti rovineranno l’immagine a grande campo rendendo molto più complicata la detection di eventuali NEA, specie quelli a bassa elongazione dal Sole ossia osservabili a ovest alla sera e a est al mattino (vedi Figura 2).