Roberto Furfaro (a sinistra) e Vishnu Reddy (a destra), entrambi professori alla University of Arizona e coautori dell’articolo pubblicato su Mnras sulla caratterizzazione fotometrica dei satelliti Starlink. Crediti: University of Arizona
Man mano che il numero di satelliti artificiali delle megacostellazioni aumenta, soprattutto di quelli in orbita bassa, cresce anche la preoccupazione per il loro impatto sulle osservazioni astronomiche. Per quantificare in modo puntuale il problema, ed eventualmente fornire elementi che possano aiutare a mitigarlo, un team di studenti e docenti dell’Università dell’Arizona (Usa) ha realizzato uno studio completo di tracciamento e caratterizzazione della luminosità di questi satelliti utilizzando un sensore ad hoc, sviluppato per misurare la luminosità, la velocità e i percorsi dei satelliti nel cielo. I risultati, pubblicati la settimana scorsa su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, potrebbero essere utili agli astronomi per pianificare le osservazioni in modo da evitare che le scie luminose finiscano per contaminare le immagini a lunga esposizione.
Fra gli autori dello studio c’è anche Roberto Furfaro: originario di Roccella Jonica, laureato alla Sapienza ma da 25 anni in Arizona, dov’è oggi professore di sistemi spaziali, Furfaro ha lavorato e lavora tutt’ora con la Nasa sull’esplorazione del Sistema solare, in particolare Marte e asteroidi (gliene è stato anche dedicato uno, 2003 WX, rinominato appunto 133474 Roberto Furfaro). È stato alla guida del system engineering per il processamento dei dati di Osiris-Rex, è ora a capo del target follow-up team per la missione Nasa Neart-Earth Object Surveyor. Attualmente si occupa soprattutto delle applicazioni dell’intelligenza artificiale per la guida e il controllo dei satelliti.
Come mai avete deciso di cimentarvi in quest’impresa di caratterizzazione e catalogazione delle costellazioni satellitari?
«A seguito delle serie preoccupazioni avanzate nel 2019 dall’International Astronomical Union (Iau) circa il crescente numero di satelliti in orbita bassa dispiegati come parte di “mega-costellazioni”. Per la Iau, un cielo scuro e stellato, esente da interferenze sia ottiche che radio, è fondamentale per l’osservazione dell’universo e rappresenta una risorsa per tutta l’umanità. I problemi sono essenzialmente due. Il primo è legato al fatto che le superfici dei satelliti artificiali sono composte da metallo altamente riflettente. La riflessione della luce solare dopo il tramonto e prima dell’alba fa apparire questi oggetti artificiali come punti che si muovono lentamente, e sono altamente problematici per le osservazioni fatte dai grandi telescopi, che tendono a essere sensibilissimi. Il secondo è che provocano interferenze radio con le onde che provengono dall’universo».
Quali costellazioni di satelliti avete tracciato?
«Abbiamo lavorato sulla costellazione Starlink, perché considerando le dimensioni e il numero di satelliti è quella che provoca maggiori preoccupazioni. Nessuno ha mai fatto uno studio approfondito e accurato della luminosità di tali oggetti e dell’impatto sull’osservazione dell’universo. Pertanto abbiamo osservato 61 satelliti durante un periodo di 16 mesi, collezionando 353 osservazioni, e analizzato i dati».
Luminosità, velocità e tragitto nel cielo: questi i parametri che avete raccolto per ogni satellite. Come avete fatto? Quale strumento avete usato, intendo?
«I satelliti della costellazione Starlink volano ad orbita bassa e sono estremamente luminosi. Anche telescopi di piccole dimensioni tipicamente disegnati per osservare tali satelliti saturano facilmente. Abbiamo dunque dovuto assemblare uno strumento specifico che avesse i giusti requisiti di sensitività e apertura. Abbiamo usato una camera Cmos accoppiata con un sistema ottico di 135mm con ampio campo visivo, in maniera da collezionare immagini per frazioni di secondo durante il tracciamento siderale, così da evitare scie nell’immagine. Da qui abbiamo estratto, appunto, la luminosità, la velocità e il percorso in cielo».
La prima autrice dell’articolo, Grace Halferty, laureanda in ingegneria aerospaziale e meccanica alla University of Arizona. Crediti: Kyle Mittan/University Communications
Non sono dati che erano già noti? Cosa c’è di nuovo nelle vostre misure?
«Allo stato attuale non ci sono cataloghi che continuamente riportano la luminosità (o fotometria) di satelliti artificiali. Cataloghi come Norad tipicamente riportano parametri orbitali, ovvero posizione e velocità, codificati in un sistema chiamato Tle o Two-Line Elements. I Tle vengono aggiornati giornalmente per tracciare il satellite, ma la luminosità non è catalogata».
In che modo i vostri dati potranno aiutare gli astronomi a contenere l’impatto delle costellazioni satellitari sulle osservazioni?
«Lo studio riporta dati accurati della luminosità della costellazione, e la conoscenza di tali dati può portare a elaborare piani di osservazione alternativi per evitare l’inquinamento ottico e la saturazione degli strumenti. Ma può anche incoraggiare le organizzazioni governative a stabilire regole precise su come evitare il problema, per esempio forzando le aziende satellitari a usare configurazioni o materiali appropriati. In questo senso, SpaceX sta già cercando di alleviare il problema»
Come?
«Per esempio, l’azienda di Elon Musk ha iniziato a sperimentare rivestimenti della struttura satellitare che riflettano pochissima luce. Lo abbiamo osservato sul loro prototipo DarkSat, documentandone la riduzione di luminosità. Purtroppo pare che ciò abbia causato problemi termici ai satelliti. La seconda generazione di satelliti progettati per ridurre il problema, chiamata VisorSat, usa invece usa visiere per deviare la luce in altre direzioni, e ultimamente sembra essere più efficace, come riportato dal nostro studio, anche se pare che crei problemi di comunicazione satellitare. Come riportato nell’articolo, abbiamo concluso che con una pausa del telescopio di circa 10 secondi durante il passaggio del satellite si evita la contaminazione. Cosa comunque problematica per grandi telescopi che scansionano la volta celeste costantemente durante la notte».
SpaceX è al corrente della vostra attività? Vi capita di interagire con loro?
«Allo stato attuale non abbiamo un canale aperto di comunicazione con SpaceX, per cui tutto il lavoro è stato fatto in modo indipendente».
Fra gli autori dello studio ci sono anche alcuni suoi studenti. Com’è stato lavorare con loro e arrivare a pubblicare su Mnras?
«L’Università dell’Arizona è all’avanguardia nell’osservazione e nel processamento di dati per satelliti artificiali. Siamo capaci di monitorare satelliti che operano dall’orbita bassa fino allo spazio vicino alla Luna. Nel 2015 ho fondato un programma per la space domain awareness, e allo stato attuale abbiamo ricevuto dalle forze aeree e spaziali americane un finanziamento che complessivamente supera gli 11 milioni di dollari. Abbiamo appena creato un centro di eccellenza chiamato Space Safety, Security & Sustainability Center (Space4C) che è stato approvato qualche giorno fa per un ulteriore finanziamento dallo stato dell’Arizona per 10 milioni di dollari nei prossimi cinque anni di cui il professor Vishnu Reddy, coautore dell’articolo, e io siamo rispettivamente direttore e vicedirettore. Insieme al professor Reddy abbiamo creato un gruppo di ricerca congiunto che include studenti di tutti i livelli (laurea breve, magistrale, dottorandi e post-dottorandi), oltre a figure tecniche professionali che sostengono continuamente la ricerca nel campo dell’osservazione e tracciamento satellitario. Tutti gli studenti sono attivamente coinvolti nella ricerca e pubblicano insieme a noi su riviste prestigiose. Nello specifico, l’idea è venuta al professor Reddy: ci siamo seduti a tavolino e abbiamo coinvolto due studenti, uno di primo livello e uno di dottorato, che hanno assiduamente lavorato al progetto. Credo che con noi gli studenti abbiano opportunità enormi a tutti i livelli».
Per saperne di più:
- Leggi su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society l’articolo “Photometric characterization and trajectory accuracy of Starlink satellites: implications for ground-based astronomical surveys”, di Grace Halferty, Vishnu Reddy, Tanner Campbell, Adam Battle e Roberto Furfaro