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¿Deben preocuparnos las megaconstelaciones de satélites?

Crédito de la imagen destacada: ESA.

Si alguna vez han mirado el cielo con la suficiente paciencia y oscuridad, es posible que viesen un punto luminoso en movimiento: probablemente la Estación Espacial Internacional (ISS) o algún satélite de comunicaciones. Puede que incluso desde la ciudad hayan visto un “tren” de satélites, muy brillantes, cruzando el cielo durante unos minutos: son satélites Starlink recién lanzados, de los que hablaremos en este astrobito. Hasta ahora este tipo de avistamientos eran anecdóticos, pero pueden dejar de serlo en el futuro cercano.

El megaproblema de las megaconstelaciones de las megaempresas

Una constelación de satélites es un grupo de satélites artificiales que trabajan coordinadamente. El ejemplo más conocido son las de posicionamiento, como el Global Positioning System (GPS) y sus análogos europeo (Galileo) y ruso (GLONASS). Hasta ahora estas eran las mayores existentes, con 31, 22 y 24 satélites en activo respectivamente. Sin embargo, recientemente varias empresas han manifestado su interés por crear auténticas megaconstelaciones de miles de satélites: Space-X con 30.000, Amazon con 3.000, OneWeb con 48.000, la agencia espacial china… ¡hasta Boeing y Samsung planean unirse a la fiesta! De lograr sus intenciones, en la próxima década podríamos tener más de 100.000 satélites orbitando la Tierra.

Las consecuencias de tener tantos satélites en órbita son varias: desde posibles colisiones que aumenten la basura espacial y el riesgo para futuras misiones espaciales, hasta la pérdida de cielos oscuros para la humanidad. Porque tengamos clara una cosa: el gran problema de las megaconstelaciones es que se verán desde cualquier punto del planeta. Vayas donde vayas, no podrás librarte de ellas. Y esto supone también una amenaza para la astronomía observacional, ya que muchas imágenes obtenidas con los mejores telescopios del mundo son de larga exposición. Esto quiere decir que en vez de tomarse en fracciones de segundo (como al hacerse un selfie) se obtiene durante minutos o incluso horas, ya que con más tiempo de observación podemos detectar objetos más débiles. Pero si durante la adquisición pasa un satélite por el campo de observación, su tremendo brillo hace que la observación que llevaba en marcha durante horas ya no cumpla su objetivo (Figura 1).

Mosaico del cielo estrellado, cruzado de lado a lado por finas líneas rectas blancas a intervalos irregulares.
Figura 1: Efecto del paso de satélites sobre una imagen astronómica. La imagen es una exposición de 333 segundos (unos 5 minutos). Las trazas blancas marcan los puntos por los que los satélites cruzaron el campo de visión del telescopio. Crédito: CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/DECam DELVE Survey.

Una simulación para estudiarlos a todos

Vale pero, ¿cómo de grave es la situación? ¿Podemos cuantificarlo? Esto es precisamente lo que intenta estimar el equipo firmante del artículo de hoy: cuándo, dónde y cómo de brillantes se verán los satélites en cuestión, tanto a simple vista como con telescopios ópticos.

Y dado que estas megaconstelaciones están aún en construcción, la única forma de estudiar a día de hoy sus futuras consecuencias es mediante simulaciones. Así, en el artículo utilizan un modelo de 65.000 satélites distribuídos en torno a la Tierra con entre 300 y 1.200 km de altura (por comparar, los satélites GPS están a unos 20.000 km), y sus órbitas se establecen según la información disponible de las cuatro principales megaconstelaciones (de Space-X, Amazon, OneWeb y Administración Espacial Nacional China). Para simular su brillo, el equipo utiliza una función que depende de la forma y composición del satélite, cuánta luz le llega y en qué dirección, y la distancia a la que se encuentra. Y para establecer valores realistas de brillo, calibran esta función comparando con observaciones reales de satélites Starlink (Space-X) ya en órbita. ¡Voilá! Con el modelo funcionando, ya es posible hacerse una idea general de la situación.

Lo que se nos viene encima en astronomía

El número de satélites observables desde cierto punto terrestre depende de varios factores, pero es importante hacer una distinción: los satélites que vemos son muchos menos de los que en realidad están sobre nuestras cabezas, ya que al no tener luz propia sólo pueden ser visibles cuando reflejan la luz del Sol. Así, suelen verse más durante el amanecer y el anochecer, pero también pueden verse durante el resto de la noche según la estación del año y la latitud desde la que se observe.

Otro aspecto a tener en cuenta es cómo de altos se ven los satélites en el cielo: cuanto más cerca del cénit, mayor brillo. Además, las observaciones astronómicas suelen realizarse por encima de los 30º de altitud, así que los satélites con órbitas que apenas se alzan sobre el horizonte no son excesivamente preocupantes.

Tres figuras similares, cada una con cuatro curvas horizontales con un pronunciado valle en el centro. El eje vertical es numérico y el horizontal, horario. Todas las curvas tienen máximos de entre 300 y 400, llegando a valores mínimos de entre 0 y 100 en torno a las 12 de la noche.
Figura 2: Número de satélites iluminados por encima de los 30º sobre el horizonte, a distintas latitudes y en función del momento de la noche. La línea verde corresponde a una latitud de 20ºN (Hawaii), la azul a 28ºN (Canarias), la violeta a 30ºS (Chile), y la negra a 50ºN (Canadá). A la izquierda se muestra el solsticio de junio, en el centro el equinoccio y en la derecha el solsticio de diciembre. Crédito: Figura 5 del artículo original (Lawler et al. 2021).

Pero vayamos a casos concretos: los tres mayores observatorios del mundo, Hawaii, Chile y Canarias (Figura 2). ¿Qué ocurre allí? En Hawaii (20ºN) aparecen muchos satélites al anochecer y al amanecer pasando por el cénit, pero hay muchas horas sin apenas ninguno. En Chile (30ºS) y Canarias (28ºN) la situación empeora, ya que hay bastantes satélites en el cénit cerca del amanecer y el anochecer en las noches de verano, cuando suele haber mejores condiciones meteorológicas para las observaciones. Pero sin duda alguna la peor parte se la llevan otros observatorios situados a 50º, como en Canadá: aunque durante el equinoccio hay momentos en los que solo aparecen algunos poco brillantes cerca del horizonte, en el solsticio de junio cientos de satélites brillantes alcanzan el cénit durante toda la noche (Figura 3). De hecho, estiman que 1 de cada 10 fuentes visibles en el cielo al amanecer o atardecer serían satélites (1 de cada 20 a medianoche).

Figura 3: Simulación del paso de satélites en un lugar a 50º de latitud durante una noche en el solsticio de verano. Los puntos amarillos son los satélites más brillantes, y los azules los menos brillantes. La letra “N” superior izquierda indica el número de satélites en el cielo, y “Nvis” aquellos que son visibles. Las letras en torno al círculo representan los cuatro puntos cardinales (N, S, E, W para Norte, Sur, Este y Oeste). Fuente: Samantha Lawler.

¿Qué se puede hacer?

Estudios como el que hemos presentado hoy son importantes para ayudarnos a estudiar la situación y sus consecuencias, recopilando datos relevantes que puedan servir para tomar decisiones informadas. De hecho, el equipo tiene su código público en internet para que cualquiera pueda reproducir sus resultados (les recomiendo probar la aplicación si quieren entretenerse un ratito). Pero también es importante estudiar las posibles soluciones, así que en el artículo hacen varias simulaciones para analizar si cambiar la altura de los satélites supondría alguna mejora. Por desgracia, sólo supondría cambiar un problema por otro: si suben (a 1200 km), no se ven a simple vista pero afectan a un mayor rango de latitudes. Si bajan (a 500 km), son más brillantes pero cruzan más rápido el campo de visión afectando menos a las observaciones. No hay una altura mágica que lo solucione todo.

Alternativamente, se podría hacer satélites menos brillantes. De hecho, a raíz de iniciativas de la comunidad científica (que ya dispone de informes con ideas para mitigar sus efectos), algunas empresas han dado pasos en este sentido, usando materiales menos reflectantes o que bloqueen la luz. En cualquier caso, en el artículo se defiende la necesidad de legislación que proteja el cielo nocturno de los efectos de una superpoblación de satélites.

Por otro lado, aunque el artículo de hoy se centra únicamente en el óptico, lo cierto es que el problema afecta gravemente a la comunidad astrofísica que trabaja en longitudes de onda de radio: en estos rangos no importa cuánto se disminuya el brillo de los satélites, ya que lo que contamina las observaciones son las propias señales que emiten.

En definitiva: las megaconstelaciones tienen consecuencias negativas para la astronomía, pero han llegado para quedarse. Por ello, parece necesario llegar a un compromiso entre la comunidad científica y las empresas, de manera que estas puedan existir pero sin condenar a la astronomía observacional y garantizando que el cielo nocturno de calidad seguirá estando ahí para toda la humanidad.

Acerca de Guayente Panizo Espinar

Nací y crecí en la isla de Lanzarote (Canarias, España), y tras completar mis estudios de Física y Astrofísica me embarqué en la aventura del doctorado en el Instituto de Astrofísica de Canarias. Haciendo mi Trabajo Final de Grado conocí las estrellas binarias y fue un flechazo, así que ahora dedico mi tesis a investigar binarias de rayos X poco masivas, principalmente analizando espectros ópticos. Me gusta leer (especialmente ciencia ficción), jugar a rugby y la divulgación.

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