¡Quítate del medio! Los satélites y las imágenes del Telescopio Espacial Hubble

• Título original: The impact of satellite trails on Hubble Space Telescope observations
• Autores/as: Sandor Kruk, Pablo García-Martín, Marcel Popescu, Ben Aussel, Steven Dillmann, Megan E. Perks,Tamina Lund, Bruno Merín, Ross Thomson, Samet Karadag y Mark J. McCaughrean 
• Institución del primer autor: Max-Planck Institute for Extraterrestral Physics (MPE), Garching, Alemania
• Estado: Publicado en Nature Astronomy en formato Open Access

Desde su invención hace más de 400 años, los telescopios han sido la herramienta más importante con la que han contado los astrónomos para investigar sobre el cosmos (aunque en los últimos años las computadoras se han colocado al mismo nivel, o incluso en uno superior). Sin embargo, la observación desde la superficie de nuestro planeta tiene un problema fundamental: la atmósfera. Aunque resulta bastante útil para otros aspectos, como por ejemplo permitir respirar a los seres vivos, en términos astronómicos la presencia de la atmósfera es bastante molesta, pues introduce un temblequeo de los rayos de luz llamado seeing que distorsiona la imagen, como puede verse en la Figura 1.

Se han planteado varias alternativas para intentar solucionar este problema, las más exitosas siendo la óptica adaptativa y el lanzamiento de telescopios espaciales. La óptica adaptativa consiste en cambiar muy rápidamente la forma del espejo de un telescopio reflector, de manera de adaptarse y contrarrestar las fluctuaciones causadas por la atmósfera, mientras que para los telescopios espaciales el seeing atmosférico ya no es un problema pues se encuentran fuera de la atmósfera.

Como es de esperarse, se necesitaron y seguirán necesitandose una gran cantidad de recursos para el desarrollo de las tecnologías que permitieron el nacimiento de estos métodos, así como para su operación. Sin embargo, el artículo de hoy analiza uno de los mayores desafíos a los que se enfrenta la astronomía observacional moderna, con la particularidad de que no es un fenómeno natural sino uno introducido por los propios humanos: los satélites artificiales.

Satélites por aquí, satélites por allá

Los satélites artificiales a los que se refieren los autores son cualquier objeto que la humanidad a puesto en órbita alrededor de la Tierra. Desde la puesta en órbita del satélite soviético Sputnik 1 en 1957, el número de satélites en órbita ha aumentado exponencialmente, como puede verse en la Figura 2. No solo esto, sino que la mayoría de estos objetos no son utilizables, sino que forman parte de la denominada chatarra espacial, objetos (ya sea completos o solo partes de ellos) que ya no cumplen ninguna función útil.

Desde la década de los 80 estaba claro para los astrónomos que el aumento de objetos en órbita iba a generar problemas para la observación astronómica. Sin embargo, en la actualidad siguen habiendo pocos estudios que cuantifiquen el impacto de los satélites en las imágenes astronómicas. En este sentido, en el artículo de hoy se presenta un estudio de la presencia de satélites en imágenes obtenidas por el Telescopio Espacial Hubble (HST por sus siglas en inglés), ubicado a unos 530 kilómetros sobre la superficie terrestre en un tipo de órbita llamada órbita terrestre baja (o LEO por sus siglas en inglés). Si bien esta parece una altura muy grande, existen una gran cantidad de satélites con orbitas aún más altas que afectan las observaciones del HST.

Debido a que los satélites se mueven muy velozmente, pueden ser vistos como líneas brillantes en las imágenes del HST, como se ve en la Figura 3. El problema principal es que el gran número de imágenes obtenidas por el HST hace imposible que un único grupo de investigadores las analice para encontrarlas. Para solucionar este problema, los autores iniciaron un proyecto de ciencia ciudadana en el que participaron más de 12000 voluntarios, inicialmente para detectar asteroides, pero también sirvió como base para iniciar la detección de satélites. Con esta base de datos inicial, los autores desarrollan dos métodos basados en la técnica de Deep Learning para detectar satélites en otras imágenes de forma automática. Las técnicas de Deep Learning o Aprendizaje Profundo están dentro de las que se conoce como inteligencia artificial, y consisten en un programa de computadora que es capaz de ser entrenado para reconocer cierto tipo de patrones. En este caso, el programa es entrenado para encontrar líneas brillantes usando las detecciones obtenidas por el trabajo de los voluntarios. Una vez entrenado, el programa puede aplicarse automáticamente a cualquier grupo de imágenes, dando excelentes resultados.

Usando estos métodos, en el artículo se analizan más de 150 mil imágenes, encontrando que en promedio en 2.7% de ellas, o sea unas 4100, se puede observar un satélite artificial. Esta proporción depende de muchos factores, como por ejemplo la duración de la exposición usada para obtener la imagen, la porción de cielo que se mira, etc. En la Figura 4 se puede ver la dependencia de esta fracción para distintas partes del cielo.

Mirando hacia el futuro

Así como no tener una atmósfera alrededor de nuestro planeta beneficiaría mucho las observaciones astronómicas pero sería muy malo para la vida sobre la Tierra, pretender eliminar todos los satélites para el beneficio de la astronomía es un sinsentido. Muchos aspectos de nuestra sociedad dependen de la presencia de un gran número de satélites orbitando la Tierra, como por ejemplo las telecomunicaciones o los sistemas de localización como el GPS.

Sin embargo, este artículo también sirve para encender algunas alarmas a futuro: con el lanzamiento de grandes constelaciones de satélites como Starlink u One Web, el número estimado de objetos con órbitas a alturas mayores a 500 km será de entre 60 y 100 mil en la década del 2030. Usando esos números, los autores estiman que la probabilidad de encontrar satélites en las imágenes astronómicas subirá hasta un máximo del 50%, implicando que muchas de ellas quedarán inutilizables para la investigación. Como dijimos anteriormente, la puesta en funcionamiento y mantenimiento de telescopios terrestres y en órbitas bajas implica una inversión de recursos muy grande, que será parcialmente desperdiciada en este hipotético caso. Una de las principales conclusiones que podemos extraer de este artículo es entonces que es necesaria una regulación general para la puesta en órbita de nuevos satélites y telescopios, así como para remover chatarra espacial.

Pero no solo esto, sino que este artículo también nos muestra la importancia del involucramiento del la sociedad en la ciencia. Como dijimos, el número de imágenes analizado es extremadamente grande, por lo que un único grupo de investigadores hubiera pasado varios años analizándolas para poder llegar a estas conclusiones. El trabajo de miles de voluntarios fue fundamental para el desarrollo de este artículo, así que ¡nuestras felicitaciones para todos ellos!