Обсерватория Веры Рубин (VRO) отличается от других крупных телескопов, и это отличие делает её более уязвимой для космического мусора. Другие телескопы, такие как Гигантский Магелланов телескоп и Европейский сверхбольшой телескоп, нацелены на далёкие объекты. Но задача VRO — в течение десяти лет многократно снимать всё доступное ночное небо, выявляя переходные и переменные объекты.
И весь космический мусор может выглядеть как сборище переменных объектов, ухудшая зрение VRO и загрязняя его результаты.
В новой научной заметке, ожидающей публикации, гарвардский физик и астроном Ави Лоеб указывает, как космический мусор повлияет на работу VRO. Статья называется «Вспышки от космического мусора на снимках LSST». LSST — это Legacy Survey of Space and Time, основной проект VRO по наблюдениям.
Проблема связана с космическим мусором, а также с исключительной чувствительностью VRO, которая является важнейшей составляющей её успеха. «Благодаря исключительной чувствительности обсерватории, мы прогнозируем, что её предстоящие изображения LSST будут загрязнены многочисленными вспышками от космического мусора сантиметрового размера на низких околоземных орбитах (LEO)», — пишет Лоеб. «Ожидается, что вспышки миллисекундной длительности от этих объектов НОО приведут к появлению заметных полос изображения длиной в несколько дуг с величиной AB ярче 14».
На этом видео NASA показан космический мусор, вращающийся вокруг Земли. Очевидно, что масштаб мусора не соответствует масштабу Земли, но он показывает места наибольшего скопления орбитального мусора.
Как всем известно, проблема космического мусора усугубляется. По данным ЕКА, по состоянию на 6 декабря 2023 года на орбите Земли находилось 130 миллионов объектов размером 0,1-1 см. Также там есть миллион объектов размером от 1 до 10 см и 36 500 объектов размером более 10 см. При таком количестве запусков проблема усугубляется. Космос — это растущая экономика, а любая экономика приносит с собой и некое количество мусора. Не все эти объекты находятся в критически важной для нас области низкой околоземной орбиты (НОО), но большая их часть — именно там. По словам Лоэба, эта популяция мусора имеет значение для VRO. «В этой заметке мы рассмотрим последствия нахождения мусора на НОО для предстоящего исследования Legacy Survey of Space & Time (LSST) обсерватории Веры Рубин в Чили», — пишет Лоэб. Когда речь идёт об изображениях, полученных с помощью VRO, важен не столько размер обломков. Альбедо объекта — вот настоящая проблема. Альбедо может меняться в зависимости от размера, но не всегда. Не существует способа измерить альбедо отдельных кусков космического мусора, но в данной работе Лоэб рассчитывает альбедо, комбинируя радиус и расстояние объекта с одной из его сторон, освещённой Солнцем. Это даёт долю света, которую он отражает. Мы уже знаем, как космический мусор может отражать свет, потому что можем наблюдать его с помощью Zwicky Transient Facility. Он похож на VRO тем, что обнаруживает транзитные источники света. «Данные, полученные с помощью Zwicky Transient Facility (ZTF), показывают, что отблески солнечного света от известных спутников НОО генерируют вспышки длительностью 10^3±0,5 с». Это чрезвычайно короткая вспышка. Но VRO и его LSST будут обозревать каждый участок неба в течение 30 секунд и делать одну за другой 15-секундные экспозиции. Проблема в том, что обломки движутся, и вместо вспышки образуется полоса. «Поэтому ожидается, что свет от вспышек распространится не более чем на несколько арксекунд, независимо от времени экспозиции LSST, которое на 4 порядка больше», — пишет Лоеб. Что это значит для VRO? Ничего хорошего. По словам Лоэба, количество объектов, которые могут создавать проблемные полосы, «на порядок превышает» число крупных спутников, вращающихся вокруг Земли. Сеть наблюдения за космосом США регулярно отслеживает спутники и составила каталог орбитальных объектов, который мог бы помочь VRO справиться с проблемой. Но, как отмечает Лоэб, «из всей популяции мусора только 3,515 × 10^4 (351 500) объектов регулярно отслеживаются и каталогизируются сетями космического наблюдения». Полосы света на изображениях — это только часть проблемы. Есть и более общая проблема — совокупный свет от всех спутников и мусора. Другие исследователи изучали эту проблему и её влияние на наземную астрономию. В статье, опубликованной в марте 2023 года в журнале Nature Astronomy, показано, что к 2030 году отражённый свет от космического мусора и функционирующих спутников увеличит яркость диффузного фона для VRO на 7,5 %. Это означает, что LSST VRO будет на 7,5% менее эффективным. Это добавит более 20 миллионов долларов США к стоимости 10-летнего проекта LSST. Со спутниками должно быть легче иметь дело благодаря и их предсказуемым орбитам. И у команды LSST реально есть план по борьбе с помехами от спутников. Они предлагают обновлённый планировщик, который может смягчить эту проблему. «В целом, жертвуя 10% времени наблюдения LSST, чтобы избежать спутников, мы уменьшаем долю появлений полос на снимках в 2 раза», — пишут авторы статьи в журнале The Astrophysical Journal Letters. Но мусора гораздо больше. Если не найти решение этой проблемы, не будут ли изображения LSST засорены полосами шума? Кажется нерациональным перекладывать ответственность за космический мусор на людей, которые пытаются разглядеть небо сквозь него. Любое долгосрочное решение должно включать в себя две вещи: очистку низкой околоземной орбиты и международное соглашение о прекращении её дальнейшего загрязнения. ЕКА смирилось с проблемой космического мусора. «130 миллионов фрагментов космического мусора размером более миллиметра вращаются вокруг Земли, угрожая спутникам сейчас и в будущем», — написали в ЕКА, объявляя Хартию нулевого количества мусора. «Раз в неделю спутник или корпус ракеты бесконтрольно возвращается в нашу атмосферу. Наши манеры поведения в космосе должны измениться». Хотя Хартия направлена в первую очередь на снижение риска столкновений, она принесёт пользу и наземной астрономии. НАСА тоже ищет решения. В рамках соревнования «Обнаружить, отследить и устранить: конкурс вызова малому космическому мусору» агентство обращается к людям по всему миру с просьбой найти инновационные решения этой проблемы. Это отличные инициативы, но VRO должен увидеть свой первый свет в начале января 2025 года. Решение проблемы спутников и спутниковых группировок в космосе, вероятно, вполне нам по силам. Но проблема мусора гораздо сложнее. «Однако приведённые выше цифры говорят о том, что загрязнение снимков не отслеженным космическим мусором может представлять собой более серьёзную проблему», — заключает Лоеб.
