L'impact des constellations de satellites sur les observations astronomiques
Publié par Adrien le 10/03/2020 à 09:00
Source: ESO
Les astronomes ont récemment fait part de leurs inquiétudes concernant l'impact des méga-constellations de satellites sur la recherche scientifique. Afin de mieux comprendre l'effet potentiel de ces constellations sur les observations astronomiques, l'ESO a commandité une étude scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) de leur impact, se concentrant sur les observations effectuées au moyen des télescopes de l'ESO opérant dans les domaines visible et infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des micro-ondes.), tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en considérant d'autres observatoires. L'étude, qui porte sur un total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des...) de 18 constellations de satellites actuellement développées par les sociétés SpaceX (SpaceX (ou Space Exploration Technologies Corporation) est une entreprise américaine travaillant dans le domaine de l'astronautique fondée en 2002....), Amazon, OneWeb et d'autres, ce qui représente plus de 26 000 satellites (1), a été acceptée pour publication au sein de la revue Astronomy & Astrophysics.


L'étude révèle que les grands télescopes tels le Very Large Telescope (VLT) de l'ESO et le futur (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) Extremely Large Telescope (ELT) de l'ESO seront “modérément impactés” par les constellations en cours de développement. L'effet sur les longues expositions (de quelque 1000 sec) sera plus prononcé en revanche: 3% de ces observations effectuées à l'aube ou durant le crépuscule pourraient être inexploitables. Les expositions de plus courte durée seraient moins impactées - moins de 0,5% d'entre elles seraient affectées. Les observations effectuées à d'autres moments de la nuit seraient également moins impactées, les satellites se trouvant alors dans l'ombre (Une ombre est une zone sombre créée par l'interposition d'un objet opaque (ou seulement partiellement opaque) entre une source de lumière et la surface sur...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes....) et ne bénéficiant d'aucun éclairement. Selon le cas scientifique, les impacts pourraient être réduits en modifiant le planning d'exploitation des télescopes de l'ESO, ce qui représente un coût non négligeable (2). Du côté industriel, une mesure efficace pour limiter ces impacts consisterait à assombrir les satellites.

L'étude révèle également que les sondages étendus, effectués au moyen des grands télescopes notamment, seraient les plus impactés. A titre d'exemple, 30 à 50% des expositions effectuées grâce à l'Observatoire Vera C. Rubin de la National Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que...) Foundation aux Etats-Unis - une instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) hors ESO, seraient “sévèrement impactées” selon l'époque de l'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.), l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y compris en sciences (« heure solaire »...) de la nuit et les hypothèses simplificatrices utilisées dans le cadre de cette étude. Les techniques d'atténuation (Perte d'intensité et amplitude d'un signal...) qui pourraient être appliquées aux télescopes de l'ESO ne seraient pas adaptées à cet observatoire. D'autres stratégies sont donc activement examinées. Des études complémentaires sont requises pour bien cerner les conséquences scientifiques de cette perte de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement,...) d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le...) ainsi que la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique,...) de leur analyse. Les télescopes dédiés aux sondages champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) large tel l'Observatoire Rubin sont capables de rapidement scanner (Un scanneur, ou numériseur à balayage est l'équivalent du terme anglais scanner, qui vient du verbe anglais to scan, signifiant « balayer » dans le...) de vastes portions du ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.), et donc de détecter des phénomènes de courte durée tels des explosions en supernovae ou des astéroïdes potentiellement dangereux. Parce qu'ils disposent de cette faculté unique de générer de vastes ensembles de données et de désigner des cibles d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés....) pour de nombreux autres observatoires, les communautés astronomiques et les organismes de financement en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme...) et ailleurs ont érigé les télescopes champ large au rang ( Mathématiques En algèbre linéaire, le rang d'une famille de vecteurs est la dimension du sous-espace vectoriel engendré par cette famille. Le théorème du rang lie le rang et...) de priorité absolue (L'absolue est un extrait obtenu à partir d’une concrète ou d’un résinoïde par extraction à l’éthanol à température ambiante ou plus généralement par chauffe, puis par...) pour les développements futurs de l'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et chimiques. Elle ne doit pas être...).

Les astronomes professionnels et amateurs ont également exprimé des inquiétudes concernant l'impact des méga-constellations de satellites sur les vues immaculées du ciel nocturne. L'étude révèle que quelque 1600 satellites des constellations peupleront le ciel d'un observatoire situé aux latitudes moyennes. La plupart d'entre eux se situeront à moins de 30 degrés au-dessus de l'horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre position ou situation. Ce concept simple se décline en...) local. Au-delà, soit dans cette portion du ciel faisant l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette...) de la plupart des observations astronomiques, se trouveront quelque 250 satellites des constellations à tout instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une durée.). Tous seront éclairés par le Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est...) lors de son coucher ou de son lever. Un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) toujours plus élevé d'entre eux se trouvera plongé dans l'ombre de la Terre vers le milieu de la nuit. L'étude de l'ESO attribue une luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) à tous ces satellites. Cette hypothèse implique qu'une centaine de satellites sera suffisamment brillant pour être aperçu à l'oeil nu durant l'aube ou le crépuscule, et que 10 d'entre eux se situeront à plus de 30 degrés au-dessus de l'horizon. Ces chiffres diminuent à mesure que la nuit s'assombrit et que les satellites plongent dans l'ombre de la Terre. Dans l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...), ces nouvelles constellations de satellite (Satellite peut faire référence à :) devraient doubler le nombre de satellites visibles à l'oeil nu dans le ciel nocturne à 30 degrés ou plus au-dessus de l'horizon (3).

Ces chiffres ne tiennent pas compte des trains de satellites visibles immédiatement après le lancement. Bien que particulièrement spectaculaires et brillants, ils sont de courte durée et brièvement visibles seulement après le coucher de Soleil (Le coucher de soleil est le moment auquel le Soleil disparaît derrière l'horizon, dans la direction de l'Ouest. Il s'agit d'un phénomène quotidien causé par la rotation de la Terre. L'expression...) ou avant son lever, et - à tout instant - depuis une région terrestre peu étendue.

L'étude de l'ESO repose sur diverses simplifications et hypothèses censées délivrer de prudentes estimations des effets, qui pourraient se révéler moins impactants dans la réalité que sur le papier (Le papier (du latin papyrus) est une matière fabriquée à partir de fibres cellulosiques végétales et animales. Il se présente sous forme de...). Une modélisation plus sophistiquée se révèlera nécessaire pour quantifier plus précisément les impacts réels de ces constellations de satellites. Bien que l'accent soit mis sur les télescopes de l'ESO, les résultats s'appliquent à des télescopes similaires hors ESO qui opèrent également dans les domaines visible et infrarouge, sont dotés d'une instrumentation similaire et abordent de semblables problématiques scientifiques.

Les constellations de satellites impacteront également les observatoires opérant dans les domaines radio, millimétrique et submillimétrique tels ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) et APEX (Atacama Pathfinder Experiment). Cet impact fera l'objet d'études ultérieures.

L'ESO et d'autres observatoires, l'International Astronomical Union (IAU), l'American Astronomical Society (AAS), la Royal Astronomical Society (RAS) au Royaume-Uni, et d'autres sociétés savantes, se sont engagés dans une campagne (La campagne, aussi appelée milieu rural désigne l'ensemble des espaces cultivés habités, elle s'oppose aux concepts de ville, d'agglomération ou de milieu urbain. La campagne est caractérisée par une...) de sensibilisation à cette question auprès de l'United Nations Committee on the Peaceful Uses of Outer Space (COPUOS) et de l'European Committee on Radio Astronomy Frequencies (CRAF). Ces actions sont menées parallèlement à la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) de solutions pratiques avec les sociétés spatiales permettant de sauvegarder les investissements à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une échelle escamotable de...) réalisés dans des installations astronomiques terrestres de pointe. L'ESO soutient l'élaboration de cadres réglementaires qui permettront, à terme, la coexistence harmonieuse de technologies avancées en orbite basse (L'orbite terrestre basse (Low Earth orbit, LEO, en anglais) est un type d'orbite terrestre situé entre 350 et 1 400 kilomètres d'altitude. On considère généralement que l'orbite basse est comprise entre l'atmosphère...) terrestre d'une part, l'observation et la compréhension de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) par l'humanité toute entière d'autre part.

Notes

(1) De nombreux paramètres caractérisant les constellations de satellites, y compris le nombre total de satellites, varient fréquemment. L'étude repose sur un échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents...) de 26 000 satellites orbitant autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) de la Terre. Toutefois, ce nombre pourrait être plus élevé.

(2) Parmi les mesures d'atténuation figurent: le calcul de la position des satellites afin d'éviter d'observer à l'endroit précis où l'un d'entre eux va passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) ; la fermeture (Le terme fermeture renvoie à :) de l'obturateur du télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la luminosité ainsi...) à l'instant précis où un satellite (Satellite peut faire référence à :) traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de la voie, sous les rails, pour en maintenir l'écartement et l'inclinaison, et transmettre au ballast les charges des véhicules...) le champ de vision ; la limitation des observations aux seules zones du ciel situées dans l'ombre de la Terre, dans lesquelles les satellites ne bénéficient pas de l'éclairement du Soleil. Toutefois, ces méthodes ne conviennent pas à l'ensemble des cas scientifiques.

(3) A l'heure actuelle, quelque 34 000 objets d'un diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi la longueur de...) supérieur à 10 cm orbitent autour de la Terre. Parmi ceux-ci figurent 5500 satellites, dont 2300 à l'état opérationnel. Le reste est constitué de débris spatiaux, notamment des étages supérieurs de fusées et d'adaptateurs de lancement des satellites. Quelque 2000 de ces objets se situent au-dessus de l'horizon local à tout instant. Durant les phases crépusculaires, 5 à 10 d'entre eux sont illuminés par le Soleil et suffisamment brillants pour être visibles à l'oeil nu.
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