Лазерный мир

Пока фанаты SpaceX увлеченно следят за достижениями компании, астрономы грустно наблюдают, как их работа становится сложнее с каждым запуском спутников Starlink. Прогресс не проходит без жертв. Поэтому различные научные ассоциации ищут способы снизить негативное влияние множества новых рукотворных объектов в околоземном пространстве на качество данных, получаемых телескопами. Некоторые решения со стороны выглядят экстремальными — например, теперь лазеры для корректировки адаптивной оптики можно не выключать, если в поле зрения есть спутник Starlink. А это десятки ватт излучения!

Многие современные оптические телескопы (примерно с середины 2010-х), равно как и модернизированные системы более ранней постройки, полагаются на адаптивную оптику. Она позволяет скорректировать возмущения, которые земная атмосфера вносит в поток света. Это радикально повышает разрешающую способность инструментов, но при этом требует сложнейших технических решений. И не только специальных деформируемых зеркал.

Чтобы определить, как турбулентные потоки воздуха в атмосфере изменяют волновой фронт, нужен источник света с неизменными и хорошо известными характеристиками. Например, яркая звезда — тогда, анализируя поток ее излучения, можно определить параметры искажений и внести корректировки. Но подходящих звезд мало, так что секторы обзора для использующих подобный ориентир телескопов получаются ограниченными. Решение есть — не искать природные яркие звезды, а создавать их вручную. Называется это «лазерная опорная звезда».

Принцип прост: в «поле зрения» телескопа светит лазер, который возбуждает рассеянные в верхних слоях атмосферы атомы и заставляет их ярко светиться. Длина волны излучения выбирается исходя из необходимой высоты появления такой опорной звезды. В большинстве современных систем используют желтые лазеры (589,2 нанометра), возбуждающие атомы натрия, которых сравнительно много на высоте от 80 до 105 километров (мезосфера) — гораздо выше наиболее турбулентных слоев. Мощность излучателей измеряется десятками ватт, поэтому они обязательно автоматически отключаются, если луч может встретиться с самолетом или спутником.

В случае авиации все просто: большинство воздушных судов оснащаются ответчиками ADS-B. Автоматика просто должна отслеживать трафик по открытым каналам. Тем более что обсерватории размещаются в регионах, где авиасообщение и так не слишком оживленное. Со спутниками немного сложнее: их орбитальные параметры непрерывно меняются, и нужно регулярно обновлять эфемериды. База данных для мониторинга объектов в околоземном пространстве, которые лучше не засвечивать лазером, называется Laser ClearingHouse (LCH). Ее используют не только астрономы, но и военные: они тоже иногда стреляют мощными лазерами куда-то туда. И если на пути луча оказывается не попавший в каталог спутник, то это уже его проблемы.

Поэтому заносить спутники в LCH — в интересах их владельцев. Но вопреки этой логике SpaceX теперь удалит оттуда все аппараты группировки Starlink. Это часть договоренности между космической компанией Илона Маска и Национальным научным фондом США (NSF). Теперь астрономы со всего мира получат возможность не прерывать наблюдения по несколько раз за ночь. Мощное подспорье и важный прецедент для других компаний, собирающихся или уже разворачивающих масштабные «созвездия» спутников на околоземной орбите.

Помимо такого разрешения «стрелять» по своим аппаратам лазером, SpaceX взяла на себя еще несколько обязательств. Например, спутники будут выключать передачу радиосигнала, когда находятся над районами расположения радиотелескопов. Вдобавок второе поколение аппаратов Starlink, несмотря на возросшие размеры, сохранит низкое альбедо (отражающую способность). Цель — чтобы спутники имели видимую звездную величину более 7 (чем меньше, тем ярче), то есть невооруженным глазом их не должно быть видно. Учитывая высоту орбиты, это даст астрономам не менее трех часов непрерывных наблюдений за ночь.

Источник: https://naked-science.ru/article/cosmonautics/spacex-nsf-agreement-laser