Figure 1 : Impression d’artiste d’une grande constellation de satellites en orbite basse tournant au-dessus du télescope LOFAR. Crédit : Daniëlle Futselaar (artsource.nl)
Les scientifiques utilisent le télescope LOFAR pour observer pour la première fois les ondes radio de basse fréquence émises par les satellites d’une grande constellation.
Des scientifiques ont utilisé le télescope LOFAR (Low Frequency Array) pour observer les rayonnements électromagnétiques non intentionnels émis par les satellites de SpaceX. Ces rayonnements, différents des signaux de communication habituels, peuvent perturber la recherche astronomique. L’étude appelle à une réglementation pour protéger la radioastronomie de ces rayonnements non intentionnels et félicite SpaceX pour sa collaboration aux efforts d’atténuation.
Des scientifiques d’un certain nombre d’institutions de recherche de premier plan, dont l’Institut Max Planck de radioastronomie de Bonn, en Allemagne, ont utilisé le télescope LOFAR (Low Frequency Array) pour observer 68 des satellites de SpaceX. Les auteurs concluent qu’ils ont détecté des « radiations électromagnétiques involontaires » émanant de l’électronique embarquée. Il s’agit d’un phénomène différent des transmissions de communications, qui étaient jusqu’à présent le principal centre d’intérêt des radioastronomes. Ces rayonnements involontaires pourraient avoir un impact sur la recherche astronomique. Ils encouragent les opérateurs de satellites et les régulateurs à prendre en compte cet impact sur la radioastronomie dans le développement des engins spatiaux et dans les processus de régulation.
Les résultats ont été publiés le 5 juillet dans la revue Astronomy & ; Astrophysics.
Sommaire
Un nouveau phénomène en orbite terrestre basse
Les astronomes à l’affût de signaux très faibles en provenance de l’univers ont toujours dû gérer les signaux radio d’origine humaine qui peuvent éclipser les sources astrophysiques. C’est pourquoi la plupart des radiotélescopes sont construits dans des lieux dotés de protections radio spéciales contre les interférences terrestres. Certains sont même situés dans des zones de silence radio soutenues par les régulateurs nationaux respectifs. Les récents progrès technologiques ont permis de déployer de grandes constellations de satellites pour l’accès à l’internet à haut débit ou l’observation de la Terre. Ces constellations présentent une complexité entièrement nouvelle.
Avec plusieurs milliers de satellites en orbite terrestre basse, tout radiotélescope aura de nombreux satellites émettant des signaux dans son champ de vision à tout moment. On s’attendait à ce que la principale source d’inquiétude provenant des constellations de satellites soit les transmissions de communications planifiées vers et depuis la Terre. La découverte de sources supplémentaires non liées aux communications est une nouveauté qui mérite d’être étudiée plus en détail.
Figure 2 : Détection d’un rayonnement électromagnétique non intentionnel provenant d’un satellite Starlink avec le radiotélescope LOFAR. Les cercles jaune-vert représentent les pixels de la caméra radio synthétique, qui forment une grille hexagonale sur le ciel. La flèche rouge indique le mouvement prévu d’un satellite Starlink dans le champ de vision du télescope. En effet, le satellite a provoqué un signal dans les pixels situés le long de la trajectoire. L’arrière-plan montre un aperçu d’une étude du ciel actuellement réalisée avec le télescope LOFAR (« The LOFAR Two-meter Sky Survey », Shimwell et al., en prép.). Les points bleus et les caractéristiques sont des galaxies qui apparaissent de manière proéminente dans le régime radio du spectre électromagnétique (image en fausses couleurs). Crédit : IAU / CPS
« Cette étude représente le dernier effort en date pour mieux comprendre l’impact des constellations de satellites sur la radioastronomie », a déclaré l’auteur principal Federico Di Vruno. « Les ateliers précédents sur le ciel sombre et silencieux avaient théorisé ce rayonnement, nos observations confirment qu’il est mesurable. » Federico Di Vruno est codirecteur du Centre pour la protection du ciel sombre et silencieux contre les interférences des constellations de satellites (IAU CPS) de l’Union astronomique internationale (UAI) et gestionnaire du spectre pour l’observatoire SKA (SKAO). Les autres auteurs sont tous des membres actifs du CPS.
Constellations existantes et prévues
Di Vruno et ses co-auteurs se sont d’abord concentrés sur les satellites de SpaceX parce que SpaceX avait le plus grand nombre de satellites – plus de 2 000 – en orbite au moment des observations. Ils reconnaissent toutefois que SpaceX n’est pas le seul opérateur de grandes constellations de satellites. Les auteurs s’attendent à ce que des émissions involontaires similaires soient détectées par d’autres satellites en orbite basse, et d’autres mesures sont déjà prévues pour d’autres constellations de satellites.
Figure 3 : Détection de rayonnements électromagnétiques non intentionnels provenant des satellites Starlink à l’aide du radiotélescope LOFAR. Les cercles bleus à jaunes représentent les pixels de la caméra radio synthétique, qui forment une grille hexagonale sur le ciel. Les cercles bleus représentent un signal faible, les cercles jaunes un signal fort. Le satellite a provoqué un signal dans les pixels situés le long de la trajectoire. Les positions du satellite dans le ciel coïncident parfaitement avec les pixels. Crédit : UAI / CPS
« Avec LOFAR, nous avons détecté des radiations entre 110 et 188 MHz provenant de 47 des 68 satellites observés. Cette gamme de fréquences comprend une bande protégée entre 150,05 et 153 MHz spécifiquement allouée à la radioastronomie par l’Union internationale des télécommunications (UIT) », explique Cees Bassa, de l’ASTRON, l’Institut néerlandais de radioastronomie, qui est l’un des coauteurs de l’étude. SpaceX n’enfreint cependant aucune règle, car pour les satellites, ce type de rayonnement n’est couvert par aucune réglementation internationale. En revanche, les équipements terrestres sont soumis à des règles strictes visant à garantir qu’un appareil n’interfère pas avec un autre situé à proximité.
Les auteurs ont également effectué des simulations de cet effet à partir de plusieurs constellations de satellites. « Nos simulations montrent que plus la constellation est grande, plus cet effet devient important car le rayonnement de tous les satellites s’additionne. Cela nous inquiète non seulement pour les constellations existantes, mais encore plus pour celles qui sont prévues. Nous sommes également préoccupés par l’absence de réglementation claire protégeant les bandes de radioastronomie contre les rayonnements involontaires », explique Benjamin Winkel, de l’Institut Max Planck de radioastronomie (MPIfR) en Allemagne, coauteur de l’étude.
Une collaboration accrue avec les opérateurs de satellites est essentielle
Les auteurs sont en contact étroit avec SpaceX, et l’entreprise a proposé de continuer à discuter en toute bonne foi des moyens possibles d’atténuer les effets négatifs sur l’astronomie. Dans le cadre de leur itération de conception, SpaceX a déjà introduit des changements dans sa prochaine génération de satellites qui pourraient atténuer l’impact de ces émissions involontaires sur d’importants projets astronomiques.
Le co-auteur Gyula Józsa (également MPIfR et Rhodes University en Afrique du Sud) souligne : « Nous pensons que la reconnaissance rapide de cette situation donne à l’astronomie et aux opérateurs de grandes constellations l’occasion de travailler ensemble sur des mesures techniques d’atténuation proactives, parallèlement aux discussions nécessaires pour élaborer des réglementations appropriées. »
« La présente étude met en lumière un exemple des différentes voies par lesquelles le développement technologique peut avoir des effets secondaires imprévus sur l’astronomie », conclut le professeur Michael Kramer, directeur du MPIfR et président de l’Astronomische Gesellschaft en Allemagne. Il se félicite de l’approche collaborative de SpaceX. « SpaceX ayant donné l’exemple, nous espérons maintenant un large soutien de la part de l’ensemble de l’industrie des satellites et des autorités de réglementation.
Référence : « Unintended electromagnetic radiation from Starlink satellites detected with LOFAR between 110 and 188 MHz » (Rayonnement électromagnétique involontaire des satellites Starlink détecté avec LOFAR entre 110 et 188 MHz)
F. Di Vruno, B. Winkel, C. G. Bassa, G. I. G. Jozsa, M. A. Brentjens, A. Jessner, S. Garrington, Accepté, Astronomy & ; Astrophysics.
DOI: 10.1051/0004-6361/202346374
À propos de la SCP
Le Centre pour la protection du ciel sombre et silencieux contre les interférences des constellations de satellites (CPS) de l’Union astronomique internationale (UAI) est une organisation mondiale co-organisée par le NOIRLab de la NSF (États-Unis) et l’Observatoire SKA (SKAO), sous les auspices de l’UAI.
Le CPS facilite la coordination mondiale des efforts de la communauté astronomique en collaboration avec les observatoires, les agences spatiales, l’industrie, les organismes de réglementation et d’autres secteurs afin d’atténuer les conséquences négatives des constellations de satellites sur l’astronomie.
Les institutions de recherche participantes sont l’Observatoire SKA, la Fondation européenne de la science, l’Institut Max Planck de radioastronomie en Allemagne, l’Institut néerlandais de radioastronomie (ASTRON), l’Université Rhodes en Afrique du Sud et le Jodrell Bank Centre for Astrophysics au Royaume-Uni. Benjamin Winkel, Gyula I. G. Józsa et Axel Jessner sont des co-auteurs du MPIfR et sont actifs au sein du Comité pour les fréquences radioastronomiques (CRAF), qui œuvre à la protection des observations radioastronomiques contre les signaux radio artificiels. Tous les auteurs sont membres de l’Opticon RadioNet Pilot, qui organise le groupe de protection du ciel de l’ORP.