Em dezembro de 2020, os astrônomos documentaram uma explosão de luz altamente energética em uma das galáxias mais distantes já observadas. Mas menos de um ano depois, as alegações do artigo ficaram em suspenso. Outros cientistas disseram que havia sido apenas um satélite passando.
"Fiquei um pouco triste que a explosão de raios gama acabou sendo apenas um satélite artificial", disse Krzysztof Kaminski, astrônomo do Instituto de Observatório Astronômico da Polônia, que disse ter correspondido à posição, tempo e brilho da descoberta a uma espaçonave em órbita.
Linhua Jiang, astrônomo da Universidade de Pequim, na China, que liderou a descoberta original, disse que sua equipe mantém seu trabalho, acrescentando que a probabilidade de um satélite passar diretamente na frente da galáxia distante no momento exato era mínima, na melhor das hipóteses.
A disputa provavelmente não será a última vez que os cientistas discutem se um satélite em passagem está sendo confundido com uma descoberta astronômica.
As órbitas da Terra estão se enchendo de satélites a um ritmo impressionante. Já existem mais de 9.000 satélites orbitando o planeta, e mais de 5.000 deles pertencem à Starlink, a constelação construída pela SpaceX para transmitir serviço de internet para a Terra. Eles serão acompanhados por milhares de satélites de outras empresas e países nas décadas seguintes.
Quanto mais deles houver, maior será a interferência dos satélites na capacidade da astronomia terrestre de responder a perguntas sobre o cosmos e o lugar da humanidade nele.
A SpaceX não respondeu aos pedidos de comentário. Mas os astrônomos no solo disseram que não estão prontos para abrir mão dos céus noturnos para trens de satélites recém-lançados. Eles estão combinando tecnologias novas e antigas com engenhosidade para lidar com os proliferantes obstáculos às suas observações. Eles também estão trabalhando com a indústria para encontrar soluções para escurecer os satélites. E estão tentando persuadir os reguladores a prestarem mais atenção à indústria de satélites em expansão.
As estratégias estão dando resultados —por enquanto. Mas a busca dos pesquisadores para preservar o poder da astronomia enfrenta desvantagens fundamentais. Pode levar décadas para construir novos telescópios, enquanto dezenas de novos satélites podem ser adicionados aos céus noturnos a cada semana.
"Os prazos são muito incompatíveis", disse Meredith Rawls, cientista pesquisadora do Observatório Vera C. Rubin, um poderoso telescópio financiado pelos Estados Unidos no Chile que entrará em operação em 2025. "A velocidade com que a indústria de satélites está projetando e lançando seus hardwares é simplesmente incrivelmente rápida em comparação com a astronomia."
Para fotografar o céu noturno, operadores de telescópios por mais de um século capturaram imagens em placas de vidro.
Isso começou a mudar com o surgimento dos detectores de dispositivos de carga acoplada. Inventados pela primeira vez em 1969, os CCDs são digitais, tirando fotos cerca de 100 vezes mais rápido do que as câmeras de filme.
Na década de 1980, alguns dos primeiros telescópios surgiram com "olhos" eletrônicos de CCD. Hoje, telescópios ao redor do mundo continuam a depender dessa tecnologia vencedora do Prêmio Nobel. Embora os CCDs não sejam a tecnologia de câmera mais rápida disponível atualmente, eles são os mais comuns. Também leva décadas para construir os observatórios terrestres mais poderosos, e muitos foram projetados levando em consideração técnicas de imagem do século 20.
Isso inclui o Observatório Vera Rubin, nomeado em homenagem a uma astrônoma que desempenhou um papel central na descoberta da matéria escura. Sua missão inclui detectar asteroides que podem destruir planetas e estudar a relação entre matéria escura e energia escura.
O telescópio depende de um detector CCD gigantesco, do tamanho médio de um carro, mas várias milhares de libras mais pesado. É a maior câmera digital astronômica já construída. Capturando uma ampla área do céu, ele deve investigar os mistérios de objetos 20 milhões de vezes mais fracos do que o olho humano pode ver.
Mas à medida que os satélites enchem os céus, os astrônomos que planejavam contar com o telescópio Rubin para descobertas científicas estão preocupados.
"O objetivo principal do Rubin é abrir essa nova janela para o universo e encontrar coisas que nem sabíamos que deveríamos procurar", disse Rawls. "E se, em vez disso, formos olhar através do equivalente a um para-brisa cheio de insetos, você não sabe o que não vai ver."
Alguns telescópios que usam detectores CCD estudam uma fatia tão estreita do céu que os satélites podem não interferir neles. Mas a ampla visão do telescópio Rubin apresenta problemas únicos. Um estudo mostrou que, durante certas horas da noite, quase todas as imagens capturadas pelo telescópio serão prejudicadas por pelo menos um, se não vários satélites, deixando um rastro de centenas de pixels.
Rawls apresentou duas estratégias para lidar com essa ameaça ao telescópio: esquivar-se e corrigir.
Se os astrônomos conhecerem os caminhos dos satélites com antecedência, a tecnologia pode antecipar e "esquivar-se" dos satélites, reposicionando temporariamente o telescópio. "Usamos um algoritmo para determinar para onde o telescópio aponta", disse Rawls. "O algoritmo é brilhante; ele pode levar em consideração muitos pesos diferentes", acrescentou, incluindo evitar enxames de satélites.
Rawls disse que desviar deve remover cerca de metade das faixas do telescópio Vera Rubin, dependendo de quantos satélites estão em órbita.
Para a estratégia de correção, Rawls disse que os cientistas estão desenvolvendo algoritmos para limpar os satélites dos dados —uma tarefa muito mais desafiadora— mas menos disruptiva para as observações.
Mas dado que as soluções de software são todas imperfeitas e desafiadoras, alguns especialistas sugeriram que os construtores de telescópios pensem em mudar seu hardware.
Darren DePoy, astrônomo da Universidade do Texas A&M, esteve envolvido com alguns dos primeiros telescópios na década de 1980 a usar CCDs. Em 2018, ele começou a testar e eventualmente usar um detector muito mais ubíquo: CMOS, para semicondutor de óxido metálico complementar, o mesmo que provavelmente está na câmera do seu smartphone.
"Embora a física seja muito semelhante para detectores CCD e CMOS, como você obtém o sinal é um pouco diferente", disse DePoy. "Para CMOS, você pode ler todos os pixels simultaneamente, enquanto você tem que esperar para ler cada pixel sequencialmente em um detector CCD."
Como exemplo, DePoy disse que enquanto um CCD moderno pode levar cerca de 10 segundos para fotografar uma galáxia fraca, o detector CMOS equivalente levaria mais perto de 10 milissegundos —1.000 vezes mais rápido. Ao fazer várias exposições rápidas, os astrônomos podem remover os quadros borrados por satélites ou aviões, e então fazer a média do restante para criar uma imagem final impecável.
DePoy disse que pequenos detectores CMOS já são populares entre astrônomos amadores que possuem telescópios de hobby. Ele acha difícil imaginar que o CMOS não seja o futuro. Mas, por enquanto, ele estima que menos de 10 telescópios maiores usem essa tecnologia.
Parte da aceitação lenta se deve ao fato de que a inércia é mais barata.
Comprar e integrar grandes detectores CMOS ainda é caro em comparação com o uso de detectores CCD existentes, disse Richard Green, astrônomo da Universidade do Arizona e diretor interino do Centro para a Proteção do Céu Escuro e Silencioso contra a Interferência de Constelações de Satélites, uma organização que patrocina pesquisas sobre o assunto.
Esse problema foi observado por Rawls quando ela foi questionada se o telescópio Rubin poderia usar a tecnologia CMOS.
"O conceito de mudar isso agora é simplesmente risível", disse ela. "Porque é como se você estivesse construindo uma casa, e eles estão prestes a colocar as janelas, e alguém diz: 'Ei, devemos usar uma fundação diferente?'"
O governo dos EUA está tanto defendendo a comercialização do espaço quanto patrocinando telescópios como o Observatório Rubin. Por esse motivo, Green disse que cabe ao governo lidar com os efeitos na astronomia, talvez cobrando das empresas o pagamento de melhorias nos telescópios.
"Se o governo disser que faremos isso atribuindo uma taxa aos operadores de satélite, ótimo", disse ele. "Alguém no governo deve nos ajudar a lidar com as consequências."
Até agora, o governo não tomou medidas para obrigar os operadores de satélite a ajudar a pagar pelas melhorias nos telescópios. Mas algumas empresas estão tentando abordar aspectos do problema.
A SpaceX se recusou a comentar quando questionada sobre o trabalho da empresa para reduzir os efeitos de seus satélites na ciência. Mas astrônomos familiarizados com seus esforços descreveram parte do trabalho.
Quando o fundador da SpaceX, Elon Musk, enfrentou críticas em 2019 após o lançamento dos primeiros satélites Starlink, ele disse no Twitter que havia "enviado uma nota" aos engenheiros, pedindo-lhes para reduzir os reflexos da luz solar dos orbitadores da empresa.
"A SpaceX conta com legiões de nerds da astronomia entre seus funcionários, então a importância de proteger esse domínio científico não passa despercebida por eles", disse Caleb Henry, diretor de pesquisa da Quilty Space, que fornece análises da indústria espacial.
A primeira tentativa envolveu um revestimento absorvente de luz que escureceu os satélites. Um protótipo chamado DarkSat foi lançado em 2020, de acordo com Jonathan McDowell, astrônomo do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica.
"O problema foi que o equipamento interno superaqueceu", disse ele. O satélite falhou.
McDowell disse que o próximo passo da SpaceX foi instalar sombras sobre seus satélites, uma ideia que foi rapidamente descartada porque as sombras não apenas faziam pouco para escurecer os satélites, mas também bloqueavam as ligações cruzadas a laser que a SpaceX estava desenvolvendo para permitir que seus satélites se comunicassem entre si.
A tentativa mais recente da empresa envolveu um revestimento de filme dielétrico. Contrariando as expectativas, isso tornou os satélites mais brilhantes. Mas, em vez de refletir a luz solar para a superfície da Terra, o material a refletiu de volta para o espaço, diminuindo a intensidade de quaisquer faixas. A SpaceX disse que compartilharia os revestimentos com outros fabricantes de satélites. Durante as cruciais horas do crepúsculo, quando muitas observações astronômicas ocorrem, a SpaceX também começou a girar seus satélites para apontar seus painéis solares para longe da Terra. Para compensar a perda de energia solar, aumentou o tamanho dos painéis solares dos satélites, um gasto extra.
"Do lado da SpaceX, eles sofreram verdadeiros impactos para tentar nos acomodar", disse McDowell.
Dados iniciais indicam que as intervenções podem estar funcionando. Em um estudo que ainda não passou por revisão por pares, astrônomos relataram que os satélites mais recentes da Starlink pareciam mais escuros devido à redução da reflexão da luz solar na superfície.
Esse trabalho da SpaceX ocorreu enquanto ela coordenava voluntariamente com a National Science Foundation, disse Ashley VanderLey, uma assessora sênior lá.
Embora o governo dos EUA há muito tempo exija que operadores de satélite coordenem com operadores de radiotelescópios para compartilhar largura de banda, nenhuma regra federal protegeu astrônomos ópticos. Mas as regras que ajudaram astrônomos de rádio forneceram uma base para que astrônomos ópticos tivessem discussões com empresas como SpaceX e Amazon.
"Foi aí que conseguimos começar a coordenar", disse VanderLey.
O que eram conversas voluntárias se tornaram obrigatórias em dezembro de 2022, disse VanderLey, quando a Federal Communications Commission exigiu formalmente uma série de medidas da SpaceX. Embora muitos dos requisitos se concentrassem em operações seguras em órbita, a agência também afirmou que a SpaceX deve coordenar com a NSF para "mitigar o impacto de seus satélites na astronomia óptica terrestre".
Medidas semelhantes foram exigidas para o Kuiper da Amazon. Um porta-voz do Projeto Kuiper, Tim Kilbride, disse que eles consultaram a NSF, além de consultas com a União Astronômica Internacional.
Em seguida, após um pedido da SpaceX, a FCC estendeu os requisitos para algumas outras empresas de satélite em agosto de 2023. A FCC também endureceu os requisitos de mitigação de detritos para a megaconstelação da SpaceX, à qual a empresa respondeu pedindo aos reguladores que aplicassem as medidas mais rigorosas a "qualquer constelação com 25 ou mais satélites".
VanderLey descreveu as negociações em curso da NSF com a SpaceX como produtivas e a única maneira de ter sucesso. Mas, à medida que os astrônomos se envolvem com operadores de satélite sobre essas regras, especialistas dizem que pode chegar um ponto em que tentar reduzir o efeito dos satélites não funciona mais.
Atualmente, os satélites são apenas um incômodo —o que Rawls chamou de "um para-brisa de insetos"— e não uma verdadeira ameaça à ciência. Mas o que acontece quando o número de satélites chegar a centenas de milhares ou mais, como algumas previsões indicam, com outras empresas e China, Rússia e países europeus se juntando à disputa orbital?
"É ótimo falar sobre mitigação", disse McDowell, "mas chega um ponto em que nada realmente ajuda, então acho que você precisa de uma restrição no número de satélites a longo prazo".
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