ENG: As satellites crawl across the sky, they reflect light from the sun back down to Earth, especially during the first few hours after sunset and the first few hours before sunrise. As more companies launch networks of satellites into low-Earth orbit, a clear view of the night sky is becoming rarer. Astronomers, in particular, are trying to find ways to adapt. With that in mind, a team of University of Arizona students and faculty completed a comprehensive study to track and characterize the brightness of satellites, using a ground-based sensor they developed to measure satellites’ brightness, speed and paths through the sky. Their work could be helpful for astronomers, who, if notified of incoming bright satellites, could close the shutters of their telescope-mounted cameras to prevent light trails from tainting their long-exposure astronomical images. The research team was led by professor of planetary sciences Vishnu Reddy, who also co-leads – with study co-author and professor of systems and industrial engineering Roberto Furfaro – the university’s Space Domain Awareness lab, which tracks and characterizes all kinds of objects orbiting Earth and the moon.
Credit: Kyle Mittan/University Communications
Grace Halferty, a senior graduating this summer with a bachelor’s degree in aerospace and mechanical engineering, is the lead author of the study, which is published in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. The study details how the team created a satellite tracking device to measure the brightness and position of SpaceX Starlink satellites and compared those observations to government satellite tracking data from the Space Track Catalog database. The team made 353 measurements of 61 satellites over two years and found that the position of Starlink satellites as recorded in the government’s Space Track Catalog only differed by an average of 0.3 arc seconds from the UArizona calculations. An arc second on the sky is about the size of a dime held 2.5 miles away. The tiny difference is probably due to natural lag times in the government data, Reddy said. Because that data is based on estimated orbits calculated hours earlier, rather than on real-time observations, positioning errors can build up.
SpaceX has deployed a few different methods to darken its Starlink satellites. For example, VisorSat satellites rely on a shade to block additional sunlight, making them 1.6 times fainter. DarkSat satellites, on the other hand, rely on an anti-reflective coating that makes them 4.8 times fainter. However, DarkSats got too hot, so SpaceX moved away from that specific method. Since August 2021, all Starlink satellites are VisorSats. In July, SpaceX announced new strategies. One involves mirrors that reflect sunlight away from Earth and another involves using darker building materials. Reddy’s team plans to study how effective these methods are at reducing sunlight reflection back to Earth.
RO: Pe măsură ce sateliții navighează pe cer, ei reflectă lumina soarelui înapoi pe Pământ, în special în primele ore după apusul soarelui și în primele ore înainte de răsărit. Pe măsură ce tot mai multe companii lansează rețele de sateliți pe orbita joasă a Pământului, o vedere clară a cerului pe timp de noapte devine din ce în ce mai rară. Astronomii încearcă să găsească modalități de adaptare. Având în vedere acest lucru, o echipă de studenți și profesori de la Universitatea din Arizona a finalizat un studiu cuprinzător pentru a urmări și caracteriza luminozitatea sateliților, folosind un senzor la sol pe care l-au dezvoltat pentru a măsura luminozitatea, viteza și traiectoria sateliților pe cer. Munca lor ar putea fi utilă pentru astronomi, care, dacă sunt anunțați de sosirea unor sateliți luminoși, ar putea închide obturatorul camerelor montate pe telescoape pentru a preveni ca dârele de lumină să le afecteze imaginile astronomice cu expunere lungă. Echipa de cercetare a fost condusă de profesorul de științe planetare Vishnu Reddy, care, de asemenea, conduce – împreună cu coautorul studiului și profesorul de sisteme și inginerie industrială Roberto Furfaro – laboratorul Space Domain Awareness al universității, care urmărește și caracterizează toate tipurile de obiecte care orbitează în jurul Pământului și al Lunii.
Grace Halferty, absolventă în această vară cu o diplomă de licență în inginerie aerospațială și mecanică, este autorul principal al studiului, care este publicat în Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Studiul detaliază modul în care echipa a creat un dispozitiv de urmărire a sateliților pentru a măsura luminozitatea și poziția sateliților SpaceX Starlink și a comparat aceste observații cu datele guvernamentale de urmărire a sateliților din baza de date Space Track Catalog. Echipa a efectuat 353 de măsurători a 61 de sateliți pe parcursul a doi ani și a constatat că poziția sateliților Starlink, așa cum este înregistrată în Catalogul de urmărire spațială al guvernului, diferă în medie doar cu 0,3 secunde de arc față de calculele Universității din Arizona. O secundă de arc pe cer este aproximativ de mărimea unei monede de 10 cenți ținută la 3,5 km distanță. Diferența minusculă se datorează probabil decalajelor naturale din datele guvernamentale, a declarat Reddy. Deoarece aceste date se bazează pe orbite estimate calculate cu câteva ore înainte, mai degrabă decât pe observații în timp real, se pot acumula erori de poziționare.
SpaceX a implementat câteva metode diferite pentru a-și întuneca sateliții Starlink. De exemplu, sateliții VisorSat se bazează pe un strat special întunecat pentru a bloca lumina solară suplimentară, ceea ce îi reduce luminozitatea de 1,6 ori. Sateliții DarkSat se bazează pe un strat anti-reflexie care îi face de 4,8 ori mai slab luminoși. Cu toate acestea, aceștia s-au încălzit prea tare, așa că SpaceX a renunțat la această metodă. Din august 2021, toți sateliții Starlink sunt VisorSat. În iulie, SpaceX a anunțat noi strategii. Una dintre ele implică oglinzi care reflectă lumina solară departe de Pământ, iar alta presupune utilizarea unor materiale de construcție mai întunecate. Echipa lui Reddy plănuiește să studieze cât de eficiente sunt aceste metode pentru a reduce reflectarea luminii solare înapoi pe Pământ.
Source (The University of Arizona News, “As reflective satellites fill the skies, UArizona students are making sure astronomers can adapt”, 02.08.2022)
Paper: Halferty, G., Reddy, V., Campbell, T., Battle, A. and Furfaro, R., 2022. Photometric characterization and trajectory accuracy of Starlink satellites: implications for ground-based astronomical surveys. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
