Ruimtespiegels kunnen de astronomie — en je ogen — verpesten

Zonne-energie op elk moment van de dag of nacht — dat is de droom achter projecten voor ruimtespiegels. Futuristen fantaseren al meer dan een eeuw over satellietspiegels die het zonlicht naar het aardoppervlak kunnen reflecteren. Russische wetenschappers experimenteerden in de jaren '90 met dit concept via het Znamya-project. Het idee is om een grote spiegel in een baan om de aarde te plaatsen en deze zo te richten dat zonlicht kan worden gereflecteerd naar een specifiek geografisch gebied voor verlichting of het opwekken van zonne-energie.

Nu wil het in Californië gevestigde bedrijf Reflect Orbital dit idee opnieuw proberen. Ze lanceren een testsatelliet genaamd Eärendil-1 als wegbereider voor een vloot van maximaal 50.000 ruimtespiegels die zonlicht op aanvraag als dienst zouden leveren. De satelliet met een spiegel van 18 vierkante meter is onlangs door de Federal Communications Commission (FCC) goedgekeurd voor lancering. Volgens het bedrijf zal de satelliet een lichtbundel van vijf kilometer breed creëren, die kan worden gebruikt voor het opvangen van zonne-energie in zogenaamde zonneparken, het verhogen van landbouwopbrengsten of ondersteuning bij zoek- en reddingsoperaties tijdens nachtelijke noodsituaties.

Daarnaast is het doel om bedrijven en gemeenten te ondersteunen; Reflect Orbital wil steden voorzien van een dienst om straten 's nachts te verlichten, of bouw- en industriële projecten van licht te voorzien zodat werk sneller en veiliger kan worden voltooid.

Zorgen over zichtbaarheid en veiligheid

Hoewel meer schone, hernieuwbare energie en hulp tijdens crises positief klinken, zijn er voor astronomen grote zorgen. De satelliet zal opvallend helder zijn; schattingen suggereren dat de verlichting van buiten de bundel net zo helder is als Venus, en binnen de bundel vier keer zo helder als de maan. De gevolgen variëren van het verstoren van wetenschappelijke observaties tot zorgen over de veiligheid van het publiek, waaronder het potentieel voor permanente oogschade voor iedereen die onfortuinlijk genoeg een telescoop op de verkeerde plek en op het verkeerde moment gebruikt.

Experts zoals Roohi Dalal, adjunct-directeur voor publiek beleid van de American Astronomical Society (AAS), en Robert Massey, adjunct-uitvoerend directeur van de Royal Astronomical Society (RAS), hebben gewaarschuwd dat het plan rampzalige effecten kan hebben op de astronomie als geheel, en direct schadelijk kan zijn voor mensen en wilde dieren in de getroffen gebieden.

Lichtvervuiling is een bewezen bedreiging voor het menselijk welzijn door het verstoren van circadiane ritmes (het dag-nachtritme) en kan verwoestend zijn voor lokale ecosystemen, in het bijzonder voor migrerende soorten. Maar in het geval van Reflect Orbital gaat de zorg niet alleen over de toenemende helderheid van onze hemel, maar over de specifieke gevaren die ruimtespiegels veroorzaken voor zowel mensen als de astronomie.

De impact op astronomische observaties

Wie rapporten heeft gezien van witte lichtstrepen die beelden van de Hubble-ruimtetelescoop verpesten, weet welk soort schade heldere satellieten kunnen toebrengen aan astronomische waarnemingen. Reflect Orbital stelt dat ze zullen proberen te voorkomen dat er licht op astronomische faciliteiten wordt geschenen, maar heeft niet aangegeven welke faciliteiten deel uitmaken van deze uitsluitingszones.

Zelfs met de beste bedoelingen om individuele faciliteiten te vermijden, zou de algemene helderheid van de hemel door de geplande tienduizenden reflecterende objecten in een baan om de aarde een existentieel risico voor de astronomie vormen. De vele reflecterende objecten zouden niet alleen lichtsporen creëren die astronomische beelden verstoren, maar de achtergrondverlichting van de nachthemel zou ook stijgen door atmosferische verstrooiing. Volgens de RAS zou de resulterende gloed door deze verstrooiing "de nachthemel in de getroffen gebieden drie tot vier keer helderder maken".

Het zou onmogelijk kunnen worden om verre objecten zoals sterrenstelsels te observeren of zelfs om aarde-bedreigende asteroïden op te sporen met telescopen op de grond. Het geplande project met 50.000 spiegels is volgens Dalal "waarschijnlijk het einde van de grondgebonden optische astronomie".

Risico op permanente oogschade

Niet alleen professionele astronomen worden geraakt. Een grote zorg is de potentiële schade voor amateurastronomen die hun eigen achtertuintelescopen gebruiken. Reflect Orbital heeft in haar eigen indiening bij de FCC erkend dat het per ongeluk observeren van een enkele satelliet via een telescoop van 12 inch permanente oogschade kan veroorzaken. Volgens Dalal is een telescoop van die grootte "vrij gebruikelijk voor amateurastronomen". Massey noemde het "behoorlijk schokkend" dat het bedrijf dit risico toegaf en "buitengewoon" dat de FCC de lancering 그럼 goedkeurde.

Het gevaar van oogschade door spiegelsatellieten is al decennia bekend. Experts waarschuwden al in 2000 dat het Russische Znamya-experiment een gevaar vormde voor waarnemers "vergelijkbaar met het kijken naar de zon vlak voor of na een totale zonsverduistering".

Deze zorgen werden bij de FCC gemeld, onder andere door de AAS, maar de FCC stelde dat deze kwesties "ver verwijderd zijn van de radiofrequentie-operaties van het ruimtestation en te ver buiten de bevoegdheid van de Commissie om communicatie in het publieke belang te licentiëren". Hiermee verklaarde de instantie de problemen in feite buiten haar mandaat.

De FCC stelt verder dat het "kleine risico" dat een amateurastronoom wordt blootgesteld aan permanente oogschade door simpelweg een telescoop op het verkeerde moment op de verkeerde plaats te gebruiken, moet worden afgewogen "tegen de voordelen van het toestaan dat Amerikaanse bedrijven innovatieve technologie in de ruimte testen". Een berekening die waarschijnlijk niet veel vertrouwen wekt bij de naar schatting 100.000 amateurastronomen in de VS.

Bovendien heeft Reflect Orbital geen plannen gedeeld om het publiek te waarschuwen wanneer en waar de dienst in gebruik zal zijn, wat betekent dat amateurastronomen niet eens zullen weten dat er een potentieel gevaar is. Er zijn daarnaast zorgen geuit dat de satelliet onbedoeld flitsblindheid kan veroorzaken bij automobilisten of piloten tijdens het 'slewing' (het verplaatsen van de bundel).

Reactie van Reflect Orbital

Christopher Buscombe, woordvoerder van Reflect Orbital, benadrukte bij vragen over de gevaren eerst de potentiële voordelen van de technologie. Hij stelde dat het bedrijf "inhoudelijke discussies heeft gevoerd met wetenschappers, astronomen, milieuonderzoekers en andere belanghebbenden — en hun feedback heeft het ontwerp van ons ruimtevaartuig en onze operationele plannen al wezenlijk beïnvloed."

Het bedrijf reageerde echter niet op een gedetailleerde lijst met vragen over hoe de ontwerpen precies zijn aangepast, of het publiek gewaarschuwd zal worden, of hoe de drempelwaarden voor acceptabele helderheid zijn berekend. Buscombe verklaarde wel dat hun aanpak "incrementeel en gebaseerd is op testen en leren" en dat de eerste demonstratiesatelliet bedoeld is om safeguards (beveiligingen) te testen die bepalen hoe, waar en wanneer de dienst wordt geleverd.

DarkSky International, een belangenorganisatie voor het behoud van donkere hemel, beschrijft de uitspraken van Reflect Orbital als "roekeloos" en de goedkeuring door een Huiscomité als "onwettig". De Air Line Pilots Association bekritiseerde de aanpak van luchtveiligheid als onvoldoende en "extreem vaag". De algemene kritiek is dat de "move fast and break things"-mentaliteit niet gepast is wanneer het object dat kapot kan gaan de nachthemel zelf is, of de ogen van onschuldige omstanders.

"Onze belangrijkste zorg is dat we het gevoel hebben dat Reflect Orbital geen zorgvuldig onderzoek (due diligence) heeft gedaan," aldus Dalal van de AAS. "En zorgvuldig onderzoek is noodzakelijk bij het lanceren van een satelliet die ontworpen is om impact te hebben op de menselijke en aardse omgeving."

Onzekerheid over de lichtbundel

Er blijven open vragen over de werkelijke grootte van de lichtbundel. CEO Ben Nowack stelde eerder dat het verlichte gebied 24 vierkante kilometer zou zijn. Experts betwijfelen deze nauwkeurigheid, aangezien licht in de atmosfeer op complexe manieren verstrooit, zowel bij het raken van de grond als door interactie met wolken.

Onafhankelijk onderzoek door Gaspar Bakos van Princeton en collega's (nog niet peer-reviewed) suggereert dat de bundel aanzienlijk groter zou kunnen zijn dan het bedrijf claimt. Dit vergroot de zorgen over de vraag of het bedrijf astronomische faciliteiten en ecologisch gevoelige gebieden effectief kan vermijden.

Hoewel Reflect Orbital stelt dat ze de dienst kunnen dimmen of uitschakelen, is onduidelijk wat die beslissing zou triggeren. Betrokkenen zouden in dat geval afhankelijk zijn van de goede wil van het bedrijf.

Gebrek aan regulering en financiële kosten

Het probleem is niet alleen één bedrijf met één satelliet, maar het gebrek aan regulering voor satelliettechnologieën die schadelijk kunnen zijn voor mensen, het milieu en astronomische waarnemingen. Omdat de FCC astronomische zorgen buiten haar bevoegdheid plaatst, is er geen overheidsorgaan dat satelliethelderheid reguleert.

NASA houdt toezicht op overheidsacties in de ruimte, maar is geen regelgevend orgaan voor commerciële operaties. Het Office of Space Commerce heeft een certificeringsprogramma voor nieuwe activiteiten in de ruimte aangekondigd, maar dit is vrijwillig en beslaat geen astronomische zorgen.

Reflect Orbital werkt wel samen met de National Science Foundation (NSF) aan een coördinatieovereenkomst om interferentie te beperken. Hoewel dit een welkome stap is, is het geen wetgeving. Er zijn geen federale wetten die lichtvervuiling beperken, en veel Amerikaanse staten hebben hier ook geen regels voor.

Tijdens een bijeenkomst van de RAS wees Lily Beesley (Universiteit van Birmingham) erop dat sommige bedrijven, zoals SpaceX met Starlink, actief samenwerken met astronomen om helderheid te minimaliseren, terwijl anderen, zoals het Chinese Qianfan-constellatie, geen zichtbare inspanningen leveren.

Dit is ook een kwestie van belastinggeld. Astha Chaturvedi (Universiteit van Surrey) wees erop dat wide-field surveys, zoals die van het toekomstige Vera C. Rubin Observatory, tot 40% van hun langstondige belichtingsfoto's kunnen verliezen door lichtvervuiling. Voor het Vera Rubin-project bedragen deze extra kosten alleen al minstens 22 miljoen dollar.

Een groeiend probleem

De schaal van het probleem groeit razendsnel. Tien jaar geleden waren er ongeveer 1.400 satellieten in een lage baan om de aarde; vandaag zijn dat er zo'n 16.000, met voorstellen die kunnen leiden tot meer dan 1,7 miljoen potentiële satellieten. Bovendien worden satellieten steeds helderder, mede doordat ze op lagere hoogtes worden geplaatst.

Ruimtespiegels zijn in dit plaatje een extreme uitzondering omdat hun helderheid niet incidenteel is (zoals bij telecommunicatie), maar fundamenteel voor hun businessmodel: Reflect Orbital verkoopt licht. De IAU heeft, samen met Slowakije, voorgesteld dat ruimtespiegels volledig verboden moeten worden als er geen strikte toezichtmaatregelen voor oogveiligheid en astronomisch onderzoek kunnen worden ingesteld.

Hoewel de behoefte aan hernieuwbare energie duidelijk is, vragen astronomen zich af of de ruil — tienduizenden extreem heldere satellieten aan de hemel — de potentiële voordelen waard is. "De sterren boven ons zijn een waardevol deel van het menselijk erfgoed – het uitrollen van meer dan een miljoen uitzonderlijk heldere satellieten zou dit volledig vernietigen en het natuurlijke landschap permanent beschadigen," stelde Massey van de RAS.

Er zijn alternatieven voor het opwekken van meer zonne-energie op aarde, van betere batterijoplossingen tot simpelweg het plaatsen van meer zonnepanelen. Deze opties vereisen geen schade aan de nachthemel of risico's voor mensen en ecosystemen.

"Wat me verdriet doet is dat waarschijnlijk de meeste mensen nooit de Melkweg aan de nachthemel hebben gezien, of een echt sterrenrijke hemel," aldFecha Dalal. "Ik denk dat het, voor mensen in steden waar lichtvervuiling zo gebruikelijk is, moeilijk is om te weten wat we verliezen en wat we missen."