Starlink衛星が意図しない電波漏れで電波天文学に影響を及ぼしている

masapoco
投稿日
2023年7月10日 11:18
telescope

SpaceXのStarlinkインターネット衛星は、以前から光学望遠鏡への影響が懸念され、天文学者らの頭を悩ませていたが、電波天文学に関しても影響を及ぼしており、科学的探求の道に横たわる新たな障害となってしまっている。

今週の国際天文学連合の声明によれば、オランダにある低周波アレイ(LOw Frequency ARray: LOFAR)望遠鏡の天文学者は、Starlink衛星数十基を観測し、その電子機器から「意図しない電磁波」を放出し続けていることを発見した。

「我々は、LOFAR電波望遠鏡によるSpaceX Starlink衛星68基の観測について報告する。Starlink衛星に関連する放射線は、ダウンリンク通信信号に使用される10.7〜12.7GHzの電波をはるかに下回る110〜188MHzの観測周波数で検出された」と、声明で述べている。

以前SpaceX社は、可視光線汚染に関する懸念に耳を傾け、新しいより暗い衛星を設計した。しかし、可視光線は地球天文学の一種に過ぎない。もうひとつは電波天文学であり、ここに問題がある。10.7~12.7ギガヘルツの電波は、少なくともヨーロッパでは衛星のダウンリンク通信に使われている。

しかし、科学者たちは、衛星がその帯域外で意図しない電波を発しているかもしれないと考え、これを調査しようとしたのである。

彼らはヨーロッパのLOFARを使用した。LOFARは、52カ所に分布する約20,000の電波アンテナからなるネットワークである。このレベルの感度で、彼らはStarlinkコンステレーションに属する68個の衛星を観測した。案の定、彼らは電磁波漏れを検出した。

「LOFARでは、観測された68個の衛星のうち47個から110〜188MHzの放射が検出されました」とオランダ電波天文研究所ASTRONの天文学者Cees Bassa氏は言う。

ただし、この干渉は衛星からの実際の通信によるものではないという。本来であれば問題にならないが、影響を受けるスペクトルでの天文観測に影響を与える可能性のある電波感受性の高い領域に衛星が存在することが問題なのだ。

銀河系や白色矮星のような微光天体など、宇宙の遠方天体からの電波信号は、地上からの典型的な電波ノイズの中で識別するのが非常に難しい。そのため、電波望遠鏡のアレイは、電波干渉ができるだけ少ない、非常に孤立した地域に設置されることが多い。

しかし、SpaceXのStarlink衛星は、まったく異なる問題を提示している。インターネット接続を提供するために地球低軌道上に何万もの衛星を計画しているこの衛星「コンステレーション」は、世界中の他の企業によって計画されている他のいくつかの衛星とともに、これらの電波の静かな地域をノイズで完全に飽和させ、その運用を機能的に不可能にする恐れがあるのだ。

「我々のシミュレーションによれば、コンステレーションが大きくなればなるほど、すべての衛星からの放射が合計されるため、この影響はより重要になる。このことは、既存のコンステレーションだけでなく、計画されているコンステレーションについても、そして電波天文帯を意図しない放射から保護する明確な規制がないことについても、さらに心配させます」と、論文の共著者であるドイツのマックス・プランク電波天文学研究所(MPIfR)のBenjamin Winkel氏は語った。

研究者たちは、SpaceXは法律や規制に違反しておらず、Starlink衛星の影響を改善しようと積極的に取り組んでいることを強調している。問題は、他のコンステレーション運用者が協力的でない可能性があることだ。衛星電波の放射に関する国際的な規則がない以上(意図的でないにせよ)、これらのコンステレーションが夜空を占拠する前に、この問題に対処する必要がある。

「この状況を早期に認識することで、天文学と大規模なコンステレーション運用者は、適切な規制を策定するために必要な議論と並行して、技術的な緩和策について積極的に協力する機会を得ることができると考えています」と、論文の共著者であるMPIfRと南アフリカのローズ大学のGyula Józsa氏は述べている。


論文

参考文献

研究の要旨

LOFARラジオテレスコープを用いたSpaceX Starlinkコンステレーションに属する68個の衛星の観測について報告する。Starlink衛星に関連する放射は、ダウンリンク通信信号で使用される10.7~12.7GHzの電波よりも低い110~188MHzの観測周波数で検出された。 観測された帯域幅全体をカバーするブロードバンド特性と、125,135,143.05,150,175MHzのナローバンド(帯域幅<12.2kHz)放射の組み合わせが観測された。 ナローバンドとブロードバンドの特徴の存在と特性は、軌道高度が異なる衛星によって異なるが、これはこれらの衛星の運用状態や使用されているハードウェアに違いがある可能性を示している。 05MHzはフランスのGRAVESS宇宙監視レーダーからのレーダー信号の反射によるものであると考えられるが、他の周波数におけるブロードバンドとナローバンドの信号特性は、この放射がスターリンク衛星に固有のものであり、観測された68個のスターリンク衛星のうち47個で見られたことを示唆している。 1~10Jy、広帯域放射では10~500Jy、狭帯域放射では最大49dBµVm-1(衛星からの距離10m、測定帯域幅120kHz)の電界強度に相当する。 さらに、国際電気通信連合(ITU)によって電波天文に割り当てられた1つの周波数帯域について、Starlinkフェーズ1コンステレーション全体、および他の衛星コンステレーションの等価電力フラックス密度のシミュレーションを示します。しかし、この制限値は、意図的でない場合、つまり意図的に放射された無線通信やその他の目的のための信号に由来するものでない場合には適用されない。 意図的でない電磁波の種類に関する(規制のない)結果と、天文無線観測に及ぼす可能性のある影響について考察する。



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