アマゾンは空を衛星で埋め尽くす計画。天文学者たちは不満

Amazonは、Project Kuiperネットワーク向けに2機の衛星プロトタイプを打ち上げる予定です。このネットワークは最終的に3,200機以上の衛星を運用する予定です。Project Kuiperは、現在約4,800機を運用するSpaceXのStarlink衛星群のライバルとなる可能性があります。Amazonの打ち上げは本日東部時間午後2時に予定されており、明日は予備の打ち上げ枠があります。今週開催された国際天文学会議で発表された2つの新たな研究とパネルディスカッションで強調されたように、衛星産業の急速な成長は天文学者や夜空愛好家にとって大きな代償を伴っています。 

低地球軌道にあるすべての宇宙船は太陽光を反射し、その一部は肉眼で見えるほどにきらめいています。これらは恒星の衛星と競合する人工の衛星群です。衛星が画像に横切ったり、電波観測を妨害したり、苦労して得たデータの科学的価値を低下させたりすることで、天文学者にとって問題となる可能性があります。ある推計によると、2030年代には空に約10万基の衛星が群がる可能性があるとのことです。科学者が主に懸念しているのはこの総合的な影響ですが、個々の衛星の中には非常に明るいものもあります。今週ネイチャー誌に掲載された研究によると、ASTスペースモバイル社のブルーバード群のプロトタイプが、天空で最も明るい天体の1つになったとのことです。別の研究では、意図的に暗くした衛星でさえ、宇宙科学への影響を最小限に抑えるために天文学者が求めている限界の2倍、あるいはそれ以上の明るさになることが示されています。

こうした懸念から、今週、国際天文学連合（IAU）の「衛星群干渉からの暗く静かな空保護センター」（CPS）が主催する大規模な会議が開催されました。この会議は、複数の天文台があるカナリア諸島で開催されます。この種の会議としては初の対面形式で、多数の天文学者に加え、衛星業界の代表者、先住民や環境保護の擁護者、政策専門家などが一堂に会します。

「私たちは今、衛星が密集した巨大な動物園のような新しい時代の瀬戸際にいます。空に大量の明るい衛星が存在することは、天文学に大きな混乱をもたらすでしょう」と、サンフランシスコ大学の天体物理学者アパルナ・ベンカテサン氏は述べ、夜空の環境的・文化的見解について会議で講演した。彼女は以前、衛星の増加が低軌道での衝突リスクを高め、宇宙ゴミの量を増やすという研究論文の共著者でもある。CPS会議は新型コロナウイルス感染症と火山噴火の影響で何度も延期されたため、開催がずっと遅れていたとベンカテサン氏は語る。「しかし、ある意味では、待つことは贈り物でした。天文学者、モデル作成者、データ取得者が組織化できたからです」

天文学者たちは、明るい衛星が画像に写り込み、電波受信機に干渉して天文データの質を低下させるのではないかと懸念している。チリ・アンデス山脈にあるヴェラ・ルビン天文台は、来年開設されれば地球上で最も強力な望遠鏡の一つとなる予定で、その観測チームは、視等級7を明るさの限界とすることを提案している。（視等級とは、地球上での明るさの見え方を表すものであり、絶対的な明るさを表すものではない。遠方の銀河は、近くの恒星やはるかに近い衛星よりも暗い等級を持つことがある。）しかし、衛星群のほとんどは、少なくとも一部の時間は、それよりもはるかに明るく輝いている。

衛星ネットワークは、個別には見えない軌道衛星から発せられる光でさえ、夜空に拡散光を作り出します。この光は衛星同士が衝突した場合にのみ明るくなり、画像では隠せない反射する飛翔物を作り出します。スターリンク衛星は、中国の天宮宇宙ステーション付近を飛行するなど、多くのニアミスを経験しています。 

地上望遠鏡の障害が最も大きいものの、いくつかの宇宙望遠鏡、特にハッブル宇宙望遠鏡も影響を受けています。ハッブル宇宙望遠鏡は一部の衛星ネットワークのわずかに下を周回しているため、画像に縞模様が現れる割合はわずかですが、増加傾向にあります。

会議主催者は、天文学者は一般的に、ブロードバンドアクセス、ナビゲーション、その他の重要なサービスを提供できる衛星コンステレーションに反対していないことを強調しています。「人類にとっての潜在的な利益は大きいですが、それに伴う懸念も大きいです。これらの問題に立ち向かい、解決するには、創造的な解決策と技術革新が必要です」と会議のウェブサイトには記されています。しかし、参加者は衛星数の増加による干渉への対処に苦慮しています。「天文学の観点から言えば、これを止めることはできません。今こそ、影響を緩和し、減らす時です」と、カナリア天体物理学研究所の天文学者で、CPSの観測戦略の適応に焦点を当てたグループの共同リーダーを務めるマイク・ピール氏は述べています。

アリゾナ大学のハリソン・クランツ氏をはじめとする天文学者たちは、望遠鏡を使ってこうした課題の証人となっている。「こうした衛星は天文学をより困難にするだろうが、不可能にするわけではない。状況を評価し、どんなツールが使えるかを見極めよう」とクランツ氏は言う。例えば、天文学者はストリーキングの影響を受けるピクセルをマスクするソフトウェアを使用できる場合がある。また、衛星の密集を避けて観測のタイミングを調整したり、衛星が最も明るくなる場所に望遠鏡を向けないようにしたりすることもできる。クランツ氏らは最近、2年半にわたる包括的な調査の結果を発表した。それによると、一部の天文学者の想定に反して、衛星は範囲が最も近い天頂、つまり真上で最も明るくなる傾向はなく、太陽の反対側の中間高度で最も明るくなるという。ただし、観測を適応させることは常に可能とは限らず、一部の重要なデータが失われることになる。 

衛星は、低周波アンテナのLOFARネットワークやチリのアタカマ大型ミリ波干渉計など、電波望遠鏡に干渉してきた長い歴史があります。衛星からの無線信号や電磁放射は、天文学者が研究しようとしている宇宙現象の兆候を模倣する雑音を生み出す可能性があります。 

「衛星がこのような影響を及ぼすことは、あらゆる電子機器に備わっていることから、常に明らかでした。これは避けられないことです。放射線が漏れることはわかっていましたが、その量は今まで分かっていませんでした」と、ドイツのボンにあるマックス・プランク電波天文学研究所の天文学者で、今回の会議に出席しているベンジャミン・ウィンケル氏は語る。 

ウィンケル氏は、今年初めにLOFARステーションのビームを通過した68基のスターリンク衛星から測定された放射線レベルと周波数に関する論文を共同執筆した。この論文は、1時間の観測中にLOFARステーションのビームを通過した衛星から測定された放射線レベルと周波数に関するものだ。ウィンケル氏によると、スペースXは、自社の衛星が望遠鏡の上空を通過する際に無線通信を他の周波数帯に移し、電波ビームが望遠鏡に近づきすぎないようにする試みを行ってきたという。しかし、ウィンケル氏の論文は、望遠鏡は依然として衛星内部の電子機器の影響を受けやすいため、これらの取り組みは不十分であると結論付けている。「私たちが見てみると、予想よりもはるかに明るい何かが現れました。干し草の山の中の針を探すようなものではありません」とウィンケル氏は述べ、衛星搭載電子機器からの電磁放射線について語った。

会議に出席した天文学者たちは、宇宙産業にいくつかの重要な改善を求めている。衛星の明るさを少なくとも7等級まで下げること、望遠鏡周辺の「無線静穏地帯」への干渉を避けること、望遠鏡が使用する周波数帯に近い無線周波数帯を避けること、そして天文学コミュニティとより多くの情報を共有することだ。ウィンケル氏は、スマートフォンやテレビから漏洩する電磁波の量は国際規制で制限されているものの、これまでのところこれらの規則は衛星には適用されていないと指摘する。

国内規制や国際政策の進展はイノベーションの進展よりも遅れており、これまでのところ自主的な変化のみが生まれている。例えば、SpaceXは2022年の同社のホワイトペーパーによると、衛星のシャーシ底部への太陽光の入射を遮るためにバイザーの追加を試みた。バイザーは確かに光を和らげる効果があったようだが、新しい光通信システムの邪魔になったため、同社はバイザーを断念したと、同社のホワイトペーパーには記されている。 

SpaceXは、宇宙船の本体にコーティングを施して暗くする試みも行っており、クランツ氏のチームは、確かに衛星の明るさがやや暗くなったと結論付けています。これは大きな進歩ですが、衛星の明るさは、天文学者が許容できる7等級の閾値よりも2.5～6倍も明るいとクランツ氏は言います。SpaceXは、最新世代の衛星をさらに暗くし、電波を透過させる「誘電体ミラーフィルム」の実験も開始していると、ホワイトペーパーには記されています。

SpaceXの担当者はWIREDのコメント要請に応じなかった。しかし、SpaceXの元副社長であるパトリシア・クーパー氏はWIREDに対し、「SpaceXは修正に多額の資金、時間、そして熟考を費やしてきました」と語った。クーパー氏は現在、衛星企業に政策や規制に関する助言を行うコンステレーション・アドバイザリーLLCの社長を務めている。「解決策に真剣に取り組むことなく、しつこく警告を発し続けることで、企業が挑戦を諦めてしまうのではないかと懸念しています」とクーパー氏は語る。

アマゾンの広報担当者、ブレッケ・ボイド氏は電子メールで声明を発表し、「プロトタイプミッションの一環として、2機の衛星のうち1機で反射防止技術をテストし、それが反射率を軽減する効果的な方法であるかどうかを検証します」と述べた。声明によると、同社はまた、太陽電池パネルと宇宙船の向きを調整し、地表からの反射を最小限に抑える操舵・操縦機能も活用する計画だという。

Starlinkは現在、軌道上にある全衛星の半数以上を占めており、SpaceXはさらに3万基の認可取得を目指している。Amazonは追い上げに追われているものの、2029年までに3,000基を超える衛星群を充実させる計画だ。両社のネットワークは、地上342マイルから600マイル（約550～690キロメートル）の高度で飛行する。他のネットワークとしてはOneWebがあり、同社ははるかに高い高度750マイル（約1200キロメートル）を630基以上の衛星で周回している。そのため、これらの衛星は暗いが、望遠鏡の視野から消えるまでの時間が長い。 

AST SpaceMobileのBlueBird通信衛星ネットワークは150基以上になる可能性があり、来年末までに100基以上を打ち上げる計画だ。約40人の研究者チームによって作成されたNatureの新しい論文によると、2022年に打ち上げられたそのプロトタイプであるBlueWalker 3は、ほとんどの星よりも多くの光を反射する。また、衛星の基準からするとかなり大きく、広い太陽電池アレイを含めて約700平方フィートある。「BlueWalkerはその明るさに衝撃を受けました。また、そのダウンリンク周波数の1つが42.5～43.5GHzの保護された無線帯域に隣接しているため、電波天文学への影響についても非常に心配しています」と、研究の共著者の1人で会議出席者のジョン・バレンティン氏は語る。アリゾナ州ツーソンを拠点とする天文学者である同氏は、暗い夜空を保護するための屋外照明について企業や政府関係者に助言を行うDark Sky Consultingの執行役員でもある。

「天文学者の懸念に対処するために取り組んでいます」と、ASTスペースモバイル社の最高戦略責任者であるスコット・ウィズニエフスキー氏はWIREDへのメールで述べた。これには、ロールチルト飛行操作を用いて衛星の輝度を下げることや、電波望遠鏡の近くで衛星が電波を送信するのを防ぐことなどが含まれる。同社はまた、次世代衛星に反射防止材を搭載する計画もあるとウィズニエフスキー氏は記している。

天文学者と産業界の代表者たちは、解決策を見つけるためにまだ努力を重ねなければならない。「今のところ、産業界との多少不安定な共存しか期待できないかもしれない」とバレンティン氏は言う。両者は夜空という一つの資源を共有しなければならない。「天文学への悪影響を最小限に抑える方法を見つけられることを願っています」と彼は言う。