Понять, как появилась и развивалась наша Вселенная — одна из главных задач астрофизики. Ключ к ее разгадке лежит в слабых радиосигналах, которые испускают облака нейтрального водорода — «первичный» газ, заполняющий Вселенную сразу после эпохи рекомбинации примерно 380 тысяч лет назад. Именно из этого газа чуть позже, стали формироваться первые звезды.    

Радиолиния нейтрального водорода или «водородная ‎линия 21 см» — излучение в радиодиапазоне на частоте примерно 1420 мегагерц, что соответствует длине волны 21 сантиметр. Это излучение идет из глубин космоса от облаков холодного нейтрального атомарного водорода и уловить его достаточно сложно. 

Частота 1420 мегагерц находится вблизи диапазонов, используемых для связи (GPS, мобильные сети, спутниковые каналы), а земные сигналы могут быть в миллионы раз сильнее космического. Поэтому радиотелескопы строят в «тихих радиозонах‎». Проблему усугубляют и фоновые шумы, создаваемые атмосферой и радиотелескопами.

Именно для охоты за этими слабыми сигналами и строится в Австралии и Южной Африке радиоинтерферометр Square Kilometre Array (SKA). Его низкочастотная часть, SKA-Low, возводится на равнинах Западной Австралии. Это будет лес из более чем 100 000 небольших антенн, работающих вместе как единый гигантский телескоп. Его чувствительность должна позволить заглянуть в эпоху «космических сумерек», последовавшую за Большим взрывом, когда нейтральный водород только начал «светиться».

Статья по теме: Климатический кризис грозит спутникам на орбите

Одновременно на орбите Земли разворачивается другая мега-сеть. Компания SpaceX Илона Маска запустила уже несколько тысяч спутников Starlink, которые должны обеспечить глобальный доступ в интернет. В будущем планируется развернуть еще несколько тысяч таких аппаратов. 

С самого начала астрономы предупреждали о потенциальной угрозе для наземных наблюдений. В частности, назывались две проблемы: визуальная — яркие следы спутников на ночном небе портят оптические и инфракрасные снимки, и радиочастотная — излучение от самих спутников и их передатчиков, способное заглушить слабые космические сигналы.

Тогда представители SpaceX пошли на диалог с научным сообществом. Чтобы уменьшить визуальное загрязнение, компания начала оснащать спутники специальными солнцезащитными козырьками, снижающими отражение солнечного света. Для борьбы с радиочастотными помехами компания договорилась отключать свои передатчики при пролете спутников над зонами расположения крупных радиоастрономических обсерваторий, таких как будущий SKA-Low. Это решение казалось разумным компромиссом. Однако авторы нового исследования показали, что этих мер может быть недостаточно.

Астрономы из Университета Кертина в Австралии, во главе с профессором Стивеном Тингеем (Steven Tingay) провели уникальный эксперимент. Используя прототип антенной решетки будущего SKA-Low — инструмента, чья сверхчувствительность жизненно важна для изучения ранней Вселенной, — ученые целенаправленно «прослушали» небо, отслеживая сигналы от почти двух тысяч работающих спутников Starlink. Результаты, опубликованные на сайте электронного архива научных статей и их препринтов arXiv.org, шокировали научное сообщество.

Во-первых, исследователи подтвердили, что спутники Starlink случайным образом излучают мощные радиосигналы. Эти сигналы, вероятно, генерируются бортовой электроникой спутников и «просачиваются» через их антенны в космос. Они оказались в 10 000 раз сильнее радиосигналов от облаков нейтрального водорода, которые надеется уловить SKA-Low. 

Во-вторых, и это особенно тревожно, ученые зафиксировали излучение спутников Starlink в двух строго охраняемых радиодиапазонах. Международный союз электросвязи (ITU) специально выделил эти частоты для радиоастрономических исследований, запретив их использование другими службами связи. То есть аппараты Starlink, правда, не преднамеренно, нарушают эти «тихие радиозоны‎». 

Тингей подчеркнул, что технически SpaceX не преступает правила ITU, так как регламенты союза контролируют только преднамеренные излучения, а утечки — это побочный эффект. 

«‎Никто не нарушает никаких правил со стороны SpaceX — такие типы излучений не регулируются. Но в ITU начинают обсуждать, как быстрее ввести это регулирование», — пояснил ученый.

Статья по теме: Blue Origin против SpaceX: кто выигрывает битву за коммерческий космос?

В-третьих, авторы исследования смоделировали реальное влияние группировки Starlink на работу SKA-Low. Выводы неутешительны: на критически важных для изучения ранней Вселенной частотах помехи от спутников могут «‎загрязнить» до трети всех собираемых данных. Это ставит под большой вопрос саму возможность достижения ключевых научных целей проекта стоимостью в миллиарды долларов. 

«Эти результаты согласуются с предыдущими исследованиями, которые мы проводили, но необходима дополнительная работа, чтобы получить более четкую картину воздействия на низкочастотные наблюдения», — прокомментировал ситуацию представитель проекта SKA-Low. 

Иными словами, в научном сообществе проблему признали, а ее масштаб, возможно, даже больше, чем предполагалось.

По мнению астрономов, лучший способ остановить непреднамеренное излучение — принятие технических мер со стороны оператора. Ученые ссылаются на успешный опыт SpaceX по оснащению аппаратов солнцезащитными козырьками, которые отчасти помогли решить проблему оптической астрономии. Таким образом в компании доказали, что там способны реагировать на критику со стороны научного сообщества.

Исследователи уже поделились своими тревожными выводами с инженерами SpaceX. По словам Тингея, SpaceX выразила готовность к диалогу и поиску инженерных решений для устранения проблемы.