夜空には明るすぎる

わずか数年で、軌道上の衛星の数は急増した。その原動力は、ほぼすべてがStarlink、OneWeb、国網(Guowang)といった巨大コンステレーションだ。これらは遠隔地にインターネットを届けるが、天文学者の画像に明るい軌跡を残しもする。

2019年に最初のStarlinkが打ち上げられてから1年以内に、天文学者たちは単純なルールを提案した。太陽光の反射で見える衛星は、7等級より明るくてはならない。これは、暗い空の下で人が見られる最も暗い星よりもわずかに暗い明るさだ。より高い軌道については、少し暗めの上限が定められている。国際天文学連合(IAU)の暗い夜空を守るためのセンターは、この勧告を採用した。しかしこれまで、衛星が実際にこれを守っているかを確かめた測定は少なかった。以前の観測キャンペーンは、選び出した少数の対象を追跡していただけだった。

流星用の網を衛星に向ける

カナダのウェスタン大学のデニス・ヴィダ(Denis Vida)、ピーター・ブラウン(Peter Brown)らは、カナダ国防研究開発機構とともに、Lucioleというカメラシステムを使った。これはグローバル流星ネットワーク(Global Meteor Network)から派生したものだ。著者らの言葉を借りれば、衛星は非常にゆっくりで長く続く流星とみなせる。Lucioleは既知の衛星に向けるのではなく、空に光学的な網を張り、動くものすべてを毎秒25回記録する。

2024年10月7日から11月11日まで、オンタリオ州のエルギンフィールド天文台にある6台の高感度カメラが、晴れた230時間のあいだに5118機の異なる衛星による2万4812本の軌跡を記録した。各衛星の明るさは、同じ画像に写った星と比べて較正された。

誰が上限を破っているか

観測された衛星の集団は、勧告された上限より系統的に明るい。とくに、高度500〜600キロメートルの混み合った軌道層でそうだ。事業者を公平に比べるため、チームは、各グループが見えうるすべての通過のうち、どれだけの頻度で上限を超えたかを数えた。

• Starlink:見えうる通過の約25%。そしてその規模の大きさから、記録された明るすぎる通過全体の約3分の2を占める。
• 使用済みのロケット本体:約21%。ブリーズ(Breeze)と長征(Long March)のロケット段は、実際に観測された通過の97〜99%で上限を超えた。
• 中国の新興コンステレーション国網/互聯網(Guowang/Hulianwang):見えうる通過の半分以上、そして観測された通過のすべて。1万3000機の衛星が計画されており、著者らは、暗くしない限りこれが光学的な空の汚染の最大の原因になりかねないと警告している。
• OneWeb:わずか約6%。その高い軌道だけでは説明がつかない。同程度かそれ以上の高度にあるほかのコンステレーションは、ずっと明るく見えるからだ。

改善が保証されているわけでもない。Starlinkの衛星は2020年から2024年初めにかけて暗くなってきていたが、新しい「Direct-to-Cell」型は、最初期の衛星とほぼ同じくらい明るい。見る角度によって明るさがどう変わるかを調べると、鏡のような強いきらめきがあることがわかる。著者らはこれを、Starlinkの大きく平らなアンテナによるものと考えるのがもっともらしいとしている。つまり、表面を暗くするだけでは十分ではないかもしれない。

薄明のボトルネック

低い軌道の衛星のほとんどが見えるのは、地上がすでに暗いのに衛星がまだ日光を浴びているときだけだ。つまり日没後と日の出前の2時間である。高度550キロメートルの層のモデルでは、南緯35度から北緯35度のあいだで、一年中、毎晩約3.3時間にわたって強く見える時間がある。高度1200キロメートルほどのより高い衛星は、夜のほとんどのあいだ照らされたままだ。

薄明の時間は天文学者にとって貴重だ。較正用の画像を撮り、地球に接近する小惑星を探すのがこの時間だからだ。著者らの予測では、暗い空の下にいる人は、薄明のどの瞬間にも視野の中に約44機の明るい衛星を見ることになる。ヴェラ・C・ルービン天文台では、薄明時の30秒露光の画像の約3枚に1枚に衛星の軌跡が写るはずだ。

下限としての数字

この調査は、北半球中緯度の一地点で、固定したカメラを使い、36夜にわたって行われたものだ。また、最終軌道へ上昇中の衛星をとらえていない。そうした衛星はしばしば最も明るい。したがって、数字はどちらかといえば過小評価である。著者らは、自分たちの「衛星フラックス」を、どの天文台でも使える標準として提案している。そしてOneWebの結果を、業界のほかの事業者もすでに達成できる基準とみなしている。