O Impacto das Trilhas de Satélites nas Observações de Raios Gama

Nos últimos anos, o número de satélites em órbita da Terra aumentou pra caramba. O crescimento nos lançamentos, impulsionado por interesses comerciais, levou à instalação de milhares de satélites, muitos deles super-reflexivos. Esses satélites reflexivos podem atrapalhar as observações astronômicas em solo, deixando trilhas brilhantes no céu.

Um tipo de telescópio que pode ser afetado é o Telescópio Cherenkov Atmosférico de Imagem (IACT). Esses telescópios observam Raios Gama, que são fótons de energia muito alta. Eles funcionam capturando a luz de Cherenkov que é produzida quando os raios gama colidem com partículas da atmosfera. Como os IACTs são sensíveis à luz visível, as trilhas dos satélites reflexivos podem interferir na coleta de dados.

A maioria dos pesquisadores achou que o impacto das trilhas de satélites nos IACTs é pequeno, principalmente porque os telescópios conseguem processar dados rápido. Porém, essa suposição nunca foi testada de forma conclusiva. Este artigo tem como objetivo avaliar a influência das trilhas de satélites no H.E.S.S. (Sistema Estereoscópico de Alta Energia), um conjunto específico de IACTs localizado na Namíbia.

#O Crescimento das Constelações de Satélites

O aumento das constelações de satélites visa fornecer acesso global à internet. Empresas como SpaceX e OneWeb estão planejando lançar milhares de satélites em órbita baixa. O Starlink da SpaceX planeja implantar cerca de 42.000 satélites, enquanto a OneWeb tem planos para mais de 7.000. Esse aumento significativo no número de satélites significa que os sistemas astronômicos em solo podem enfrentar mais interferências.

Estudos anteriores focaram principalmente em observações de rádio e ópticas, com atenção limitada dada aos telescópios de raios gama. Por exemplo, o Zwicky Transient Facility analisou como o brilho dos satélites afeta observações ópticas. Eles mostraram que modificar os satélites pode reduzir seu brilho, tornando-os menos disruptivos para a astronomia.

Até agora, não vimos uma investigação detalhada de como as trilhas de satélite impactam as observações de raios gama usando dados experimentais reais. Portanto, este estudo busca preencher essa lacuna.

#H.E.S.S.: Entendendo o Sistema

O H.E.S.S. é composto por vários IACTs e é projetado para detectar raios gama provenientes de fontes astronômicas. Quando um raio gama entra na atmosfera, ele desencadeia uma cascata de partículas conhecida como Chuva Extensiva de Ar (EAS). Esse processo produz luz de Cherenkov, que os telescópios coletam usando grandes espelhos e câmeras rápidas. As câmeras têm fotomultiplicadores que detectam a luz e a convertem em sinais para análise.

Ao analisar os dados coletados, os telescópios utilizam um método chamado análise de parâmetros de Hillas. Esse método ajuda a classificar os eventos causados por raios gama e a separá-los de outros raios cósmicos que podem interferir.

A matriz H.E.S.S. passou por melhorias ao longo dos anos para aumentar seu desempenho. Telescópios mais antigos foram aprimorados e um telescópio novo com um diâmetro maior foi adicionado para aumentar o alcance dos raios gama observáveis.

#Identificando Trilhas de Satélites

O principal objetivo deste estudo é identificar o impacto das trilhas de satélites nos dados coletados pelo H.E.S.S. Para isso, os dados dos telescópios H.E.S.S. foram analisados para encontrar sinais resultantes das trilhas de satélites.

As trilhas de satélites são parte do fundo do céu noturno (NSB), que inclui luz de estrelas, da lua e emissões atmosféricas. Na nossa análise, pretendemos filtrar a interferência causada por meteoros ou aeronaves, que também podem deixar trilhas, mas são menos frequentes.

Identificar trilhas de satélites envolve várias etapas. Primeiro, focamos nos níveis de brilho nos dados. Em seguida, buscamos um certo número de pixels únicos que se iluminam durante um curto período, correspondendo à presença de um satélite. Por fim, aplicamos filtros adicionais para garantir que as trilhas sejam realmente de satélites e não de outras fontes.

#Estatísticas de Detecção

Na nossa análise, identificamos um total de 1.658 trilhas de satélites nos dados do H.E.S.S. Essas detecções foram registradas em várias sessões de observação. Curiosamente, encontramos que algumas trilhas apareceram em grupos, provavelmente devido a múltiplos satélites sendo lançados em formação próxima.

O aumento das detecções de satélites está correlacionado com o crescimento no número de satélites em órbita. Os dados mostraram um aumento constante no número de trilhas detectadas ao longo do tempo, refletindo a tendência de lançamentos de satélites.

Certos momentos da noite foram mais favoráveis para detectar essas trilhas, especialmente no início e no final do período de observação, quando satélites de baixa órbita são mais visíveis. Além disso, fatores como a posição do sol e o ângulo do telescópio também influenciaram as taxas de detecção.

#Impacto nos Dados do H.E.S.S.

Em seguida, analisamos como as trilhas de satélites afetaram os dados reais de raios gama coletados pelo H.E.S.S. Uma das principais preocupações era saber se essas trilhas resultavam em 'falsos gatilhos' durante a detecção de eventos. Um falso gatilho ocorre quando uma trilha de satélite imita o sinal de um raio gama, levando a dados incorretos.

Nossas descobertas revelaram que trilhas de satélites mais brilhantes realmente causaram um aumento nos eventos de falsos gatilhos. Embora o impacto geral nos resultados científicos das observações do H.E.S.S. tenha sido considerado pequeno, as trilhas introduziram um certo ruído que poderia afetar a qualidade dos dados.

Ao comparar os dados coletados durante as trilhas de satélites e os dados de observação regulares, encontramos diferenças observáveis em certos parâmetros importantes para a análise de eventos de raios gama. Esses parâmetros ajudam a determinar a energia e a direção dos raios gama que estão chegando.

#Considerações Futuras

O estudo destaca uma preocupação contínua: à medida que os lançamentos de satélites continuam, o impacto nos futuros IACTs, como o próximo Array de Telescópios Cherenkov (CTA), pode se tornar mais significativo. Comparado ao H.E.S.S., o CTA terá configurações diferentes e também pode enfrentar desafios devido à interferência de satélites.

As previsões sugerem que o número de trilhas de satélites detectadas no CTA aumentará significativamente, podendo ser comparável à quantidade de perda de dados atualmente causada por problemas de equipamentos em telescópios existentes.

Estratégias de mitigação para esse problema potencial incluem cronogramas de observação planejados que levam em conta a presença dos satélites. Por exemplo, os cronogramas de observação podem evitar certas partes da noite quando a probabilidade de trilhas de satélites é maior.

Outra abordagem seria excluir os dados coletados durante transições conhecidas de satélites, especialmente para observações sensíveis. Essa remoção offline de dados contaminados ajudaria a manter a integridade dos futuros estudos astronômicos.

#Equilibrando Benefícios e Custos

Ao avaliarmos o impacto das constelações de satélites nas observações astronômicas, é crucial lembrar dos potenciais benefícios sociais que elas oferecem. A internet via satélite tem o potencial de ampliar a conectividade para áreas remotas onde a infraestrutura tradicional não é viável.

Em regiões como a Namíbia, onde o H.E.S.S. está localizado, apenas uma pequena porcentagem da população atualmente tem acesso à internet. As vantagens que a internet via satélite pode trazer para o desenvolvimento socioeconômico, educação e saúde devem ser levadas em conta em relação aos danos para as observações astronômicas.

#Conclusão

Este estudo fornece uma visão mais clara de como as trilhas de satélites afetam os dados coletados por telescópios de raios gama em solo, como o H.E.S.S. Embora seja significativo, o impacto geral parece ser gerenciável com estratégias apropriadas em prática. No entanto, à medida que o número de satélites continua a crescer, o monitoramento contínuo e mais pesquisas serão essenciais para garantir que as operações astronômicas futuras não sejam prejudicadas.

Os resultados ressaltam a importância de equilibrar a crescente necessidade de tecnologia de satélites com a necessidade de manter observações astronômicas de alta qualidade. À medida que inovações e novas tecnologias se desenvolvem, a comunidade astronômica deve continuar a se adaptar e encontrar soluções que beneficiem tanto a ciência quanto a sociedade.