La basura espacial será un problema para Vera Rubin

El Observatorio Vera Rubin (VRO) es diferente a otros grandes telescopios y esa diferencia lo hace más vulnerable a la basura espacial. Otros telescopios, como el Telescopio Gigante de Magallanes y el Telescopio Europeo Extremadamente Grande, enfocan objetos distantes. Pero el trabajo del VRO es tomar imágenes repetidas de todo el cielo nocturno disponible durante 10 años, detectando transitorios y objetos variables.

Toda esa basura espacial puede parecer eventos transitorios, perjudicando la visión del VRO y contaminando sus resultados.

En una nueva nota de investigación pendiente de publicación, el físico y astrónomo de Harvard Avi Loeb señala cómo la basura espacial afectará el trabajo del VRO. El artículo, «Llamaradas de desechos espaciales en imágenes LSST», está disponible en el servidor de preimpresión arXiv. LSST es el Legacy Survey of Space and Time, el principal esfuerzo de observación del VRO.

El problema surge de la basura espacial y también de la extrema sensibilidad del VRO, una parte crítica de su éxito.

«Debido a la sensibilidad excepcional del Observatorio Vera C. Rubin, predecimos que sus próximas imágenes del LSST estarán contaminadas por numerosas llamaradas de desechos espaciales de escala centimétrica en órbitas terrestres bajas (LEO)», escribe Loeb. «Se espera que las llamaradas de milisegundos de duración de estos objetos LEO produzcan rayas de imágenes detectables de unos pocos segundos de arco con magnitudes AB superiores a 14».

Nuestro problema de la basura espacial está empeorando, como todo el mundo sabe. La ESA dice que a partir del 6 de diciembre de 2023, hay 130 millones de objetos en el rango de tamaño de 0,1 a 1 cm orbitando la Tierra. También hay un millón de objetos de entre 1 y 10 cm y 36.500 objetos de más de 10 cm. Con tantos lanzamientos, el problema empeora. El espacio es una economía floreciente y con ella viene una cierta cantidad de basura.

No todos esos objetos se encuentran en la región crítica de la órbita terrestre baja, pero un gran subconjunto de ellos sí lo están. Según Loeb, esta acumulación de escombros tiene implicaciones para el VRO. «En esta nota, examinamos las implicaciones de estos desechos LEO para el próximo Legacy Survey of Space & Time (LSST) del Observatorio Vera C. Rubin en Chile», escribe Loeb.

Cuando se trata de imágenes del VRO, lo que realmente importa no es el tamaño de los escombros. El albedo de un objeto es el verdadero problema. El albedo puede escalar con el tamaño, pero no siempre.

No hay manera de medir los albedos individuales de piezas de basura espacial, pero en este trabajo, Loeb calcula el albedo combinando el radio y la distancia de un objeto con uno de sus lados iluminado por el sol. Eso produce la fracción de luz que reflejará.

Ya sabemos cómo la basura espacial puede reflejar la luz porque podemos verla con la instalación transitoria de Zwicky. Es similar al VRO en que detecta fuentes de luz transitorias. «Los datos de la instalación transitoria de Zwicky (ZTF) muestran que los destellos de la luz solar de los satélites LEO conocidos generan destellos de una duración de 10-3 ± 0,5 s». Es un destello extremadamente breve.

Pero el VRO y su LSST visitarán cada zona del cielo durante 30 segundos y realizarán exposiciones consecutivas de 15 segundos. El problema es que los escombros se mueven y, en lugar de ser un simple destello, crean una raya. «Por lo tanto, se espera que la luz de las llamaradas se propague a lo largo de unos pocos segundos de arco, independientemente del tiempo de exposición del LSST, que es 4 órdenes de magnitud más largo», escribe Loeb.

¿Qué significa eso para la VRO?
No es bueno. Según Loeb, el número de objetos que pueden crear rayas problemáticas «supera en un orden de magnitud» el número de grandes satélites que orbitan alrededor de la Tierra. La Red de Vigilancia Espacial de Estados Unidos rastrea periódicamente satélites y ha creado un catálogo de objetos en órbita que podría ayudar al VRO a gestionar el problema. Pero como señala Loeb, «de toda la población de escombros, las redes de vigilancia espacial sólo rastrean y catalogan regularmente 3.515 × 104 (351.500) objetos».

Los rayos de luz en las imágenes son sólo una parte del problema. Existe el problema más generalizado de la luz combinada de todos los satélites y los desechos.

Otros investigadores han examinado el problema y sus efectos en la astronomía terrestre. Un artículo de marzo de 2023 en Nature Astronomy mostró que para 2030, la luz reflejada de la basura espacial y los satélites en funcionamiento aumentará el brillo de fondo difuso del VRO en un 7,5%. Eso significa que el LSST del VRO será un 7,5% menos eficiente. Eso agregará más de 20 millones de dólares al costo del LSST de 10 años de duración.

Los satélites y sus órbitas predecibles significan que debería ser más fácil tratar con ellos. De hecho, el equipo del LSST tiene un plan para ocuparse de los satélites. Proponen un programador actualizado que puede mitigar el problema. «En general, sacrificar el 10% del tiempo de observación del LSST para evitar satélites reduce la fracción de visitas del LSST con rayas en un factor de 2», escriben los autores de un artículo en The Astrophysical Journal Letters.

Pero la basura es mucho más abundante. Sin una solución, ¿las imágenes del LSST estarán plagadas de rayas ruidosas?

Parece irracional descargar la responsabilidad de los desechos espaciales en las personas que intentan ver el cielo a través de ellos. Cualquier solución a largo plazo debe incluir dos cosas: la limpieza de la órbita terrestre baja y un acuerdo internacional para dejar de contaminarla aún más.

La ESA está afrontando el problema de la basura espacial. «130 millones de desechos espaciales de un tamaño superior a un milímetro orbitan la Tierra, amenazando a los satélites ahora y en el futuro», escribió la ESA al anunciar su Carta Cero Desechos.

«Una vez a la semana, un satélite o un cohete vuelve a entrar sin control en nuestra atmósfera. Los comportamientos en el espacio tienen que cambiar». Si bien la Carta tiene como objetivo principal reducir el riesgo de colisiones, beneficiará a la astronomía terrestre.

La NASA también está buscando soluciones. Su concurso «Detectar, rastrear y remediar: el desafío de los pequeños desechos espaciales» está llegando a personas de todo el mundo en busca de soluciones innovadoras al problema.

Se trata de grandes iniciativas, pero está previsto que el VRO vea su primera luz a principios de enero de 2025. Es probable que esté a nuestro alcance una solución al problema de los satélites y las constelaciones de satélites en el espacio. Pero los escombros son un problema mucho más espinoso.

«Sin embargo, las cifras anteriores sugieren que la contaminación de las imágenes por desechos espaciales no rastreados podría plantear un desafío mayor», concluye Loeb.

Con información de arXiv