Jak se dalekohledy vypořádávají se snímky narušenými družicemi Starlink

0
59

Nedávno svět oblétla zpráva o narušování snímků Hubblova teleskopu (HST) přelétávajícími družicemi Starlink. Emoce se od té doby ustálily a podle článku Universe Today to vypadá, že rušení zatím nepředstavuje velký problém. Než si řekneme, jak se s tím vypořádávají, vysvětlíme si, proč jsou čáry na astronomických snímcích vlastně problém. Důvod je naprosto jednoduchý. Tenké pruhy na snímcích mají potenciál zastínit klíčový cíl.

Pokud jsou pruhy mimo cíl nebo na nezajímavé části snímku, tak většinou nepředstavují žádný problém, ale pokud zastiňují vzdálenou galaxii, jejíž světlo sbíral teleskop například desítky hodin, pak to problém je. Nejen proto, že je snímek vědecky bezcenný, ale také proto, že tyto provozní hodiny velkých astronomických dalekohledů stojí hodně peněz a u vesmírných strojů pak ještě víc. Těles v bezprostřední blízkosti Země stále přibývá a vyhnout se těmto stopám po družicích je dnes už prakticky nemožné.

Naštěstí existují řešení a stále jich přibývá. Právě tým okolo zpracování snímků z Hubblova teleskopu aktuálně oznámil, že našel způsob, jak si s „čarami“ poradit. Co tedy astronomové vlastně dělají, když se objeví na snímku HST pruh od satelitu?

Ukazuje se, že stopy nejsou pro tento dalekohled takovým problémem jako pro ostatní odvětví. Je to proto, že existuje trik pro kalibraci obrazu Hubblova teleskopu. Tým ze Space Telescope Science Institute (STScI) vyvinul nový nástroj pro identifikaci těchto druhů stop, který je zlepšením oproti předchozímu softwaru, protože je mnohem citlivější, jak prozradil Dave Stark. Nástroj, který používá, je založen na rozsáhlé technice analýzy obrazu zvané Radon Transform.

Je to matematický trik podobný Fourierově transformaci. Obojí lze použít k rekonstrukci obrazů. A to znamená, že satelitní stopy nejsou velkou hrozbou pro pokračující pozorování teleskopu, alespoň v této chvíli. Pokud vám vrtá hlavou, co je to Fourierova transformace, tak postačí vědět, že jde o matematickou pomůcku. Jak připomíná Wikipedie, v roce 1822 Joseph Fourier přišel s tvrzením, že jakákoliv funkce, spojitá či nespojitá, je rozepsatelná do řady sinů (goniometrická funkce sin). Více asi nemá smysl to rozebírat.

V již zmiňovaném článku na Universe Today uvádějí, že Stark použil tento nástroj na vyhledávání stop u jednoho z přístrojů teleskopu. Konkrétně u ACS (Advanced Camera for Surveys). Tato širokoúhlá kamera nahradila starší FOC (Faint Object Camera) v roce 2002 během třetí servisní mise k teleskopu. Přístroj je složen ze širokoúhlé kamery, kamery s vysokým rozlišením a kamery pro pozorování Slunce. V roce 2007 kamera selhala. Opravena pak byla při pamětihodné, poslední servisní misi v roce 2009.

Každé vědecké pozorování HST pochází ze souboru vícenásobných expozic stejného cíle. Družice přelétající zorné pole se obvykle zobrazuje jen v jednom snímku z mnoha. Víme taky, že ovlivněno je asi deset procent dnešních pozorování HST. Stark dodává, že průměrná šířka, kterou naměřil pro satelity, byla 5 až 10 pixelů.

Nejširší záběr ACS má průměr 4 000 pixelů, takže typická stopa ovlivní méně než 0,5 % jedné expozice. Takže zanechané stopy jdou nejen celkem snadno označit, ale neovlivňují většinu pixelů na jednotlivých snímcích z Hubbleova teleskopu. To je jednoznačně dobře. Přestože se počet satelitů zvyšuje, naše softwarové nástroje pro čištění astronomických snímků zatím drží krok a jejich vývoj a rozvoj bude relevantní i v budoucnu.

„Když (čáry po družicích) označíme, měli bychom být schopni bez problémů obnovit celé zorné pole po kombinaci dat ze všech expozic,“ dodává Stark. V současné době používaný softwarový nástroj shromažďuje veškeré světlo podél všech možných přímých cest přes daný obraz HST. Tímto způsobem identifikuje a charakterizuje lineární prvky v obraze. Tento přístup je schopen poté poskytnout výsledný obraz bez čar po družicích, a to i v případě, že je stopa velmi slabá, což je opět dobrá zpráva. Některé další softwarové nástroje přitom astronomové používají již roky pro čištění snímků z HST.

A co pozemní teleskopy a stopy po družicích?

Jistě mnoho z vás během čtení napadlo, zda může být onen nástroj využit i u pozemních teleskopů. Bohužel to není možné, protože software je vyvinut na míru HST. U pozemských teleskopů bude situace obtížnější, ale zdá se, že minimálně částečně řešitelná bude též. Stejné družice, které trápí HST, dávají astronomům zabrat při pozorováních profesionálními dalekohledy na Zemi.

Ukazuje se, že se mohou a vlastně i budou muset přizpůsobit megakonstelacím. Bude to však vyžadovat poměrně velké množství telemetrických údajů o těchto automatech. To astronomům umožní při plánování pozorování programovat přesný harmonogram obcházející přelety apod. Většina observatoří pak bude muset hledat matematická řešení podobná softwaru u HST, aby mohla snímky dodatečně opravit a mít z nich tížený vědecký zisk.

Řez observatoří Very C. Rubinové

Jak velký je vliv družic na pozemní zařízení? Jako příklad lze uvést provozovatele observatoře Vera C. Rubin v Chile, kteří se obávají, že nejméně 30 % pozorování bude ovlivněno pruhy z družic a odstranit je v takovém případě bude obzvláště náročné, protože tamní velký teleskop je stavěn k pozorování všeho možného, od vzdálených (a velmi slabých) galaxií až po potenciálně ohrožující blízkozemní asteroidy. Právě pracovníci z této observatoře spolupracují s inženýry společnosti SpaceX na způsobech, jak zmírnit dopady družic Starlink jejich úpravou. Kromě toho však budou muset i tak vymyslet softwarová řešení, stejně jako to dělají pracovníci HST pro svá pozorování.

Jsou tu navíc nezávazná pravidla, která by snad mohla být jednou ošetřena i legislativně. Ta kromě zatemnění odrazivosti družic a zajištění přesné telemetrie zahrnují například také udržování výšky oběžné dráhy pod 600 km (aby se snížil počet družic viditelných po celou noc). Dále pak orientaci odrazivých povrchů, jako jsou solární panely, tak aby neodrážely sluneční světlo zpět na Zemi, a snížení počtu družic na nutné minimum. Všeobecné přijetí všech těchto pravidel ke zmírnění stop po družicích by teoreticky mělo pomoci astronomům pozorovat a zkoumat nebe i nadále a zároveň vyhovět rostoucí potřebě telekomunikačních služeb, které velké družicové konstelace poskytují.

Text byl převzat ze serveru ElonX. Před vydáním byl redakčně upraven. Originál najdete zde.

ZANECHAT ODPOVĚĎ

Zadejte svůj komentář!
Zde prosím zadejte své jméno