Als je op een heldere nacht naar de sterrenhemel kijkt, kort na een van de vele Falcon 9 raketlanceringen van SpaceX, zie je misschien een felle sliert lichtjes aan de hemel zoemen. Dit fenomeen, dat bekend staat als een Starlink trein, doet zich voor wanneer het licht weerkaatst op een nieuwe lichting SpaceX satellieten voordat ze uiteindelijk uitwaaieren en deel gaan uitmaken van het bredere Starlink netwerk. Het is ook een algemene herinnering dat gigantische groepen privé-satellieten, bekend als “megaconstellaties”, snel werkelijkheid worden. Maar achter deze lichten gaat een onzichtbare, en veel problematischere, vorm van straling schuil: radiogolven.
Als onze ogen deze verborgen straling ook zouden kunnen detecteren, zou de hemel vol zijn met heldere vlekken en non-stop flitsen die de verre signalen van objecten voorbij de lage baan om de aarde (LEO) zouden verduisteren. En in tegenstelling tot de lichtvervuiling die we van satellieten zien, komen deze opdringerige signalen niet alleen 's nachts voor of in de uren nadat nieuwe satellieten zijn uitgezonden, ze zijn er de hele tijd. Sommige onderzoekers zijn zo bezorgd over deze onzichtbare vervuiling dat ze denken dat we uiteindelijk een “breekpunt” zouden kunnen bereiken, waarna astronomie-instrumenten op de grond radioblind zouden kunnen worden voor de kosmos. “Het zou in principe betekenen dat er geen radioastronomie vanaf de grond meer mogelijk zou zijn,” vertelde Benjamin Winkel, radioastronoom aan het Max Planck Instituut voor Radioastronomie in Duitsland, aan Live Science. “Het zal uiteindelijk een punt bereiken waarop het niet meer de moeite waard is om een [radio]telescoop te gebruiken.” Met de snelheid waarmee megaconstellaties groeien, zou dit binnen de komende 30 jaar kunnen gebeuren, voorspellen sommige experts.
Een unieke kijk op de kosmos
Dankzij radioastronomie kunnen we een heleboel verborgen kosmische structuren en verschijnselen zien die we niet kunnen detecteren met alleen visueel licht. Wetenschappers gebruiken radiofrequenties om een hele reeks verschijnselen te bestuderen, van de energiestralen die uit superzware zwarte gaten schieten tot de subtiele veranderingen in de baan van asteroïden nabij de aarde. Radiotelescopen vinden ook voortdurend verschijnselen zoals snelle radio-uitbarstingen, milliseconden durende pulsen van ultra-energetische straling, waarvan sommige zich met regelmatige tussenpozen herhalen, die afkomstig zijn van superdichte, zeer magnetische objecten zoals neutronensterren. Hun waarnemingen bieden ook enkele van de beste inzichten in het “tijdperk van reïonisatie”, zo ver terug als 400 miljoen jaar na de oerknal, toen de eerste sterren en sterrenstelsels ontstonden uit wolken van oerwaterstof. Wetenschappers die de hemel afspeuren naar tekenen van buitenaards leven, zoals die van het Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI) Institute, jagen ook het liefst op radiogolven omdat eventuele geavanceerde beschavingen deze golflengten waarschijnlijk gebruiken voor communicatie, net zoals mensen dat doen. We vertrouwen ook op radiotelescopen om onze precieze locatie vast te stellen ten opzichte van andere kosmische objecten, die voortdurend verschuift.
Het radiogedeelte van het elektromagnetische spectrum varieert van ruwweg 3 kilohertz tot meer dan 300 gigahertz, gelijk aan golflengten van meer dan 100 kilometer tot 0,04 inch (1 millimeter). Maar niet al deze golflengten zijn zichtbaar vanaf de aarde, en de meeste astronomen jagen op signalen ergens tussen 1 megahertz en 100 GHz, volgens de British Astronomical Association. Veel van 's werelds grootste radiotelescopen richten zich op een nog kleiner bereik. De grootste afzonderlijke telescoop ter wereld, China's vijfhonderd meter sferische radiotelescoop met apertuur, zoekt bijvoorbeeld tussen 70 MHz en 3 GHz; terwijl het Square Kilometre Array Observatory (SKAO), 's werelds grootste reeks radiotelescopen verspreid over Australië en Zuid-Afrika, tussen 50 MHz en 14 GHz scant. Maar in toenemende mate worden veel van deze frequenties gebombardeerd door ruis van Starlink en andere satellieten.
Lekkende radiogolven
Hoewel satellietberichten die opzettelijk naar operators op aarde worden gestraald, bekend als bedoelde downlinks, problematisch zijn, is het grootste risico voor deze projecten wat bekend staat als 'unintended electromagnetic radiation' (UEMR), of de radiogolven die onbedoeld altijd uit het ruimteschip lekken. “Dit was vroeger geen probleem, toen het aantal satellieten laag was,” vertelde Federico Di Vruno, radioastronoom bij SKAO en mededirecteur van het onlangs opgerichte Centrum voor de bescherming van de donkere en stille hemel tegen interferentie van satellietconstellaties (CPS) van de Internationale Astronomische Unie, aan Live Science. “Maar nu is de situatie veranderd.” En UEMR komt vooral voor bij privé-satellietconstellaties, zoals Starlink.
Toen Di Vruno en collega's Europe's Low-Frequency Array (LOFAR) gebruikten om een groep Starlink-satellieten van de eerste generatie te observeren, ontdekten ze dat de satellieten veel sneller UEMR lekten dan andere ruimtevaartuigen in een baan om de aarde. In hun resultaten, gepubliceerd in 2023, meldden ze dat deze straling frequenties had tussen 110 en 188 megahertz, wat een groot deel is van het werkbereik van LOFAR (10 tot 240 MHz), dat scant op signalen van pulsars, zonnewind, kosmische straling en sterrenstelsels uit het Reionisatietijdperk. “We waren niet verrast dat we iets detecteerden,” vertelde Winkel, die medeauteur was van het onderzoek, aan Live Science. “Maar we hadden niet verwacht dat het niveau zo hoog zou zijn.” Wat daarna kwam was echter nog schokkender. In september 2024 waren Di Vruno en Winkel co-auteurs van een vervolgonderzoek van LOFAR waaruit bleek dat de nieuwere Starlink-satellieten van generatie 2 meer dan 30 keer meer UEMR lekten dan hun voorgangers, ook al hadden de onderzoekers SpaceX eerder gewaarschuwd voor de bevindingen van het eerste onderzoek. Deze straling werd uitgezonden in ruwweg dezelfde frequentiebandbreedte als de Gen 1 satellieten.
En SpaceX zal niet de enige bron van UEMR zijn. Andere bedrijven, ruimtevaartagentschappen en landen lanceren ook concurrerende satellietconstellaties. Hieronder vallen Amazon's Project Kuiper, Eutelsat's OneWeb netwerk (dat wordt gelanceerd door SpaceX), het IRIS² netwerk van de Europese Unie, AST SpaceMobile's gigantische communicatiesatellieten en China's Qianfan, of “Thousand Sails” constellatie, merkte Di Vruno op. “We weten nog niet [hoeveel UEMR deze ruimtevaartuigen zullen uitzenden],” zei Winkel. “Elke satelliet zal UEMR hebben, maar het valt nog te bezien op welk niveau.” Als gevolg daarvan zouden veel andere frequenties beïnvloed kunnen worden, voegde hij eraan toe.
Lange belichtingsopname van de sterrenhemel met daarop honderden sporen van satellieten te zien - Foto: Alan Dyer
Kosmische “vensters” sluiten
UEMR overlapt niet alleen met de frequenties van verre signalen, maar is ook veel intenser, of helderder, dan natuurlijk voorkomende radio-emitterende objecten. De UEMR die wordt uitgezonden door de Gen 2 Starlink satellieten is bijvoorbeeld tot 10 miljoen keer helderder dan de zwakste radio-zichtbare objecten aan de nachtelijke hemel, waaronder oude sterrenstelsels die zich miljarden lichtjaren van de aarde bevinden. “Dit verschil is vergelijkbaar met de zwakste sterren die met het blote oog zichtbaar zijn en de helderheid van de volle maan,” verklaarde Cees Bassa, astronoom aan het Nederlands Instituut voor Radioastronomie (ASTRON) en hoofdauteur van het 2024-onderzoek, eerder. Proberen om signalen te detecteren van voorbij een van deze satellieten is “alsof je een foto neemt terwijl iemand een zaklamp in je richting richt,” zei Winkel.
Sommige radiotelescopen, zoals LOFAR, zullen harder getroffen worden dan andere vanwege de frequenties waarin ze gespecialiseerd zijn, maar alle radiotelescopen zullen “op verschillende manieren” beïnvloed worden, aldus Di Vruno. Onderzoeken die langdurige datasets vereisen zullen bijzonder gevoelig zijn voor interferentie omdat er een grotere kans is dat lekkende satellieten over hen heen gaan tijdens de periode dat de gegevens verzameld worden. “Omdat sommige projecten continu gegevens moeten registreren gedurende uren, dagen, maanden of jaren, kunnen zelfs minuscule stoorsignalen een statistische invloed hebben op de resultaten,” zei Winkel. “En misschien is de astronoom die de gegevens analyseert zich daar niet eens van bewust.” Beoogde downlinks, die in meerdere frequenties boven 1 GHz worden uitgezonden, zijn ook extreem helder en verschijnen vaak samen met UEMR, waardoor deze effecten worden overdreven. Naarmate het probleem groter wordt, zullen bepaalde frequenties steeds moeilijker te bestuderen zijn. “Sommige radiobanden zouden volledig weggevaagd kunnen worden,” zei Di Vruno. “En als [deze] wetenschappelijke gevallen gewoon niet meer mogelijk zijn, zou dat betekenen dat we effectief 'vensters' sluiten om ons universum te observeren.”
Het kantelpunt nadert
In mei 2025 draaiden er 11.700 actieve satellieten rond de aarde. Meer dan 7.300 daarvan (meer dan 60%) zijn Starlink-satellieten, die allemaal gelanceerd zijn sinds 2019, volgens Jonathan McDowell, een astronoom aan het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics die sinds 1986 de lanceringen en terugkeer van satellieten volgt. Maar dit is nog maar het begin. Er zijn meer dan 1 miljoen satellieten voorgesteld door verschillende organisaties over de hele wereld. En hoewel de meeste hiervan misschien nooit gelanceerd zullen worden, zijn veel experts het erover eens dat we uiteindelijk wel 100.000 privé-satellieten in LEO kunnen hebben, mogelijk al in 2050. (Dit is waarschijnlijk het maximale aantal dat tegelijkertijd kan worden gehandhaafd zonder dat satellieten op elkaar botsen).
Als dat maximum wordt bereikt, is er een “reële mogelijkheid” dat we een kantelpunt bereiken, waarboven radiosterrenkunde op de grond feitelijk onmogelijk wordt, aldus Di Vruno. Niet alle radiofrequenties zullen beïnvloed worden. Maar de golflengtes die ondergesneeuwd raken, zullen waarschijnlijk voorgoed verloren gaan en de frequenties die niet ondergesneeuwd raken, zullen waarschijnlijk niet zoveel zinvolle ontdekkingen opleveren, voegde hij eraan toe. Op dat moment zouden we niet langer in staat zijn om “zwakke signalen ver in het heelal waar te nemen”, wat “een ernstig probleem” zou zijn, vertelde Fionagh Thomson, een onderzoeker aan de Durham University in Engeland die gespecialiseerd is in ruimte-ethiek en niet betrokken was bij het LOFAR-onderzoek, aan Live Science. Sommige vormen van radioastronomie zouden ook op kleinere schaal vanuit de ruimte mogelijk kunnen zijn. Er zijn bijvoorbeeld plannen om een radiotelescoop op de maan te bouwen. Dit zou echter erg duur zijn en slechts beperkte gegevens opleveren in vergelijking met de huidige reeks radiotelescopen op aarde. Maar zelfs als we het “worst-case scenario” vermijden, lopen we het risico dat we onze astronomische mogelijkheden ernstig beperken, tenzij satellietexploitanten en onderzoekers levensvatbare oplossingen voor het probleem kunnen vinden, aldus Thomson.
Lekken dichten en gegevens opschonen
Satellietexploitanten kunnen de invloed van hun ruimtevaartuigen op de radioastronomie op een paar manieren beperken. Zo worden de meeste downlinkfrequenties gescheiden gehouden van de frequenties die radioastronomen gebruiken. Sommige bedrijven, waaronder SpaceX, onderzoeken ook de implementatie van “boresight avoidance”, waarbij de satellieten tijdelijk stoppen met het verzenden van signalen als ze over “stille zones” of gebieden vliegen waar radiotelescopen actief gegevens aan het verzamelen zijn.
Voor astronomen is het echter ook noodzakelijk dat deze bedrijven UEMR minimaliseren. We weten dat dit mogelijk is omdat ruimtevaartuigen van NASA en andere ruimtevaartorganisaties veel minder onbedoelde straling produceren dan privé-satellieten. Maar bedrijven kunnen de UEMR van een satelliet alleen beperken voordat deze de ruimte in wordt gelanceerd. Eenmaal in LEO “zijn ze moeilijk te repareren”, aldus Winkel, dus het is van vitaal belang dat ze voor de lancering worden getest op lekken. “Als satellietexploitanten zich bekommeren om de UEMR, komt alles goed”, aldus Di Vruno. “Het zal moeilijker worden om radioastronomie te bedrijven dan nu, maar we begrijpen dat de technologie evolueert en wij zullen mee evolueren.” Astronomen kunnen de gevolgen van radiovervuiling ook beperken door de stoorsignalen uit hun datasets te verwijderen. Maar deze “schoonmaak” kan ervoor zorgen dat astronomen cruciale gegevens missen die worden gemaskeerd door de storing.
“De hoeveelheid gegevens die je weg moet gooien of de moeite die je moet doen om de gegevens op de een of andere manier schoon te maken, neemt ook toe naarmate er meer storing is,” aldus Winkel. Een manier om dit te omzeilen is om meer gegevens te verzamelen zodat er meer overblijft nadat je het hebt opgeschoond, maar dit maakt het ook veel duurder om onderzoek te doen, voegde hij eraan toe. Door samen te werken kunnen satellietexploitanten en radioastronomen het probleem van radiovervuiling oplossen zonder hulp van buitenaf, aldus Thomson. “Maar het is onvermijdelijk dat satellietexploitanten en de radioastronomiegemeenschap verschillende doelen, prioriteiten en budgetten hebben, en het vinden van werkbare oplossingen is niet eenvoudig.”
Wetgeving
Omdat privébedrijven en wetenschappers verschillende prioriteiten hebben, is de meest effectieve oplossing voor het probleem om strikte limieten op te leggen aan de hoeveelheid UEMR die privé ruimtevaartuigen mogen uitzenden, vertelden experts aan Live Science. “We zouden natuurlijk relaxter zijn als er goede regelgeving was,” zei Winkel. Op dit moment worden specifieke radiofrequenties, zoals die gebruikt worden door LOFAR, namens astronomen beschermd door de International Telecommunication Union (ITU), een agentschap van de Verenigde Naties dat verantwoordelijk is voor het reguleren van wereldwijde communicatietechnologieën. Deze regels gelden echter alleen voor bronnen van radiovervuiling op aarde, niet voor privé-ruimteschepen. De meeste satellietoperatoren proberen de richtlijnen van de ITU te respecteren bij het gebruik van geplande downlinks, met beperkt succes. Maar UEMR overlapt vaak met de beschermde golflengtes en blijft volkomen legaal.
Sommige experts beweren ook dat de radiostille frequentiebanden van de ITU niet meer breed genoeg zijn om radioastronomie te beschermen: “Ze zijn ingesteld in een ander tijdperk en zijn aantoonbaar te smal voor de moderne radioastronomie,” aldus Thomson. De CPU van de IAU hoopt aan het eind van dit decennium strenge nieuwe regels te hebben en hoopt dat er een doorbraak kan worden bereikt op de volgende Wereld Radiocommunicatie Conferentie, in 2027, aldus Di Vruno. Daarom is het belangrijk dat onderzoekers de straling die uit particuliere satellietconstellaties lekt de komende jaren nauwlettend in de gaten houden, zodat eventuele nieuwe regels een effectieve en langdurige impact kunnen hebben, voegde hij eraan toe. Maar zelfs strengere richtlijnen zijn misschien niet genoeg als organisaties ze niet naleven. “Er wordt aangenomen dat het opleggen van wetten complexe problemen zal oplossen,” zei Thomson. “Maar niet alle haalbare oplossingen hebben te maken met het implementeren van bindende wetgeving,” waarschuwde ze.
Bron: Live Science/Harry Baker
