Starlink : les satellites en orbite basse pourraient ruiner la radioastronomie

Le nom­bre crois­sant de satel­lites lancés en orbite basse autour de la Terre per­turbe forte­ment les obser­va­tions astronomiques et, par con­séquent, les études spa­tiales dans leur ensem­ble. C’est le nou­v­el aver­tisse­ment lancé par des chercheurs de l’Ob­ser­va­toire de Paris et de l’Ob­ser­va­toire Radioas­tronomique de Nançay. Sans straté­gies d’at­ténu­a­tion effi­caces, notam­ment grâce à une col­lab­o­ra­tion entre astronomes et opéra­teurs de satel­lites, ils affir­ment que les con­séquences pour la radioas­tronomie pour­raient être désastreuses.

On sait depuis longtemps que les sig­naux émis par les satel­lites pol­lu­ent les obser­va­tions astronomiques dans dif­férentes longueurs d’onde. En astronomie optique, les satel­lites en orbite autour de la Terre réfléchissent la lumière du soleil, créant des traînées lumineuses sur les images pris­es par les téle­scopes. En radioas­tronomie, les satel­lites du sys­tème mon­di­al de nav­i­ga­tion par satel­lite (GNSS) peu­vent con­tribuer aux inter­férences radio, prob­a­ble­ment par le biais d’émis­sions dites « hors bande ».

Xing Zhang. Dans notre étude, nous avons remar­qué que les satel­lites Star­link de deux­ième généra­tion de SpaceX émet­tent un ray­on­nement hors bande très intense (avec des den­sités de flux supérieures à 500 Jy) qui illu­mine le ciel noc­turne dans les fréquences radio.  Cela com­mence à nous com­pli­quer les obser­va­tions astronomiques.

En effet, Star­link vise à fournir une cou­ver­ture Inter­net mon­di­ale sans délai entre les com­mu­ni­ca­tions. Cela néces­site des satel­lites en orbite à basse alti­tude – env­i­ron 500 kilo­mètres en général – afin que le temps de tra­jet des sig­naux entre la Terre et un satel­lite soit très court, de l’or­dre de quelques dizaines de mil­lisec­on­des. Le prob­lème des satel­lites à basse alti­tude, cepen­dant, est qu’ils ne voient qu’une petite par­tie de la Terre à la fois. Il faut donc met­tre en orbite de nom­breux satel­lites simul­tané­ment. On estime leur nom­bre à plus de 42 000, ce qui équiv­aut à la super­fi­cie en degrés car­rés de l’ensem­ble du ciel. En moyenne, cela cor­re­spond à un satel­lite par degré car­ré. C’est un chiffre absol­u­ment énorme. Jusqu’à présent, nous avions quelques mil­liers de satel­lites en ser­vice à tout moment. Mais ce nom­bre aug­mente rapi­de­ment, et Star­link n’est pas le seul acteur dans ce domaine : d’autres con­stel­la­tions poten­tielles à grande échelle, telles que OneWeb et le pro­jet Kuiper d’A­ma­zon, devraient égale­ment con­tribuer à l’en­com­bre­ment crois­sant de l’or­bite ter­restre basse.

Cette con­ges­tion pour­rait rapi­de­ment con­duire à ce que l’on appelle le syn­drome de Kessler : il y aura telle­ment de débris en orbite que les lance­ments ultérieurs devien­dront moins sûrs. La Terre devien­dra alors une sorte de prison entourée de débris pol­lu­ant non seule­ment dans la gamme des longueurs d’onde optiques, mais aus­si celle des ondes radio. 

Cela a un impact direct sur notre tra­vail à Nançay, qui con­siste à rechercher des sig­naux provenant d’ex­o­planètes ciblées. Au lieu de cela, nous avons récem­ment observé des objets se déplaçant sur nos images radio. Nous avons com­paré leurs tra­jec­toires à celles d’avions et de satel­lites afin de déter­min­er leur nature. Il s’est avéré qu’il s’agis­sait de satel­lites Starlink. 

Philippe Zar­ka. Nor­male­ment, ces satel­lites com­mu­niquent à des fréquences très élevées, supérieures à 12 giga­hertz, pour envoy­er des don­nées. En principe, seuls les radioas­tronomes tra­vail­lant dans cette bande de fréquences devraient être directe­ment con­cernés. Mais le prob­lème est que les com­posants élec­tron­iques embar­qués à bord de ces satel­lites sem­blent pro­duire leurs pro­pres ray­on­nements, qui se situent en dehors de cette bande.

XZ.  À Nançay, nous voulions tester si nous pou­vions détecter les satel­lites dans nos images et s’il y avait quelque chose dans la gamme de 10 à 85 méga­hertz. Nous avons fait cela en util­isant les obser­va­tions de Nen­u­FAR, un réseau de radiotéle­scopes à basse fréquence opti­misé pour ces fréquences.

En 2023, nous n’avons rien détec­té. Mais un an plus tard, nous avons com­mencé à voir des sig­naux inhab­ituels sur nos images ; nous avons donc décidé de suiv­re les satel­lites Star­link et de com­par­er les objets en mou­ve­ment sur nos images avec ces sig­naux. Nous avons alors com­pris ce qui se pas­sait : si la pre­mière généra­tion de satel­lites Star­link émet égale­ment dans les ban­des radio, ces trans­mis­sions n’é­taient pas aus­si lumineuses aux fréquences que nous util­isons. Les trans­mis­sions de deux­ième généra­tion, en revanche, étaient beau­coup plus bril­lantes, ce qui expli­quait les sig­naux inhab­ituels et la source des objets en mou­ve­ment sur nos images. 

Il exis­tait deux ver­sions prin­ci­pales des satel­lites Star­link : les pre­miers mod­èles V0.9 à V1.5 et les satel­lites V2 Mini plus récents. C’est en fait depuis le lance­ment mas­sif de la Mini V2 (env­i­ron 40 satel­lites par semaine à par­tir de 2023) que nous avons com­mencé à observ­er une aug­men­ta­tion spec­tac­u­laire des sig­naux lumineux.

XZ. En effet, leurs représen­tants ont com­mencé à par­ticiper à des con­férences sur les inter­férences radio, ce qui témoigne d’une ouver­ture au dia­logue avec la com­mu­nauté sci­en­tifique. Cer­taines straté­gies d’at­ténu­a­tion ont été testées, comme la pos­si­bil­ité de ren­dre les satel­lites « invis­i­bles » en dés­ac­ti­vant tem­po­raire­ment cer­tains sys­tèmes embar­qués lors du sur­vol d’ob­ser­va­toires radio. Toute­fois, ces approches ne sont actuelle­ment réal­istes que pour les grandes instal­la­tions dis­posant d’un poids suff­isant pour négoci­er des accords spéciaux.

 Cer­tains opéra­teurs de satel­lites sem­blent vouloir réduire les émis­sions hors bande dans les nou­velles ver­sions de leurs sys­tèmes satel­li­taires. Bien que cela con­stituerait un pas dans la bonne direc­tion, ces efforts n’ont pas encore été con­fir­més ni mis en œuvre dans les flottes actuelles. En atten­dant, des cen­taines de satel­lites con­tin­ueront à fonc­tion­ner en orbite basse jusqu’à leur désor­bi­ta­tion, un proces­sus qui prend générale­ment entre cinq et sept ans. Cela pose néan­moins un prob­lème en soi, car on peut imag­in­er la quan­tité de débris générée lors de leur retombée sur Terre.

Les émis­sions radio de ces satel­lites sont 10 mil­lions de fois plus intens­es que celles émis­es par les objets célestes les plus faibles observ­ables par LOFAR. Elles dépassent les niveaux fixés par l’U­nion inter­na­tionale des télé­com­mu­ni­ca­tions dans la bande de 150,5 à 153 MHz attribuée à la radioas­tronomie, mais comme elles sont offi­cielle­ment classées comme pol­lu­tion élec­tro­mag­né­tique « non inten­tion­nelle », la lég­is­la­tion actuelle ne cou­vre pas cette infraction.

PZ. Si ces émis­sions se situ­aient dans une bande que Star­link utilise délibéré­ment, alors seule­ment cela poserait un prob­lème juridique. Il existe des con­férences inter­na­tionales régulières qui définis­sent d’un com­mun accord l’u­til­i­sa­tion des dif­férentes fréquences du spec­tre élec­tro­mag­né­tique. Cer­taines ban­des sont réservées à la défense, par exem­ple, tan­dis que d’autres sont util­isées pour les télé­com­mu­ni­ca­tions, la télévi­sion et la radio. Dans les ban­des réservées à la radioas­tronomie, per­son­ne n’est autorisé à émet­tre. Cepen­dant, il s’avère que lorsque cette émis­sion est involon­taire, c’est-à-dire acci­den­telle, vous êtes pro­tégé par la loi. Il s’agit évidem­ment d’une lacune dans la régle­men­ta­tion. On pour­rait dire que c’est comme pour les homi­cides volon­taires ou involon­taires : ces satel­lites « tuent » par inad­ver­tance cer­taines fréquences radio.

XZ. Peut-être que ces émis­sions hors bande n’é­taient tout sim­ple­ment pas prévues lors du développe­ment de ces satel­lites. Il est égale­ment pos­si­ble qu’au­cun test d’émis­sion appro­fon­di n’ait été effec­tué avant le lance­ment. Nous n’en savons rien. 

PZ.  Nous sommes d’accord pour dire que les tests ne sont pas une mince affaire. Pour obtenir le spec­tre com­plet des émis­sions élec­tro­mag­né­tiques d’un satel­lite, celui-ci doit être placé dans une cage de Fara­day et l’ensem­ble des fréquences émis­es doit être mesuré. Étant don­né que les satel­lites Star­link sont assez grands (ils mesurent plusieurs mètres de diamètre), il faut une cage de Fara­day très grande, ce qui est évidem­ment coû­teux à con­stru­ire. Lorsque nous et d’autres radioas­tronomes pub­lions nos résul­tats, nous tra­vail­lons en quelque sorte indi­recte­ment pour Star­link et d’autres entre­pris­es de satel­lites, car nous effec­tuons essen­tielle­ment leurs tests à leur place.  Cepen­dant, ces essais prélim­i­naires devraient être oblig­a­toires et inclus dans la régle­men­ta­tion : per­son­ne ne devrait être autorisé à lancer des objets dans l’e­space sans analy­ses préal­ables exhaustives.

En pub­liant nos résul­tats, nous voulons sen­si­bilis­er les astronomes au fait que s’ils con­sta­tent une quel­conque forme de con­t­a­m­i­na­tion dans leurs images radio, ils savent d’où elle provient.

La radioas­tronomie pro­gresse rapi­de­ment dans toutes les fréquences et les événe­ments « tran­si­toires » ont fait l’ob­jet d’une intense activ­ité ces derniers temps. Il s’ag­it de tout ce qui n’ap­pa­raît que pen­dant une courte péri­ode, comme les phénomènes cat­a­clysmiques et les explo­sions, les sur­sauts radio rapi­des et les pul­sars, pour n’en citer que quelques-uns.

 On peut faire ici une analo­gie avec l’as­tronomie optique : lorsque vous recherchez des étoiles ou des galax­ies dont les posi­tions sont fix­es dans le ciel et que des traînées lumineuses provenant de satel­lites appa­rais­sent dans l’im­age, cela pose un prob­lème, mais vous pou­vez « com­penser » pour ces traînées. Vous ne pou­vez pas les con­fon­dre avec l’im­age de l’ob­jet observé. En revanche, si vous observez des sig­naux tran­si­toires, c’est-à-dire des sig­naux émis par des objets vari­ables, vous risquez bien sûr de con­fon­dre cer­tains sig­naux satel­lites avec l’ob­jet que vous observez. Il en va de même pour les images de radioastronomie.

PZ. Les satel­lites Star­link émet­tent prob­a­ble­ment en con­tinu leur pol­lu­tion radio, mais comme ils ne tra­versent votre champ de vision que pen­dant quelques sec­on­des, vous observez un événe­ment de très courte durée lorsque vous regardez cer­tains objets. Vous devez donc être extrême­ment vig­i­lant et com­par­er toutes les émis­sions que vous avez détec­tées avec celles des satel­lites afin de les éliminer.

XZ. Au départ, nous pen­sions que nous n’au­ri­ons aucun prob­lème avec les émis­sions polar­isées telles que celles émis­es par les exo­planètes, car les inter­férences sont prin­ci­pale­ment non polar­isées. Cepen­dant, les inter­férences Star­link sont égale­ment polar­isées, ce qui pose un réel prob­lème et com­plique l’é­tude du ciel radio tran­si­toire. Avec Nen­u­FAR, où que vous regardiez dans le ciel, vous avez générale­ment un Star­link qui tra­verse votre fais­ceau radio toutes les 15 min­utes. C’est tout sim­ple­ment l’en­fer et la sit­u­a­tion ne fera qu’empirer à l’avenir si rien n’est fait.

PZ. Pour moi, c’est l’un des prob­lèmes les plus graves posés par Star­link et les autres satel­lites de ce type. Les gens avaient déjà per­du le sens de l’émerveillement devant le ciel et les étoiles à cause de la pol­lu­tion lumineuse dans les villes, mais ils pou­vaient encore se ren­dre à la cam­pagne ou dans un endroit désert pour redé­cou­vrir cette magie. Avec Star­link, il y a des traînées lumineuses partout dans le ciel noc­turne. On pour­rait dire que Star­link vole à l’hu­man­ité le ciel noir. Nous n’avons plus de ciel immac­ulé. Je dirais qu’il s’ag­it là d’un hold-up géant dont l’hu­man­ité tout entière est victime.

Propos recueillis par Isabelle Dumé

Références :

• Zhang et al., Broad­band Polar­ized Radio Emis­sion Detect­ed from Star­link Satel­lites Below 100 MHz with Nen­u­FAR, A&A, in press
• Bas­sa et al., Bright unin­tend­ed elec­tro­mag­net­ic radi­a­tion from sec­ond-gen­er­a­tion Star­link satel­lites, A&A 689 (2024) L10
• https://​nen​u​far​.obs​-nan​cay​.fr/​e​n​/​h​o​m​e​p​a​g​e-en/
• https://​www​.insu​.cnrs​.fr/​f​r​/​c​n​r​s​i​n​f​o​/​l​i​n​t​e​r​n​a​t​i​o​n​a​l​-​l​o​f​a​r​-​t​e​l​e​s​c​o​p​e​-​d​e​v​i​e​n​t​-​u​n​-eric