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://​nenu​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