新たに提案されている人工衛星群が天文学者たちを非常に懸念させている。太陽光を反射して不幸な副産物として光害を発生させる衛星とは異なり、米国のスタートアップReflect Orbitalによる衛星は、設計意図として光害を発生させるものである。
同社は、太陽光を地球に照射する鏡を用いて「オンデマンドの太陽光」を生み出し、太陽光発電所が日没後も稼働できるようにすることを約束している。
同社は、Earendil-1と名付けられた18メートルのテスト衛星から始める計画で、2026年の打ち上げを申請している。最新の報道によれば、最終的には2030年までに約4,000基の衛星が軌道上に配置される予定である。
では、光害はどの程度深刻になるのだろうか。そしておそらくより重要なのは、Reflect Orbitalの衛星は宣伝通りに機能するのだろうか。
太陽光の反射
太陽光は腕時計から跳ね返って光の点を作ることができる。M. Brown、CC BY-SA
腕時計の文字盤から太陽光を跳ね返して光の点を作るのと同じように、Reflect Orbitalの衛星は鏡を使って地球上の一定範囲に光を照射する。
しかし、関与するスケールは大きく異なる。Reflect Orbitalの衛星は地上約625キロメートルの高度を周回し、最終的には54メートルの大きさの鏡を持つことになる。
腕時計から近くの壁に光を跳ね返すと、光の点は非常に明るくなる。しかし、遠くの壁に跳ね返すと、光の点は大きくなり、暗くなる。
これは、太陽が点光源ではなく、空に半度の角度で広がっているためである。つまり、大きな距離では、平面鏡から反射された太陽光のビームは半度の角度で広がる。
実際にはどういうことか。約800キロメートルの距離で太陽光を反射する衛星を考えてみよう。625キロメートルの高度にある衛星は常に真上にあるわけではなく、角度をつけて太陽光を照射するためである。照射される地上の範囲は少なくとも7キロメートルの幅になる。
曲面鏡やレンズを使っても、距離と空の太陽の半度の角度のため、太陽光をより狭い点に集束させることはできない。
この反射された太陽光は明るいのか、暗いのか。単一の54メートル衛星の場合、正午の太陽の15,000分の1の明るさになるが、これは満月よりもはるかに明るい。
マイラー反射板は軌道上で展開できる。Josh Spradling/The Planetary Society、CC BY
気球テスト
昨年、Reflect Orbitalの創設者であるBen Nowackは、「宇宙に移行する前に構築する最後のもの」を要約した短い動画を投稿した。それは熱気球に取り付けられた反射板であった。
テストでは、約2.5メートル四方の平面正方形の鏡が、太陽光パネルとセンサーに光のビームを照射する。あるケースでは、気球が242メートルの距離にあるときに、チームは1平方メートルあたり516ワットの光を測定した。
比較すると、正午の太陽は1平方メートルあたり約1,000ワットを生成する。したがって、1平方メートルあたり516ワットは約半分であり、これは有用であるのに十分である。
しかし、気球テストを宇宙にスケールアップしてみよう。先に述べたように、衛星が対象地域から800キロメートル離れている場合、反射板は6.5キロメートル×6.5キロメートル、つまり42平方キロメートルである必要がある。このような巨大な反射板を構築することは現実的ではないため、気球テストには限界がある。
では、Reflect Orbitalは何を計画しているのか
Reflect Orbitalの計画は「既存の太陽光発電所に照射する適切な配置のシンプルな衛星」である。そして彼らの目標は1平方メートルあたり200ワット、つまり正午の太陽の20%に過ぎない。
より小型の衛星で実現できるだろうか。単一の54メートル衛星が正午の太陽の15,000分の1の明るさである場合、正午の太陽の20%を達成するには3,000基が必要になる。一つの地域を照射するには多くの衛星である。
別の問題がある。高度625キロメートルの衛星は秒速7.5キロメートルで移動する。したがって、衛星は特定の場所から1,000キロメートル以内に最大3.5分間しかいない。
つまり、3,000基の衛星で数分間の照射が得られる。1時間提供するには、さらに数千基が必要になる。
Reflect Orbitalには野心が欠けていない。あるインタビューで、Nowackは高度600キロメートルの軌道に250,000基の衛星を提案した。これは現在カタログ化されているすべての衛星と大きな宇宙ゴミを合わせたものよりも多い。
しかし、我々の上記の計算に基づけば、その膨大な衛星群でも、正午の太陽の20%を同時に最大80か所にしか届けられない。実際には、曇天のため、照射される場所はさらに少なくなる。
さらに、その高度を考えると、衛星は低軌道上の鏡が太陽光を浴びている黄昏と夜明けの時間帯に、ほとんどの場所にのみ照射を届けることができる。これを認識して、Reflect Orbitalは衛星群を昼夜境界線の上に配置し、太陽同期軌道で継続的に太陽光を浴び続けるよう計画している。
より安価なロケットが衛星群の展開を可能にした。SpaceX/Flickr、CC BY-NC
明るい光
では、鏡付き衛星は夜間に手頃な価格の太陽光発電を生み出す実用的な手段だろうか。おそらくそうではない。壊滅的な光害を引き起こす可能性があるだろうか。間違いなくそうである。
夕方には、衛星や宇宙ゴミを見つけるのに時間はかからない。そしてそれらは意図的に明るく設計されているわけではない。Reflect Orbitalの計画では、テスト衛星だけでも計画通りに機能すれば、時には満月よりはるかに明るく見えるだろう。
このような鏡の衛星群は、天文学にとって壊滅的であり、天文学者にとって危険である。望遠鏡を覗いている人にとって、各鏡の表面は太陽の表面とほぼ同じくらい明るく見える可能性があり、永久的な目の損傷のリスクがある。
光害は、すべての人が宇宙を見る能力を妨げ、光害は動物の日常リズムにも影響を与えることが知られている。
Reflect Orbitalは特定の場所を照射することを目指しているが、衛星のビームはある場所から次の場所に移動する際に地球を横切ることになる。夜空は月よりも明るい光の閃光で照らされる可能性がある。
同社は期限内にこれらの懸念についてThe Conversationに返答しなかった。しかし、今週Bloombergに対して、「短時間で、予測可能で、標的を絞った」方法で太陽光を再照射し、天文台を避け、科学者が作業を計画できるように衛星の位置を共有する計画だと述べた。
結果は悲惨なものになるだろう
Reflect Orbitalのプロジェクトが実現するかどうかは、まだ分からない。同社はテスト衛星を打ち上げるかもしれないが、それから250,000基の巨大な鏡を地球の周りに常に周回させ、いくつかの太陽光発電所を1日数時間余分に稼働させ続けるまでには長い道のりがある。
それでも、注視すべきプロジェクトである。天文学者、そして夜空が暗いことを好む他のすべての人々にとって、成功の結果は悲惨なものになるだろう。
夕方に見える衛星の数は急増している。