Las interferencias de radio de los satélites amenazan la astronomía

La luz visible es sólo una parte del espectro electromagnético que utilizan los astrónomos para estudiar el universo. El Telescopio Espacial James Webb fue construido para ver luz infrarroja, otros telescopios espaciales capturan imágenes de rayos X y observatorios como el Telescopio Green Bank, el Very Large Array, el Atacama Large Millimeter Array y docenas de otros observatorios alrededor del mundo trabajan en longitudes de onda de radio.

Los radiotelescopios se enfrentan a un problema. Todos los satélites, cualquiera que sea su función, utilizan ondas de radio para transmitir información a la superficie de la Tierra. Así como la contaminación lumínica puede ocultar un cielo nocturno estrellado, las transmisiones de radio pueden inundar las ondas de radio que los astrónomos utilizan para aprender sobre los agujeros negros, las estrellas recién formadas y la evolución de las galaxias.

Somos tres científicos que trabajamos en astronomía y tecnología inalámbrica. Dado que se espera que decenas de miles de satélites entren en órbita en los próximos años y un uso cada vez mayor en tierra, el espectro radioeléctrico se está saturando. Las zonas radio tranquilas (regiones, generalmente ubicadas en áreas remotas, donde las transmisiones de radio terrestres están limitadas o prohibidas) han protegido la radioastronomía en el pasado.

A medida que el problema de la contaminación radioeléctrica sigue creciendo, los científicos, ingenieros y formuladores de políticas deberán descubrir cómo todos pueden compartir efectivamente el rango limitado de frecuencias de radio. Una solución en la que hemos estado trabajando durante los últimos años es crear una instalación donde los astrónomos e ingenieros puedan probar nuevas tecnologías para evitar que las interferencias de radio bloqueen el cielo nocturno.

Las ondas de radio son las emisiones de longitud de onda más larga del espectro electromagnético, lo que significa que la distancia entre dos picos de la onda es relativamente grande. Los radiotelescopios recogen ondas de radio en longitudes de onda que van desde milímetros hasta metros.

Incluso si no está familiarizado con los radiotelescopios, probablemente haya oído hablar de algunas de las investigaciones que realizan. Las fantásticas primeras imágenes de los discos de acreción alrededor de los agujeros negros fueron producidas por el Telescopio Event Horizon. Este telescopio es una red global de ocho radiotelescopios, y cada uno de los telescopios individuales que componen el Event Horizon Telescope está ubicado en un lugar con muy poca interferencia de radiofrecuencia: una zona radio tranquila.

Una zona de radio silenciosa es una región donde los transmisores terrestres, como las torres de telefonía celular, deben reducir sus niveles de potencia para no afectar los equipos de radio sensibles. Estados Unidos tiene dos de esas zonas. La más grande es la Zona Nacional de Radio Silencio, que cubre 13.000 millas cuadradas (34.000 kilómetros cuadrados), principalmente en Virginia Occidental y Virginia. Contiene el Observatorio Green Bank. El otro, el Table Mountain Field Site y Radio Quiet Zone, en Colorado, apoya la investigación de varias agencias federales.

Zonas radio silenciosas similares albergan telescopios en Australia, Sudáfrica y China.

Se pueden ver grandes constelaciones de satélites, como las de Starlink, marchando en línea a través del cielo nocturno y dañando tanto la radioastronomía visible como la visible.

El 4 de octubre de 1957, la Unión Soviética puso en órbita el Sputnik. Mientras el pequeño satélite daba vueltas alrededor del mundo, los radioaficionados de todo el mundo pudieron captar las señales de radio que transmitía a la Tierra. Desde aquel histórico vuelo, las señales inalámbricas se han convertido en parte de casi todos los aspectos de la vida moderna –desde la navegación aérea hasta el Wi-Fi– y el número de satélites ha crecido exponencialmente.

Cuantas más transmisiones de radio haya, más difícil será lidiar con las interferencias en zonas radio tranquilas. Las leyes existentes no protegen estas zonas de los transmisores satelitales, que pueden tener efectos devastadores. Por ejemplo, las transmisiones de un satélite Iridium oscurecieron por completo las observaciones de una estrella débil realizadas en una banda protegida asignada a la radioastronomía.

El problema de las interferencias de radio no es nuevo.

En la década de 1980, el Sistema Ruso de Navegación Global por Satélite (esencialmente la versión soviética del GPS) comenzó a transmitir en una frecuencia que estaba oficialmente protegida para la radioastronomía. Los investigadores recomendaron una serie de soluciones para esta interferencia. Cuando los operadores del sistema de navegación ruso acordaron cambiar la frecuencia de transmisión de los satélites, ya se habían causado muchos daños debido a la falta de pruebas y comunicación.

Muchos satélites miran hacia la Tierra utilizando partes del espectro de radio para monitorear características como la humedad del suelo superficial que son importantes para la predicción del tiempo y la investigación climática. Las frecuencias de las que dependen están protegidas por acuerdos internacionales, pero también están amenazadas por interferencias de radio.

Un estudio reciente demostró que una gran fracción de las mediciones de humedad del suelo de la NASA experimentan interferencias de sistemas de radar terrestres y productos electrónicos de consumo. Existen sistemas para monitorear y dar cuenta de la interferencia, pero evitar el problema por completo a través de comunicaciones internacionales y pruebas previas al lanzamiento sería una mejor opción para la astronomía.

A medida que el espectro radioeléctrico siga saturándose, los usuarios tendrán que compartirlo. Esto podría implicar compartir en el tiempo, el espacio o la frecuencia. Independientemente de los detalles, las soluciones deberán probarse en un entorno controlado. Hay señales tempranas de cooperación. La Fundación Nacional de Ciencias y SpaceX anunciaron recientemente un acuerdo de coordinación astronómica en beneficio de la radioastronomía.

Trabajando con astrónomos, ingenieros, especialistas en software e inalámbricos, y con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias, hemos estado liderando una serie de talleres para desarrollar lo que podría ofrecer una zona radiodinámica nacional. Esta zona sería similar a las zonas silenciosas de radio existentes, cubriendo un área grande con restricciones en las transmisiones de radio cercanas. A diferencia de una zona tranquila, la instalación estaría equipada con monitores de espectro sensibles que permitirían a los astrónomos, compañías de satélites y desarrolladores de tecnología probar receptores y transmisores juntos a gran escala. El objetivo sería apoyar los usos creativos y cooperativos del espectro radioeléctrico. Por ejemplo, una zona establecida cerca de un radiotelescopio podría probar esquemas para proporcionar un acceso de ancho de banda más amplio tanto para usos activos, como torres de telefonía celular, como para usos pasivos, como radiotelescopios.

Para un nuevo artículo que acaba de publicar nuestro equipo, hablamos con usuarios y reguladores del espectro radioeléctrico, desde radioastrónomos hasta operadores de satélites. Descubrimos que la mayoría estuvo de acuerdo en que una zona radiodinámica podría ayudar a resolver, y potencialmente evitar, muchos problemas críticos de interferencia en las próximas décadas.

Dicha zona aún no existe, pero nuestro equipo y muchas personas en todo Estados Unidos están trabajando para perfeccionar el concepto de modo que la radioastronomía, los satélites de detección de la Tierra y los sistemas inalámbricos gubernamentales y comerciales puedan encontrar formas de compartir el precioso recurso natural que es el espectro radioeléctrico.

Christopher Gordon De Pree, Subdirector del Espectro Electromagnético, Observatorio Nacional de Radioastronomía; Christopher R. Anderson, Profesor Asociado de Ingeniería Eléctrica, Academia Naval de los Estados Unidos, y Mariya Zheleva, Profesora Asistente de Ciencias de la Computación, Universidad de Albany, Universidad Estatal de Nueva York

Este artículo se vuelve a publicar desde The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.