SKA天文台のFederico Di Vrunoさんを筆頭とする研究チームは、大規模な衛星コンステレーションの“意図的ではない電磁放射”、簡単に表現すれば“漏洩した電波”に関する研究成果を発表しました。衛星コンステレーションは大量の人工衛星からの反射光がもたらす光学観測への影響が以前から懸念されていますが、研究チームは人工衛星からの非意図的な電磁放射が規制の対象外となっていることを憂慮し、光学観測だけでなく電波観測についても影響を軽減するための対策が必要だと訴えています。
【▲ LOFARの上空を通過する大規模な衛星コンステレーションのイメージ図（Credit: Daniëlle Futselaar）】
研究チームは2022年4月に電波望遠鏡「LOFAR（Low Frequency Array）」を使用して、衛星ブロードバンド「Starlink（スターリンク）」のサービスを提供するためにスペースXが運用しているスターリンク衛星のうち68機を対象とした1時間の観測を実施しました。オランダ電波天文学研究所（ASTRON）が運用するLOFARは複数の電波望遠鏡を連動させて単一の電波望遠鏡として機能させる電波干渉計で、オランダを中心とした欧州各地に観測局が設置されており、低周波の電波観測に用いられています。
観測の結果、スターリンクのダウンリンク（下り信号）に使用される10.7～12.7GHzを大きく下回る110～188MHzの周波数帯域で、帯域全体に渡る広帯域の放射と、125MHz／135MHz／143.05MHz／150MHz／175MHzの狭帯域の放射（帯域幅は12.2kHz未満）が、68機のスターリンク衛星のうち47機から検出されました。研究に参加したASTRONのCees Bassaさんは「この周波数の範囲には、国際電気通信連合（ITU）によって電波天文学に割り当てられた150.05～153MHzの保護帯域が含まれています」と指摘しています。
【▲ オランダにあるLOFARの観測局（Credit: LOFAR / ASTRON）】
このうち143.05MHzの狭帯域放射について、研究チームはフランスが宇宙監視に使用している「GRAVES」システムのレーダーから放射された電波と関連している可能性に触れていますが、他の狭帯域や広帯域の放射はスターリンク衛星に搭載されている電子機器からの意図的ではない電磁放射だと指摘。125／150／175MHzの狭帯域放射は25MHzで作動する局部発振器やクロック信号の高調波の可能性があると言及しています。
また、狭帯域放射は運用高度を飛行しているスターリンク衛星だけで検出されていて、軌道投入後に運用高度へ向けて上昇している段階の衛星からは検出されなかったといいます。この違いは運用の状態によるものなのか、それとも衛星のバージョンによるものなのかは今回の研究ではわかっていません（前述の通り、今回の分析は2022年4月に1回だけ実施された1時間分の観測データをもとにしています）。
【▲ LOFARで検出されたスターリンク衛星からの“意図的ではない電磁放射”を示す観測データの一例。電波は衛星の動き（赤い丸印）に沿ったピクセルで検出された】
（Credit: IAU / CPS）
スターリンク衛星を製造・運用するスペースXが何らかの規則に違反していたというわけではありません。国際天文学連合（IAU）が衛星コンステレーションの影響に対処するべく2022年4月に設立した組織「CPS（※）」は、地上で使用される機器には別の機器との干渉を防ぐための厳格な規則が定められているものの、人工衛星の非意図的な電磁放射についてはいかなる国際規制の対象にもなっていないと言及しています。
※…Centre for the Protection of the Dark and Quiet Sky from Satellite Constellation Interference
また研究チームは、宇宙機に関して幾つかの電磁両立性（EMC）規格は存在するものの、これらは宇宙機自身のサブシステムや発射システムの保護が目的であって、第三者の活動を保護するために定められたものではないと指摘しています。要するに、人工衛星から通信などを行うために“意図的に”放射される電波とは違い、電子機器からの漏洩のように“意図的ではない”電波の放射が電波天文学の妨げになることを防ぐ規則は存在しないというわけです。
CPSによれば、研究チームとスペースXは緊密に連絡を取り合っており、同社は天文学への悪影響を軽減するために実施可能な手段について誠意を持って協議を継続することを申し出たとされています。その一環として、次世代スターリンク衛星（※2023年2月から打ち上げが始まった第2世代スターリンク衛星V2 Miniを指していると思われます）には、重要な天文学プロジェクトへの影響を軽減し得る変更がすでに導入されているといいます。
【▲ 参考画像：第2世代スターリンク衛星「Starlink V2 Mini」（Credit: SpaceX）】
ただ、大量の人工衛星を連携させる大規模な衛星コンステレーションはスターリンクだけではありません。LOFARによる観測から1年以上が経った現在では「OneWeb（ワンウェブ）」の衛星打ち上げ数が600機を超えていますし、今後はアマゾンの衛星コンステレーション計画「Kuiper（カイパー）」などの衛星打ち上げも始まる予定です。
研究に参加したマックス・プランク電波天文学研究所（MPIfR）のBenjamin Winkelさんは、研究チームが今後の影響についてシミュレーションした結果、衛星コンステレーションの規模が大きくなればなるほど影響は見過ごせなくなることがわかったとした上で、今後の衛星コンステレーションの計画や、非意図的な電磁放射から電波天文学の帯域を保護する明確な規制が存在しないことを心配しているとコメントしています。
意図的な電波の放射であれば、たとえば天文台とその周辺地域をサービスの対象エリアとしないような対策を講じることで電波観測への影響を緩和できます。しかし、衛星の電子機器に由来する非意図的な電波の放射は等方的に広がっていくため、同じような対策を講じることができません。研究チームは、適切な判断が為されなければ一部の天体観測が不可能になるかもしれないと懸念を示すとともに、非意図的な放射は衛星運用者・規制当局・天文学界が細心の注意を払うべき問題であり、電波天文学に与える影響や軽減対策を理解するための対話が歓迎されるだろうと述べています。
研究チームの成果をまとめた論文はAstronomy & Astrophysicsに掲載されています。
Source
Image Credit: Daniëlle Futselaar, LOFAR / ASTRON, IAU / CPS, SpaceX IAU CPS - New Radio Astronomical Observations Confirm Unintended Electromagnetic Radiation Emanating from Large Satellite Constellations LOFAR - Radio waves leaking from large satellite constellations could jeopardize astronomical exploration MPIfR - New radio astronomical observations confirm unintended electromagnetic radiation emanating from large satellite constellations Di Vruno et al. - Unintended electromagnetic radiation from Starlink satellites detected with LOFAR between 110 and 188 MHz (Astronomy & Astrophysics)文／sorae編集部