Les interférences radio des satellites menacent l’astronomie

La lumière visible n’est qu’une partie du spectre électromagnétique que les astronomes utilisent pour étudier l’univers. Le télescope spatial James Webb a été construit pour observer la lumière infrarouge, d'autres télescopes spatiaux capturent des images à rayons X et des observatoires comme le télescope Green Bank, le Very Large Array, l'Atacama Large Millimeter Array et des dizaines d'autres observatoires à travers le monde travaillent à longueurs d'onde radio.

Les radiotélescopes sont confrontés à un problème. Tous les satellites, quelle que soit leur fonction, utilisent des ondes radio pour transmettre des informations à la surface de la Terre. Tout comme la pollution lumineuse peut cacher un ciel étoilé, les transmissions radio peuvent submerger les ondes radio que les astronomes utilisent pour en savoir plus sur les trous noirs, les étoiles en formation récente et l'évolution des galaxies.

Nous sommes trois scientifiques qui travaillent dans le domaine de l'astronomie et de la technologie sans fil. Avec la mise en orbite de dizaines de milliers de satellites dans les années à venir et l’utilisation croissante au sol, le spectre radioélectrique devient de plus en plus saturé. Les zones de silence radio – des régions généralement situées dans des zones reculées, où les transmissions radio au sol sont limitées ou interdites – ont protégé la radioastronomie dans le passé.

Alors que le problème de la pollution radioélectrique continue de croître, les scientifiques, les ingénieurs et les décideurs politiques devront trouver comment chacun peut partager efficacement la gamme limitée de fréquences radio. Une solution sur laquelle nous travaillons depuis quelques années consiste à créer une installation où les astronomes et les ingénieurs pourraient tester de nouvelles technologies pour empêcher les interférences radio de bloquer le ciel nocturne.

Les ondes radio sont les émissions de longueur d'onde la plus longue du spectre électromagnétique, ce qui signifie que la distance entre deux pics de l'onde est relativement éloignée. Les radiotélescopes collectent des ondes radio dans des longueurs d'onde allant du millimètre au mètre.

Même si vous n'êtes pas familier avec les radiotélescopes, vous avez probablement entendu parler de certaines des recherches qu'ils effectuent. Les fantastiques premières images de disques d’accrétion autour des trous noirs ont toutes deux été produites par le télescope Event Horizon. Ce télescope est un réseau mondial de huit radiotélescopes, et chacun des télescopes individuels qui composent le Event Horizon Telescope est situé dans un endroit avec très peu d'interférences radio : une zone de silence radio.

Une zone de silence radio est une région dans laquelle les émetteurs au sol, comme les tours de téléphonie cellulaire, doivent baisser leurs niveaux de puissance afin de ne pas affecter les équipements radio sensibles. Les États-Unis comptent deux de ces zones. La plus grande est la National Radio Quiet Zone, qui couvre 13 000 milles carrés (34 000 kilomètres carrés), principalement en Virginie occidentale et en Virginie. Il contient l'Observatoire de la Banque Verte. L'autre, le Table Mountain Field Site et Radio Quiet Zone, dans le Colorado, soutient la recherche d'un certain nombre d'agences fédérales.

Des zones de silence radio similaires abritent des télescopes en Australie, en Afrique du Sud et en Chine.

De grandes constellations de satellites, comme celles de Starlink, peuvent être vues marchant en lignes dans le ciel nocturne et nuire à la fois à l'astronomie visible et à la radioastronomie.

Le 4 octobre 1957, l’Union soviétique lançait Spoutnik en orbite. Alors que le petit satellite faisait le tour du globe, les amateurs de radioamateur du monde entier ont pu capter les signaux radio qu'il renvoyait vers la Terre. Depuis ce vol historique, les signaux sans fil font désormais partie de presque tous les aspects de la vie moderne – de la navigation aérienne au Wi-Fi – et le nombre de satellites a augmenté de façon exponentielle.

Plus il y a de transmissions radio, plus il devient difficile de gérer les interférences dans les zones de silence radio. Les lois existantes ne protègent pas ces zones des émetteurs satellites, qui peuvent avoir des effets dévastateurs. Dans un exemple, les transmissions d'un satellite Iridium ont complètement obscurci les observations d'une étoile faible faites dans une bande protégée attribuée à la radioastronomie.

Le problème des interférences radio n’est pas nouveau.

Dans les années 1980, le système mondial de navigation par satellite russe – essentiellement la version soviétique du GPS – a commencé à émettre sur une fréquence officiellement protégée pour la radioastronomie. Les chercheurs ont recommandé un certain nombre de solutions à cette interférence. Au moment où les opérateurs du système de navigation russe ont accepté de modifier la fréquence de transmission des satellites, de nombreux dégâts avaient déjà été causés en raison du manque de tests et de communication.