SPT-3G observe l’émission thermique du COBE

Le télescope du pôle Sud (SPT) observe le fond diffus cosmologique (CMB) à trois fréquences : 95 GHz (3,2 mm), 150 GHz (2,0 mm) et 220 GHz (1,4 mm). L’émission thermique des satellites en orbite terrestre basse (LEO) est un rayonnement millimétrique ; Heureusement, depuis le pôle sud, le SPT-3G (la troisième génération du SPT) observe très peu de satellites. Il est publié sur arXiv que SPT-3G a observé pour la première fois les émissions thermiques de plusieurs satellites LEO. Parmi eux, COBE (Explorateur de fond cosmique), le premier télescope spatial à observer le CMB entre 1989 et 1993, ce qui a démontré que son émission est un corps noir presque parfait et a pour cela valu le prix Nobel de physique en 2006. SPT-3G a observé COBE le 20 janvier 2023 vers 1440 km avec une densité de flux spectral de 0,4 ± 0,06 Jy à 95 GHz, 0,97 ± 0,07 Jy à 150 GHz et 1,76 ± 0,23 Jy à 220 GHz (1 jansky (Jy) est égal à 10⁻²⁶ W⋅m⁻²⋅Hz⁻¹. Deux satellites Starlink Gen2 (4377 et 4311) en février 2023, avec densités de entre 0,6 Jy et 3,9 Jy, et le deuxième étage de deux fusées Mark 3 (LVM3) de l’agence spatiale indienne ISRO, lancées le 22 octobre 2022 (NORAD 54149) et le 26 mars 2023 (NORAD 56082), entre autres objets Il est fascinant que le SPT ait pu observer COBE, mais il ne faut pas oublier que ce type de contamination ne cesse de croître et pourrait se développer. finissent par pénaliser les observations scientifiques.

L’émission thermique millimétrique (1 à 3 mm) correspond à une température d’environ 10 K. Les satellites LEO ont généralement des températures comprises entre 200 et 400 K, puis dans la région millimétrique, la queue de Rayleigh-Jeans de leur courbe de corps noir est observée. Grâce à la grande sensibilité des quelque 16 000 détecteurs supraconducteurs du SPT-3G, cette contamination due aux émissions thermiques des satellites a été observée pour la première fois. Le télescope SPT-3G a un diamètre de 10 mètres, un champ de vision de 1,5 degrés et une résolution angulaire de ∼1 arcmin (arcmin). Un satellite typique sera visible pendant environ 2 secondes, laissant une trace droite sur les détecteurs facile à détecter (mais des algorithmes spécifiques doivent être développés). Le grand avantage du SPT-3G est qu’il y a peu de satellites traversant son champ de vision principal, environ 1500 degrés carrés de ciel, couvrant ±50° en ascension droite et ±15° en déclinaison, qui sont observés pendant l’hiver austral (entre mars et novembre) depuis 2018. Cependant, de nombreux satellites LEO traversent son champ de vision étendu, d’environ 3 000 degrés carrés observé pendant l’été austral ; C’est dans ce champ que COBE et le reste des satellites ont été observés. Les satellites équipés de radars émettant activement des micro-ondes, tels que OCO-2 (Observatoire de carbone en orbite 2), l’explorateur CO₂ de la NASA, dont l’instrument CloudSat émet à 94,05 GHz (très proche de la bande 95 GHz du SPT-3G), qui a été observé avec une émission de 120 Jy à 95 GHz, bien que seulement 0,4 Jy à 140 GHz et 1,2 Jy à 220 GHz (ces deux derniers dus à l’émission thermique).

L’avenir est décourageant, puisque le nombre de satellites en orbite LEO ne cesse de croître (par exemple, la mégaconstellation Starlink comptera 48 000 satellites, ce qui équivaut à un par degré de ciel). Heureusement, le ciel au-dessus du pôle Sud sera assez clair, car seuls les satellites à forte inclinaison orbitale seront observés. L’article est A. Foster, A. Chokshi,…, JA Zebrowski, « Détection des émissions thermiques à des longueurs d’onde millimétriques à partir de satellites en orbite terrestre basse », arXiv : 2411.03374. [astro-ph.IM] (05 novembre 2024), est ce que je: https://doi.org/10.48550/arXiv.2411.03374.

L’article présente un modèle simple de l’émission thermique attendue pour un satellite en fonction de sa distance et de sa section transversale ; cette dernière varie en fonction de l’orientation du satellite par rapport à la ligne de visée, par exemple, l’orientation de COBE n’est pas contrôlée, il faut donc estimer sa superficie (son corps principal a une superficie de 17,4 m² et son énergie solaire panneaux de 8,3 m × 2,5 m (un 20,8 m², alors une surface effective de 23,5 m² est estimée). La figure de gauche montre l’émission estimée pour différents satellites et constellations (Iridium et Starlink) observés. Celui de droite montre la trajectoire rectiligne d’un satellite qui a duré environ 2 secondes le 24 mai 2022.

L’un des points les plus intéressants du nouvel article est qu’il observe des écarts entre les orbites observées et les prévisions du NORAD (Commandement de la défense aérospatiale de l’Amérique du Nord). Cette agence publie quotidiennement la position estimée de tous les objets en orbite terrestre de taille supérieure à 10 cm (https://www.space-track.org/), environ ∼30 000 en orbite LEO. Les écarts sont faibles, de l’ordre d’une minute d’arc, mais cette erreur est similaire à la résolution angulaire du SPT-3G. Il n’est donc pas possible de développer un algorithme qui anticipe l’observation et l’évite, mais doit plutôt agir a posteriori.

En résumé, le premier article a été publié qui analyse systématiquement l’effet de l’émission thermique millimétrique des satellites en orbite terrestre basse sur les télescopes qui étudient le fond diffus cosmologique depuis la surface de la Terre. Pour ceux qui sont au pôle Sud comme SPT le problème ne semble pas très grave, il y a peu de satellites qui traversent leur champ de vision principal. Le problème se pose cependant avec acuité pour les télescopes situés aux latitudes moyennes, comme l’espagnol QUIJOTE (Expérience QUI JOint TEnerife CMB) à l’Institut d’Astrophysique des Îles Canaries, qui étudie le CMB entre 10 et 42 GHz à grande échelle (avec une résolution d’un degré). L’utilisation d’algorithmes pour nettoyer les observations devient plus compliquée à mesure que les mégaconstellations se développent. Son impact sur la science fondamentale réalisée par ces télescopes est quelque chose qui devrait nous concerner tous.