Вспышки спутников: откуда берётся яркий блик среди звёзд

У старых спутников связи Iridium была неожиданная особенность. Аппарат, едва заметный на небе, мог за несколько секунд стать чрезвычайно ярким, а затем снова потускнеть. Любители астрономии заранее рассчитывали такие вспышки и ждали их в выбранном месте. В назначенное время среди звёзд появлялся яркий блик.

Свет приходил от Солнца. Его отражала одна из антенн спутника. Ни включать прожектор, ни взрываться аппарату не требовалось: во время полёта антенна ненадолго направляла отражение к наблюдателю. Затем угол менялся, и вспышка заканчивалась.

Спутники другого устройства тоже способны давать блики. У одних яркость плавно нарастает и падает, у других свет повторяется короткими импульсами. Иногда между вспышками сам аппарат вообще не удаётся разглядеть.

Как солнечный свет попадает к наблюдателю

Поверхности спутника отражают свет по-разному. Шероховатое покрытие рассеивает его во многих направлениях. Гладкая деталь может дать сильное отражение в сравнительно узкую область. На земле похожий блик возникает от окна, когда солнечные лучи отражаются прямо в сторону глаз.

На спутнике отражателем могут быть антенна, часть корпуса, защитное покрытие или солнечная панель. Поэтому не всякую вспышку правильно объяснять одной только батареей. В случае классических Iridium источник был известен: оператор связывал блики с основной антенной.

Положение аппарата относительно Солнца и человека меняется по мере полёта. Пока отражённый свет проходит через место наблюдения, яркость растёт. Через несколько секунд он может уйти в сторону, и спутник снова станет слабой точкой. Отражающая деталь при этом остаётся той же, а двигаться аппарат продолжает по прежней орбите.

Узкое направление отражения объясняет разницу между соседними наблюдениями. Человек в одном районе видит очень яркую вспышку, а в другом замечает гораздо более слабый свет. Условия облачности могут быть одинаковыми; отличаются направления от спутника к двум людям.

Если корпус вращается, одна поверхность способна несколько раз пройти через подходящее положение. Тогда возникают повторные блики. Между ними аппарат летит дальше, но его обычная яркость может быть слишком мала для глаза или камеры. У сложного корпуса отражающих участков несколько, поэтому два одинаковых интервала ещё не дают точный период вращения всего тела.

На земле в это время уже бывает темно. Высоко над ней спутник всё ещё освещён Солнцем. Он отражает этот свет на ночную сторону планеты и остаётся заметным на тёмном фоне. Когда аппарат входит в тень Земли, солнечное освещение пропадает и видимый пролёт заканчивается. Это отдельная причина исчезновения, помимо изменения угла отражения.

Почему старые прогнозы Iridium уже не подходят

Знаменитые вспышки относятся к прежнему поколению Iridium. У тех аппаратов были удобные для отражения антенны, а рабочая ориентация достаточно хорошо известна. Сочетание этих условий позволяло рассчитывать, где и когда будет особенно яркий блик.

В мае 2017 года оператор рассказал о завершении службы аппарата SV-40. Его начали выводить из действующей сети в апреле, освобождая место спутнику нового поколения. Название прощального сообщения обыгрывало слово flare — вспышка: компания знала, что её аппараты привлекали внимание не только пользователей связи.

По истории сети Iridium, замена действующей группировки закончилась в 2019 году. Новые аппараты устроены иначе. Старый календарь вспышек не может служить расписанием для нынешних спутников только потому, что у сети осталось прежнее имя.

Другие отражения с орбиты продолжают происходить. В небе есть множество спутников, отработавших ступеней и деталей с разными поверхностями. Однако для расчёта их бликов нужно знать больше, чем орбиту. Важна ориентация корпуса, а у неработающего предмета она может быть неизвестна или меняться из-за вращения.

Это различие полезно помнить при пользовании астрономическим приложением. Оно может верно показать пролёт аппарата, но не обещать его яркость в каждую секунду. Расчёт направления и времени отвечает на вопрос, где будет спутник. Расчёт блика требует ещё и сведений о том, как он повернут к Солнцу и наблюдателю.

Огни Starlink над Тихим океаном

10 августа 2022 года пять пилотов на двух пассажирских рейсах заметили необычные огни над Тихим океаном. От наблюдения остались две фотографии и видео. На короткой записи отдельные вспышки могут казаться независимыми предметами, возникающими в одном районе неба.

Дуглас Бюттнер и его коллеги сопоставили эти материалы с орбитальными данными Starlink. Они учли движение самолётов и восстановили вид из кабины. По результатам работы огни были связаны с недавно запущенной группой спутников.

Здесь необычной оказалась яркость отражения. Энтони Маллама и Ричард Коул в исследовании 2024 года рассматривали блики от плоской нижней стороны Starlink. В изученной геометрии аппараты находились низко над горизонтом, в стороне Солнца, которое уже скрылось от наблюдателя. При таком взаимном положении зеркальное отражение могло резко усилить свет.

Покрытие, снижающее рассеянный свет в одних направлениях, не обязательно уменьшает яркость во всех остальных. Если оно отражает свет направленно, отдельный наблюдатель может оказаться именно в области сильного блика. Поэтому тусклый в обычном положении спутник иногда неожиданно выделяется среди звёзд.

Пилоты наблюдали огни с борта самолёта. Их положение и направление движения отличались от условий человека на земле. Для восстановления этого эпизода понадобились сведения о рейсах и конкретной группе аппаратов. Готовое объяснение относится к этому наблюдению. Чтобы опознать другое видео, потребуется его собственное время и место.

Вспышки, которые замечает только камера

Не все спутниковые блики видны глазу. Гай Нир и его коллеги наблюдали короткие события телескопом W-FAST с зеркалом 55 сантиметров. Камера снимала 25 кадров в секунду и могла записать свет, который исчезал быстрее, чем человек успевал бы обратить на него внимание.

В исследованной выборке были вспышки продолжительностью примерно 0,1–0,3 секунды. Авторы связывали их преимущественно с искусственными объектами на геосинхронных орбитах и орбитах захоронения. Типичная яркость таких событий была намного ниже порога видимости невооружённым глазом.

За столь короткое время далёкий спутник может сместиться на снимке слишком мало, чтобы получилась заметная полоса. Вместо неё камера показывает точку, которой нет на соседнем кадре. Для астронома, ищущего быстрое изменение далёкого источника, это создаёт помеху: краткий блик от близкого искусственного предмета похож на неожиданное событие в космосе.

При длинной выдержке вращающийся объект иногда оставляет пунктир. Каждая яркая вспышка записывается в новом месте, а слабый свет между ними не сохраняется. Аппарат двигался непрерывно, но на готовой фотографии видны только отдельные яркие участки пути.

Сергей Карпов и Жюльен Пелотон изучали такие следы на снимках обзора ZTF. Длинную непрерывную полосу сравнительно легко узнать как спутниковый след. Одиночная короткая вспышка или небольшой пунктир затрудняют поиск настоящих быстрых астрономических событий. По этой причине происхождение подобных точек проверяют, прежде чем включать их в научный каталог.

Что сохранить для опознания своего наблюдения

На телефонном видео лучше оставить несколько секунд до вспышки и после неё. Иногда там удаётся заметить слабую точку, которая продолжает двигаться по тому же пути. Если запись обрезана до самого яркого момента, эта связь теряется.

Полезны также звёзды, горизонт и неподвижные земные ориентиры. По ним можно восстановить направление. Если телефон всё время поворачивается вслед за огнём, его движение меняет видимую картину. Неподвижный фон помогает отделить этот поворот камеры от движения объекта.

Яркость и размеры пятна на экране тесно связаны с работой телефона. Во время блика изображение пересвечивается, вокруг точки появляется ореол, автоматика уменьшает экспозицию. Потом она снова высветляет кадр. Кажется, что огонь одновременно растёт и сжимается, хотя поверхность спутника не меняет размеров.

Цифровое увеличение растягивает пиксели, а неверный фокус превращает точку в круг или многоугольное пятно. Такие очертания не позволяют рассмотреть корпус. Для опознания гораздо важнее исходная запись и точное время с часовым поясом.

Далее место наблюдения, время и направление сравнивают с пролётами известных искусственных объектов. Орбитальные параметры должны соответствовать нужной дате: спутник мог поднять орбиту или выполнить манёвр после публикации старого прогноза. Совпадение пути помогает назвать аппарат, но сила блика может остаться неопределённой из-за неизвестной ориентации.

Если сохранилось только воспоминание об одном мигании над домом, точного ответа может не получиться. Запись полного пролёта даёт больше: она показывает, был ли свет частью непрерывного движения и повторялся ли он. Во время спутникового блика аппарат обычно продолжает свой полёт. Меняется лишь то, сколько отражённого солнечного света доходит до наблюдателя.