Todos los satélites utilizan ondas de radio para transmitir información a la superficie de la Tierra, lo que está causando un problema importante, según un nuevo estudio.
Las transmisiones de radio pueden ocultar las ondas de radio que utilizan los astrónomos para estudiar los agujeros negros, las estrellas en formación y la evolución de las galaxias.
Los científicos trabajan para crear una instalación que ofrezca un entorno controlado donde los astrónomos y los ingenieros puedan probar nuevas tecnologías para evitar que las interferencias de radio oculten el cielo nocturno.
Pero, a medida que el espectro radioeléctrico se satura cada vez más, sus usuarios tendrán que compartirlo, ya sea en el tiempo, el espacio o la frecuencia, afirman.
La luz visible es solo una parte del espectro electromagnético que utilizan los astrónomos para estudiar el universo. El Telescopio Espacial James Webb se construyó para observar la luz infrarroja; otros telescopios espaciales captan imágenes de rayos X, y observatorios como el Telescopio de Green Bank, el Very Large Array, el Atacama Large Millimeter Array y decenas de observatorios más de todo el mundo trabajan con longitudes de onda de radio.
Los radiotelescopios se enfrentan a un problema. Todos los satélites, sea cual sea su función, utilizan ondas de radio para transmitir información a la superficie de la Tierra. Al igual que la contaminación lumínica puede ocultar un cielo estrellado, las transmisiones de radio pueden ocultar las ondas de radio que utilizan los astrónomos para estudiar los agujeros negros, las estrellas en formación y la evolución de las galaxias.
Somos tres científicos que trabajamos en astronomía y tecnología inalámbrica. Con decenas de miles de satélites que se espera poner en órbita en los próximos años y un uso cada vez mayor en tierra, el espectro radioeléctrico se está saturando. En el pasado, las zonas de silencio radioeléctrico —regiones, por lo general ubicadas en áreas remotas, donde se limitan o prohíben las transmisiones de radio terrestres— han protegido la radioastronomía.
A medida que crece el problema de la contaminación radioeléctrica, científicos, ingenieros y responsables de formular políticas tendrán que encontrar la manera de que todos compartan eficazmente el limitado rango de frecuencias de radio. Una solución en la que llevamos trabajando varios años consiste en crear una instalación donde los astrónomos y los ingenieros puedan probar nuevas tecnologías para evitar que las interferencias de radio oculten el cielo nocturno.
Astronomía con ondas de radio
Las ondas de radio son las emisiones de mayor longitud de onda del espectro electromagnético; esto significa que la distancia entre dos crestas de onda es relativamente grande. Los radiotelescopios captan ondas de radio con longitudes de onda que van del milímetro al metro.
Aunque no conozca los radiotelescopios, probablemente haya oído hablar de algunas de las investigaciones que realizan. Las extraordinarias primeras imágenes de discos de acreción alrededor de agujeros negros fueron obtenidas por el Telescopio del Horizonte de Sucesos. Este telescopio es una red global de ocho radiotelescopios, y cada uno de los telescopios que la componen está situado en un lugar con muy pocas interferencias de radiofrecuencia: una zona de silencio radioeléctrico.
Una zona de silencio radioeléctrico es una región donde se exige que los transmisores terrestres, como las torres de telefonía móvil, reduzcan su potencia para no afectar a los equipos de radio sensibles. Estados Unidos tiene dos zonas de este tipo. La más grande es la Zona Nacional de Silencio Radioeléctrico, que abarca 13,000 millas cuadradas (34,000 kilómetros cuadrados), principalmente en Virginia Occidental y Virginia. Allí se encuentra el Observatorio de Green Bank. La otra, el sitio de campo de Table Mountain y zona de silencio radioeléctrico, en Colorado, respalda las investigaciones de varios organismos federales.
Hay telescopios en zonas de silencio radioeléctrico similares en Australia, Sudáfrica y China.
El auge de los satélites
El 4 de octubre de 1957, la Unión Soviética puso en órbita el Sputnik. Mientras el pequeño satélite daba vueltas alrededor del planeta, los aficionados a la radio de todo el mundo pudieron captar las señales de radio que transmitía de vuelta a la Tierra. Desde aquel vuelo histórico, las señales inalámbricas han pasado a formar parte de casi todos los aspectos de la vida moderna —desde la navegación aérea hasta el wifi— y el número de satélites ha crecido exponencialmente.
Cuantas más transmisiones de radio hay, más difícil resulta abordar las interferencias en las zonas de silencio radioeléctrico. Las leyes vigentes no protegen estas zonas de los transmisores satelitales, que pueden tener efectos devastadores. En un caso, las transmisiones de un satélite Iridium ocultaron por completo las observaciones de una estrella tenue realizadas en una banda protegida asignada a la radioastronomía.
Las redes de internet por satélite como Starlink, OneWeb y otras acabarán sobrevolando todos los lugares de la Tierra y transmitiendo ondas de radio hacia la superficie. Pronto, ningún lugar será verdaderamente silencioso para la radioastronomía.
Interferencias en el cielo y en tierra
El problema de las interferencias de radio no es nuevo.
En la década de 1980, el sistema ruso Sistema Global de Navegación por Satélite —en esencia, la versión soviética del GPS— empezó a transmitir en una frecuencia oficialmente protegida para la radioastronomía. Los investigadores recomendaron varias soluciones para estas interferencias. Para cuando los operadores del sistema de navegación ruso aceptaron cambiar la frecuencia de transmisión de los satélites, ya se había causado mucho daño por la falta de pruebas y comunicación.
Muchos satélites observan la Tierra desde el espacio y utilizan partes del espectro radioeléctrico para vigilar características como la humedad del suelo en la superficie , importante para la predicción meteorológica y la investigación climática. Las frecuencias que utilizan están protegidas por acuerdos internacionales , pero también están amenazadas por las interferencias de radio.
Un estudio reciente mostró que una gran proporción de las mediciones de humedad del suelo de la NASA sufre interferencias de sistemas de radar terrestres y aparatos electrónicos de consumo. Existen sistemas para vigilar y tener en cuenta las interferencias, pero evitar el problema por completo mediante la comunicación internacional y pruebas antes del lanzamiento sería una mejor opción para la astronomía.
Soluciones para un espectro radioeléctrico saturado
A medida que el espectro radioeléctrico sigue saturándose, sus usuarios tendrán que compartirlo. Esto podría implicar compartirlo en el tiempo, el espacio o la frecuencia. Sea cual sea la solución concreta, habrá que probarla en un entorno controlado. Ya hay algunos indicios de cooperación. La Fundación Nacional de Ciencias y SpaceX anunciaron recientemente un acuerdo de coordinación en astronomía para beneficiar a la radioastronomía.
En colaboración con astrónomos, ingenieros y especialistas en software y tecnología inalámbrica, y con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias, hemos estado dirigiendo una serie de talleres para definir lo que podría ofrecer una zona nacional dinámica de radio. Esta zona sería similar a las zonas de silencio radioeléctrico existentes: abarcaría una gran área con restricciones a las transmisiones de radio en las inmediaciones. A diferencia de una zona de silencio, la instalación estaría equipada con monitores sensibles del espectro que permitirían a los astrónomos, las empresas de satélites y los desarrolladores de tecnología probar conjuntamente receptores y transmisores a gran escala. El objetivo sería promover usos creativos y cooperativos del espectro radioeléctrico. Por ejemplo, una zona establecida cerca de un radiotelescopio podría servir para probar planes que ofrezcan un acceso más amplio al ancho de banda tanto para usos activos, como las torres de telefonía móvil, como para usos pasivos, como los radiotelescopios.
En un nuevo artículo que nuestro equipo acaba de publicar, hablamos con usuarios y reguladores del espectro radioeléctrico, desde radioastrónomos hasta operadores de satélites. Descubrimos que la mayoría coincidía en que una zona dinámica de radio podría ayudar a resolver, y posiblemente evitar, muchos problemas críticos de interferencias en las próximas décadas.
Todavía no existe una zona de este tipo, pero nuestro equipo y muchas personas de todo Estados Unidos trabajan para perfeccionar el concepto, de modo que la radioastronomía, los satélites de observación de la Tierra y los sistemas inalámbricos gubernamentales y comerciales puedan encontrar formas de compartir el valioso recurso natural que es el espectro radioeléctrico.
