El Telescopio del Polo Sur (SPT) observa el fondo cósmico de microondas (CMB) a tres frecuencias, 95 GHz (3.2 mm), 150 GHz (2.0 mm) y 220 GHz (1.4 mm). La emisión térmica de los satélites en órbita terrestre baja (LEO) es radiación milimétrica; por fortuna, desde el polo sur SPT-3G (la tercera generación de SPT) observa muy pocos satélites. Se publica en arXiv que SPT-3G ha observado por primera vez la emisión térmica de  varios satélites LEO. Entre ellas, la de COBE (Cosmic Background Explorer), el primer telescopio espacial para la observación del CMB entre 1989 y 1993, que demostró que su emisión es de cuerpo negro casi perfecto y por ello obtuvo el Premio Nobel de Física en 2006. SPT-3G observó a COBE el 20 de enero de 2023 a unos 1440 km de distancia con una densidad de flujo espectral de 0.4 ± 0.06 Jy a 95 GHz, 0.97 ± 0.07 Jy a 150 GHz, y 1.76 ± 0.23 Jy a 220 GHz (1 jansky (Jy) es igual a 10⁻²⁶ W⋅m⁻²⋅Hz⁻¹. También se han observado de forma simultánea dos satélites Starlink Gen2 (4377 y 4311) en febrero de 2023, con densidades de flujo entre 0.6 Jy y 3.9 Jy, y la segunda etapa de dos cohetes Mark 3 (LVM3) de la agencia espacial india ISRO, lanzados el 22 de octubre de 2022 (NORAD 54149) y el 26 de marzo de 2023 (NORAD 56082), entre otros objetos. Resulta fascinante que SPT haya podido observar a COBE, pero no debemos olvidar que este tipo de contaminación no para de crecer y podría acabar penalizando las observaciones científicas.

La emisión térmica milimétrica (1–3 mm) corresponde a una temperatura de ∼10 K. Los satélites LEO suelen tener temperaturas entre 200 y 400 K, luego en la región milimétrica se observa la cola de Rayleigh–Jeans de su curva de cuerpo negro. Gracias a la gran sensibilidad de los ∼16 mil detectores superconductores de SPT-3G se ha podido observar por primera vez esta contaminación por emisión térmica de los satélites. El telescopio SPT-3G tiene 10 metros de diámetro, un campo de visión de 1.5 grados y una resolución angular de ∼1 minuto de arco (arcmin). Un satélite típico será visible durante unos 2 segundos, dejando una traza recta en los detectores que es fácil de detectar (pero hay que desarrollar algoritmos específicos). La gran ventaja de SPT-3G es que hay pocos satélites que crucen su campo visual principal, unos 1500 grados cuadrados de cielo, que abarca ±50° en ascensión recta y ±15° en declinación, que se observan durante el invierno austral (entre marzo y noviembre) desde 2018. Sin embargo, muchos satélites LEO pasan por su campo visual extendido, unos 3000 grados cuadrados que se observan en el verano austral; en dicho campo es donde se ha observado a COBE y el resto de satélites. Más preocupantes son los satélites que incluyen radares que emiten de forma activa en microondas, como OCO-2 (Orbiting Carbon Obervatory 2), el explorador de CO₂ de la NASA, cuyo instrumento CloudSat emite a 94.05 GHz (muy cerca de la banda a 95 GHz de SPT-3G), que ha sido observado con una emisión de 120 Jy a 95 GHz, aunque solo 0.4 Jy a 140 GHz y 1.2 Jy a 220 GHz (estas dos últimas por emisión térmica).

El futuro es desalentador, pues el número de satélites en órbita LEO no para de crecer (por ejemplo, la megaconstelación de Starlink tendrá 48 mil satélites, que equivale a uno por grado de cielo). Por fortuna, el cielo del Polo Sur estará bastante limpio, pues solo se observarán los satélites de alta inclinación orbital. El artículo es A. Foster, A. Chokshi, …, J. A. Zebrowski, «Detection of Thermal Emission at Millimeter Wavelengths from Low-Earth Orbit Satellites,» arXiv:2411.03374 [astro-ph.IM] (05 Nov 2024), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2411.03374.

El artículo presenta un modelo sencillo de la emisión térmica esperada para un satélite en función de su distancia y el área de su sección transversal; esta última varía en función de la orientación del satélite respecto a la línea de visión, por ejemplo, la orientación de COBE no está controlada, por lo que su área debe estimarse (su cuerpo principal tiene un área de 17.4 m² y sus paneles solares de 8.3 m × 2.5 m una de 20.8 m², luego se estima un área efectiva de 23.5 m²). La figura de la izquierda muestra la emisión estimada para diferentes satélites y constelaciones (Iridium y Starlink) observados. La de la derecha muestra la traza recta del paso de un satélite que duró unos 2 segundos el 24 de mayo de 2022.

Uno de los puntos más interesantes del nuevo artículo es que observa discrepancias entre las órbitas observadas y las predicciones de la NORAD (North American Aerospace Defense Command). Esta agencia publica a diario la posición estimada de todos los objetos en órbita terrestre con un tamaño mayor de 10 cm (https://www.space-track.org/), unos ∼ 30 000 en órbita LEO. Las discrepancias son pequeñas, del orden del minuto de arco, pero dicho error es similar a la resolución angular de SPT-3G. Por ello, no se puede desarrollar un algoritmo que anticipe la observación y la evite, sino que hay que actuar a posteriori.

En resumen, se ha publicado el primer artículo que analiza de forma sistemática el efecto de la emisión térmica milimétrica de los satélites en órbita terrestre baja en los telescopios que estudian el fondo cósmico de microondas desde la superficie terrestre. Para los que se encuentran en el Polo Sur como SPT el problema no parece muy grave, hay pocos satélites que crucen su campo visual principal. Sin embargo, el problema es acuciante para los telescopios situados latitudes medias, como el español QUIJOTE (Q U I JOint TEnerife CMB experiment) en el Instituto Astrofísico de Canarias, que estudia el CMB entre 10 y 42 GHz a grandes escalas (con una resolución de un grado). El uso de algoritmos para la limpieza de las observaciones se complica confirma crecen las megaconstelaciones. Su impacto sobre la ciencia básica que realizan estos telescopios es algo que debería preocuparnos a todos.