Les algorithmes d’IA peuvent aider à effacer les traînées lumineuses des satellites Internet – mais ils ne peuvent pas sauver l’astronomie

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  • Caractéristique Des centaines de scientifiques du monde entier ont discrètement donné de leur temps pour empêcher les satellites en orbite terrestre basse de détruire l’astronomie.

    L’espace est de plus en plus encombré. Au fur et à mesure que la technologie a progressé, le lancement d’objets dans l’espace est devenu moins cher et plus accessible pour les entités commerciales. Les entreprises privées se donnent la main et lancent leurs propres satellites en orbite terrestre basse, promettant généralement de fournir un Internet haut débit sans fil de plus en plus rapide à partir de leurs constellations.

    Lorsque SpaceX a commencé à envoyer ses oiseaux Starlink en 2018, la communauté de l’astronomie a réalisé que les blocs de métal volants illuminaient le ciel nocturne et menaçaient de noyer la lueur des étoiles et des galaxies lointaines. Des constellations de satellites Starlink sifflant devant des télescopes à gauche stries éblouissantes dans leur sillage, rendant difficile pour les astronomes d’observer le cosmos.

    Le problème ne fait qu’empirer. SpaceX compte désormais plus de 1 600 satellites de relais Internet dans le ciel, tandis que des programmes similaires d’Amazon, OneWeb et Boeing voient le jour.

    SpaceX prévoit de lancer 42 000 satellites ; Amazon a demandé l’autorisation de lob 7 774.

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    Des traînées de satellites brillantes gâchent une vue de la pluie de météores des Perséides en 2018 (cliquez pour agrandir). Source de l’image : Eckhard Slawik

    “Nous perdons absolument un peu de science”, a déclaré Jonathan McDowell, astronome au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Le registre. “La quantité de science que nous perdons dépend du nombre de satellites qu’il y aura. Vous perdez parfois des données. Pour le moment, c’est une image sur dix.”

    Les télescopes peuvent essayer d’attendre le passage d’une flotte de satellites avant de prendre leurs images, mais si les astronomes tentent de suivre des objets en mouvement, tels que des astéroïdes ou des comètes proches de la Terre, par exemple, il peut être impossible d’éviter le fléau.

    “Au fur et à mesure que nous augmentons le nombre de satellites, il commence à y avoir plusieurs stries dans les images que vous prenez. Ce n’est plus irritant, vous perdez vraiment la science. Dans dix ans, il y en aura peut-être tellement que nous ne pourrons pas y faire face, ” il ajouta.

    McDowell a coprésidé l’Algorithms Group pour SATCON2, un atelier organisé par l’American Astronomical Society, et a averti que les scientifiques doivent trouver comment atténuer le problème maintenant lorsque le nombre de satellites est encore faible avant qu’il ne soit trop tard pour rattraper son retard. Une solution possible qu’ils commencent à explorer est l’apprentissage automatique. Il est possible qu’un logiciel d’IA soit entraîné à masquer automatiquement certaines des traînées lumineuses des satellites dans les images astronomiques.

    Une des recommandations du rapport géant de l’atelier [PDF] consiste à réunir une équipe d’astronomes et d’informaticiens pour développer une gamme d’outils open source à l’usage des futurs chercheurs. Afin de construire les algorithmes, ils doivent rassembler une gamme d’ensembles de données composés d’images capturées à partir de divers télescopes. Les prises de vue doivent montrer la même zone de ciel avec et sans traces satellites. Des algorithmes de vision par ordinateur peuvent alors être enseignés pour détecter les stries gênantes et ajuster les pixels pour les masquer.

    Les dirigeants de l’atelier tentent de former des collaborations entre les observatoires et d’obtenir des financements de recherche pour développer sérieusement un hub central pour ces futurs outils. À l’heure actuelle, les astronomes intéressés à travailler sur le problème le font pendant leur temps libre ou sont dispersés dans divers projets universitaires.

    L’IA ne peut pas faire de magie

    Hossen Teimoorinia, chercheur à l’Université de Victoria, Canada, expérimente différentes techniques depuis un certain temps. “Si vous voulez supprimer les traces satellites pour trouver des objets en mouvement, vous devez préparer un très bon ensemble de données”, dit-il. El Reg.

    Non seulement vous devez collecter des images provenant d’observatoires et d’institutions, mais elles doivent montrer exactement la même région de l’espace avec et sans interférence satellite et doivent être prétraitées pour s’assurer qu’elles ont la même taille et la même résolution, etc. . L’autre possibilité consiste à ajouter de fausses pistes artificielles dans des images nettes du ciel nocturne pour augmenter le nombre d’exemples d’entraînement.

    “Cela prend un peu de temps. Mais j’espère que nous pourrons former un modèle principal et utiliser l’apprentissage par transfert afin qu’il puisse être affiné pour gérer différentes images prises à partir de différents télescopes”, a déclaré Teimoorinia.

    Il sera cependant difficile de développer un modèle unique suffisamment robuste pour gérer les différentes propriétés de différents télescopes. Ils ont des résolutions, des caractéristiques de bruit, des temps d’exposition différents et fonctionnent sur différentes longueurs d’onde. “Nous devrons peut-être créer des algorithmes qui fonctionnent pour des télescopes spécifiques, c’est compliqué”, explique McDowell.

    Idéalement, ces outils seront, un jour, conditionnés sous la forme d’une bibliothèque Python facile à utiliser et les astronomes pourront les appliquer à leurs propres images.

    Cependant, l’IA ne peut pas faire de magie, prévient Teimoorinia. Une partie de la science sera encore perdue dans le processus. Même si l’apprentissage automatique peut effacer les vilaines traînées de satellites afin que les astronomes puissent surveiller les astéroïdes et les comètes, toutes les étoiles ou galaxies obstruées par les traînées scintillantes seront également supprimées. Alors que vous pouvez suivre les astéroïdes et les comètes image par image lorsqu’ils se déplacent dans le ciel, les étoiles et les galaxies ont tendance à rester cachées derrière la trace d’un satellite et seront effacées pendant le nettoyage.

    Voir des choses

    N’oubliez pas que ces constellations d’oiseaux métalliques reflètent la lumière du soleil et que leurs signaux radio peuvent interférer avec les lectures, ce qui rend potentiellement difficile pour les astronomes d’enregistrer avec précision les niveaux de lumière pour estimer les distances ou les températures d’étoiles lointaines ou pour découvrir de nouvelles galaxies.

    Parfois, le contraire peut se produire, lorsque quelque chose scintillant dans le ciel ne fait pas qu’empêcher les astronomes d’observer des objets, cela peut leur faire voir des choses qui n’existent même pas.

    Un éclair de la galaxie la plus éloignée découverte dans l’univers observable, GN-z11, a suscité l’enthousiasme de la communauté des chercheurs. Les gens pensaient avoir repéré le flash de rayons gamma le plus éloigné jamais vu à partir d’une étoile massive morte ou d’un trou noir en train d’exploser. Mais maintenant, certains pensent que c’était juste le reflet d’un fragment d’une fusée russe épuisée qui se trouvait être en vue au mauvais moment alors que les astronomes observaient GN-z11.

    Des erreurs similaires pourraient être commises à l’avenir avec les satellites à large bande, dit McDowell. “La plupart du temps, l’effet d’un satellite est vraiment évident, d’autres fois c’est plus subtil. Si la lumière d’un satellite est envoyée dans une fibre pour la spectroscopie, elle peut contaminer le spectre avec la lumière du soleil réfléchie par le satellite. les données sans que vous essayiez de les repérer. Les galaxies ordinaires semblent soudainement vraiment intéressantes, les lumières vives donnent l’impression que quelque chose d’étrange se passe là-bas. “

    Aidez à garder le ciel nocturne de la Terre sombre

    Il est clair que le traitement d’images basé sur l’apprentissage automatique ne sera tout simplement pas une panacée. Le fléau pourrait bien nécessiter une mesure plus drastique: limiter complètement le nombre de satellites terrestres bas dans l’espace. Combien c’est trop ? Quel est le nombre maximum de satellites qui peuvent être dans l’espace à un moment donné pour s’assurer que l’espace est toujours observable ?

    “C’est une supposition folle pour le moment”, a déclaré Robert Green, astronome à l’observatoire Steward aux États-Unis. Le registre.

    Green pense que le Traité des Nations Unies sur l’espace extra-atmosphérique, signé en 1967 pour garantir que « l’espace extra-atmosphérique sera libre d’exploration et d’utilisation par tous les États » et que « les États éviteront la contamination nocive de l’espace et des corps célestes », pourrait être utilisé pour réglementer les satellites mondiaux lance en orbite terrestre basse.

    L’Amérique n’est pas le seul pays à envoyer des appareils dans l’espace pour fournir des services à large bande. Même s’il essaie de contrôler le nombre de satellites qui montent, il ne peut pas résoudre le problème à lui seul. “Le Royaume-Uni et le Canada le font aussi. La Chine aussi, bien que nous en sachions moins sur ce qui s’y passe”, a déclaré Green.

    Cela nécessite la coopération des pays du monde entier et il n’y a pas encore de discussion internationale globale sur la question, même si l’Union astronomique internationale tente de faire appel au Comité des Nations Unies sur les utilisations pacifiques de l’espace extra-atmosphérique. “Nous devons sérieusement mettre en œuvre de nouvelles politiques ou cela deviendra une mêlée générale, où l’espace sera pris par le premier arrivé, premier servi”, ajoute-t-il.

    L’espace est pour tout le monde et les découvertes qui ont été faites nous affectent tous, conclut McDowell. “Les choses fondamentales que nous avons apprises sur nous-mêmes, comme le fait que nous sommes tous faits de poussière d’étoile, par exemple, sont immédiatement pertinentes. Et qui sait ce que nous allons découvrir ou ne pas découvrir au siècle prochain parce que des satellites ?” ®

    L'équipe de Comparaland

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