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전영역 이상 해결국(AARO): 위성 플레어링 페이퍼 508 최종 04222025

AARO: Satellite Flaring Paper 508 FINAL 04222025
기관: 전영역 이상 해결국(AARO)
요약 (한국어)

미확인 이상 현상(UAP) 관측과 Starlink 위성 플레어링의 상관관계

원문 (English) 보기

Correlations of Starlink Satellite Flaring with UAP Observations

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본문 발췌 (한국어)
총 19쪽 중 12쪽 추출

AARO(모든 도메인 이상 현상 해결 사무소) AARO 정보 문서 Starlink1 위성 플레어링과 UAP의 상관관계 관찰 2024년 12월 소개 SpaceX Starlink를 비롯한 위성 통신 거대 별자리의 출현으로 Eutelsat OneWeb, Amazon Kuiper 및 중국 G60 별자리에는 현재 수천 개가 있습니다. 저궤도(LEO)2 인공위성 수만 개 이상 발사 예정 앞으로 10년 동안 [1] 위성 플레어링은 햇빛이 햇빛에 닿을 때 발생하는 광학 현상입니다. 안테나나 태양전지판과 같은 위성 표면에서 반사됩니다. 이 문서에서는 반사광에 대해 논의합니다. 인공 위성에서 나오는 햇빛의 확산 반사와 이러한 효과를 해석하는 방법 미확인 변칙 현상(UAP)으로 분류됩니다. 또한 관찰자가 결정하는 방법을 제공합니다. 관측이 위성 플레어에 기인한 것일 수 있는지 여부. 배경 인공 위성에서 반사된 햇빛을 사용하여 움직임을 관찰하고 추적하는 방법은 다음과 같습니다. 우주 탐사 초기까지 [2] 위에서 언급했듯이 여러 회사에서 개발하고 출시합니다. 거대 별자리로 전 세계 대부분의 지역에 인터넷 접속을 제공합니다. 현재는 거의 LEO에는 10,000개의 인공위성이 있으며 이 숫자는 향후 몇 배로 증가할 것으로 예상됩니다. 10년 [1]. 그림 1은 2024년 12월 2일 현재 궤도에 있는 스타링크 위성의 위치를 보여줍니다. 오전 11시(동부 표준시). 2024년 11월 말 기준으로 6,700명이 넘었습니다. 스타링크 위성이 궤도에 있습니다. 그림 2는 빛이 어떻게 작동하는지 설명하는 확산 반사와 정반사의 개념을 보여줍니다. 물체에 튕겨 나옵니다. 그림 3은 이 두 가지 방식으로 반사된 햇빛이 어떻게 방향을 향하는지 보여줍니다. 지구 표면의 관찰자. 그림 2의 왼쪽에서 볼 수 있듯이 난반사가 발생합니다. 거칠거나 불규칙한 표면에서 빛이 반사되는 경우. 거친 표면에 닿은 빛은 반사됩니다. 반사 표면에서 넓은 각도로 빛을 확산시키는 여러 방향으로, 그림 3(a)의 회색 "밝은 원뿔"로 표시된 것처럼. 단일 관측 지점에서, 이 빛의 원뿔은 위성이 궤도를 따라 이동할 때 최대 몇 분 동안 볼 수 있습니다. 하늘. 또한, 반사광의 강도는 물체가 멀어질수록 크게 감소합니다. 관찰자는 반사 표면에 있습니다. 지구 표면에서 확산 반사의 강도 LEO의 위성에서 나오는 빛은 일반적으로 밝기가 다음과 같이 감소합니다. 1 비연방 기관에 대한 언급은 정보 제공 목적으로만 제공되며 명시적이거나 묵시적인 내용을 구성하지 않습니다. AARO, 국방부 또는 행정부의 모든 상업 서비스에 대한 승인. 이 보고서는 Starlink 위성에 초점을 맞추고 있지만 그 원칙은 모든 유사한 위성군에 적용 가능합니다. 2 저지구궤도(LEO)의 고도 범위는 300km~2,000km입니다. 1 AARO(모든 도메인 이상 현상 해결 사무소) 별빛과 비슷하다. 그 구조와 방향으로 인해 많은 인공위성이 LEO는 햇빛을 확산적으로 반사하여 밤하늘을 가로질러 움직이는 별로 나타날 수 있습니다. 그림 1: 궤도에 있는 Starlink 위성의 그래픽. 참조: https://www.heavens- Above.com/StarLink.aspx 글린트(Glint)라고도 알려진 정반사(Specular Reflection)는 매우 매끄럽고 거울 같은 표면에서 발생합니다. 그림 2의 오른쪽에 나와 있습니다. 확산 반사광과 달리 부드러운 빛을 쪼이는 빛은 표면은 입사광과 동일하거나 거의 동일한 각도로 빛을 반사합니다. 그러므로, LEO의 위성에서 반사된 빛 원뿔은 정반사에 비해 훨씬 더 좁습니다. 그림 3(b)에 표시된 것처럼 반사를 확산시킵니다. 이는 관찰률을 극적으로 증가시킵니다. 밝기는 몇 배로 증가하지만 원뿔형으로 관찰 시간은 크게 단축됩니다. 관찰자를 넘어갑니다. 그림 2: 확산 반사(왼쪽)와 정반사의 차이를 보여주는 이미지 반성(오른쪽). 2 AARO(모든 도메인 이상 현상 해결 사무소) 이러한 매우 밝고 수명이 짧은 빛의 섬광을 "위성 플레어" 또는 "위성 반짝임"이라고 합니다. 는 SpaceX Starlink 거대 별자리의 설계, 발사 및 운영은 상당한 성과를 거두었습니다. 과학자와 비전문가들이 지적한 "스타링크 플레어(Starlink Flare)"라고 불리는 위성 플레어의 목격이 증가했습니다. 과학자들도 마찬가지다. 그림 3: (a) 위성에서 나오는 햇빛의 확산 반사와 (b) 반사광의 그림 관측자가 지구 표면에서 볼 때 위성에서 나오는 햇빛의 반사입니다. 위성 플레어 및 위성 열차 그림 4는 Starlink 위성의 작동 구성을 보여줍니다. 스타링크 위성의 독특한 디자인 및 방향으로 인해 확산 반사와 정반사 모두에 취약해집니다. 밤하늘에 가시성이 높다. 대부분의 위성에는 두 가지 핵심 구성 요소가 있습니다. (i) 태양 전지판, (ii) 위성 버스. 태양광 패널은 위성 버스에 전원을 공급합니다. 버스는 지정된 임무를 수행하기 위한 전자 장치 및 시스템을 포함하는 위성의 주요 본체 임무. Starlink 버스에는 하단에 여러 개의 미러 패널과 평면 안테나 어레이가 있습니다. 작동 구성에서 지구를 향하는 버스의 모습입니다. 세대에 따라 다름 스타링크 위성인 대형 태양광 패널의 뒷면은 매우 효율적인 확산 반사판이 될 수 있으며, 위성 버스는 매우 효율적인 정반사체입니다[3]. 위성 플레어 현상은 새로운 것이 아닙니다. 이는 1990년대 후반에 잘 문서화되었으며, 이리듐 위성 별자리가 발사된 후 2000년대 초반입니다[4]. 그러나 위성열차 또는 "스타링크 열차"는 비교적 새로운 것이며 SpaceX가 사용하는 발사 프로세스의 결과입니다. 3 AARO(모든 도메인 이상 현상 해결 사무소) 단일 발사 이벤트 동안 수십 개의 소형 위성. 출시 직후, 그리고 며칠 후, 이 위성들은 눈에 띄게 밝은 물체의 선을 형성하다가 점점 희미해집니다. 그들은 최종 궤도 위치로 올라갑니다. 아래 그림 5는 각 플레어의 예를 제공합니다. 시나리오. 그림 4: 위성의 버스와 태양광 패널 구성 요소를 나타내는 Starlink 위성 렌더링. [5]에서 수정되었습니다. Starlink 위성은 최종 궤도로 이동하는 동안 3개의 궤도 단계를 거쳐 전환됩니다. 지상 관찰자에게 다른 시각적 현상을 생성하는 단계입니다. 출시 단계에서는 태양광 패널이 접힌 수십 개의 위성이 로켓 배송에 대규모로 탑재됩니다. 차량. 배송 차량이 LEO의 초기 위치에 도착하면 위성이 분리되어 태양광 패널을 펼치세요. 그림 5: (a) 발사 직후 "스타링크 열차"라고 불리는 일련의 스타링크 위성 사진 2022년 8월 29일 [6]; (b) AARO 직원이 최고점에 위성 플레어를 촬영한 사진 Starlink 위성의 강도는 Starlink 플레어가 위성보다 얼마나 밝을 수 있는지 보여줍니다. 주변 별. 2024년 3월 11일 네브래스카 주 시드니 근처에서 일출 전에 찍은 사진입니다. 카메라 설정: [7] 4 AARO(모든 도메인 이상 현상 해결 사무소) 위성이 서로 분리되어 특정 거리를 횡단한 후 진입합니다. 두 번째 단계는 궤도 상승으로 알려져 있습니다. 이 단계에서 위성은 초기 위치에서 탐색합니다. 현재 세대의 경우 명목상 550km인 최종 궤도 고도까지의 낮은 궤도 스타링크 위성. 상승하는 동안 위성 표면의 피부 마찰로 인해 항력이 발생합니다. 항력의 영향을 줄이기 위해 위성은 태양을 이동하여 유선형 프로필로 방향을 지정합니다. 패널은 지구와 평행합니다(그림 6(a) 참조). 빛으로 위성 열차를 만드는 것이 바로 이 단계입니다. 상승하는 위성의 각 태양전지판에 반사됩니다. 세 번째 단계에서는 위성이 목표 지점에 도달합니다. 최종 위치를 작전 고도라고 합니다. 여기서 위성은 작동 방향을 바꿉니다. 각 위성 버스와 그 거울 패널이 지면을 향하고 태양광을 향하는 구성 햇빛의 포착을 극대화하기 위해 패널을 위로 확장했습니다. 그림 6(b)와 같이 위성의 작동 방향이 플레어나 반짝임을 유발합니다. 태양, 위성, 관측자의 기하학적 구조가 적절하게 정렬되어 있습니다. 이 조명탄은 별빛보다 더 밝은 크기로 "플레어 윈도우"라고 불리는 하늘의 작은 부분에 나타납니다. 그것 서로 다른 궤도로 이동하는 여러 위성에서 동시에 플레어를 발생시키는 것이 가능합니다. 에 지상에 있는 관찰자에게 동시 조명탄은 회전하는 빛, 작고 빛나는 구체처럼 보일 수 있습니다. 사라졌다가 다시 나타나거나 삼각형이나 기타 이상한 기하학적 모양을 추적하는 것 하늘의 이 작은 부분을 빠르게 가로질러 움직이는 형태입니다. 얼마나 밝은지 보여드리기 위해 위성은 지상에서 나타날 수 있으며 AARO 직원은 3월에 스타링크가 타오르는 것을 촬영했습니다. 2024년 11월 11일, 네브라스카(NE) 시드니 근처. 이 사진은 그림 7과 그림 8에 나와 있습니다. 이 이미지는 10초의 노출 시간을 사용하여 촬영되었으므로 짧게 보입니다. 이미지 대 포인트 소스의 줄무늬. 그림 6: (a) 궤도 상승 중 Starlink 위성의 구성 렌더링; 그리고 (b) 최종 작동 궤도에 있는 Starlink 위성의 렌더링. [8]에서 수정되었습니다. Starlink 플레어를 언제 어디서 볼 수 있는지 추정 이러한 플레어의 위치와 모양은 위성의 위치, 즉 태양의 위치에 따라 달라집니다. 위치, 시간, 날짜, 관찰자의 위도. 천문학계의 많은 사람들은 이러한 거대 별자리에서 발생하는 위성 플레어로 인해 발생하는 빛 공해에 대해 우려하고 있습니다. 과학 연구에 대한 부정적인 영향뿐만 아니라 접근 및 안전에 대한 위험도 공백 [9] [10] [11] [12]. 이로 인해 일부 그룹은 다음을 예측하는 소프트웨어 모델을 만들었습니다. 천문학적 위치에 따른 위성의 밝기. 그럼에도 불구하고 출판물이 거의 없다. 5 AARO(모든 도메인 이상 현상 해결 사무소) 지상을 지원하기 위해 위성 플레어의 방위각과 고도각을 예측하는 방법을 논의합니다. 기반 관찰자. 이 예측을 수행하는 핵심은 태양의 위치를 이해하는 것입니다. 위성과 관측자와 관련이 있습니다. 그림 7: 2024년 3월 11일 일출 전 AARO 직원이 촬영한 Starlink 플레어 이미지 네브라스카 시드니 근처. Starlink로 이어지는 10초의 노출 시간을 사용하여 이미지를 촬영했습니다. 점광원 대신 줄무늬로 나타나는 플레어. [7] 그림 8: 3월 일출 전 AARO 직원이 촬영한 여러 개의 Starlink 플레어 이미지 2024년 11월 11일 네브라스카 시드니 근처. 10초의 노출 시간을 사용하여 이미지를 촬영한 결과 Starlink 플레어는 점 광원 대신 줄무늬로 나타납니다. [7] 하늘에서 태양의 위치는 두 가지 측정값을 사용하여 설명할 수 있습니다. (i) 태양의 고도 각도, (ii) 태양의 방위각. 태양의 고도 또는 태양 고도는 사이의 각도입니다. 6 AARO(모든 도메인 이상 현상 해결 사무소) 지구 위의 관찰자의 위치에서 본 지평선에 있는 태양과 지구 표면. 낮 동안의 태양 고도는 수평선 위의 각도로 표현되는 양수입니다. 태양광 고도는 밤에 음수이며 수평선 아래의 각도로 표시됩니다. 태양 방위각은 다음을 설명합니다. 관찰자의 위치에서 진북을 기준으로 태양에 대한 각도(예: 정동쪽이 90°) 270°는 정서쪽입니다. 계절 변화는 다음과 같은 이유로 태양 방위각 측정에 영향을 미칩니다. 지구의 축 기울기는 23.5°입니다. 북반구에서는 태양이 뜨고 더 북쪽으로 지는 것처럼 보입니다. 동지와 하지 사이의 매일. 하지 이후에는 이 주기가 역전됩니다. 그리고 동지까지 태양은 매일 더 남쪽으로 뜨고 집니다. 따라서 구체적인 떠오르고 지는 태양의 방위각도 관찰자의 위도에 따라 달라집니다[13]. 있다 주어진 시간과 날짜에 태양의 고도와 방위각을 계산하는 많은 온라인 리소스 위도와 경도로 표현되는 특정 관찰자의 위치에 대해 [14] [15]. 마찬가지로, 관측자의 위치에 대한 위성의 고도는 관측자의 위치 위의 각도로 나타낼 수 있습니다. 지평선. 이 시선각은 수평선에서 하늘의 관측점까지의 앙각을 말하며, 즉, 잠재적으로 플레어를 볼 수 있는 하늘의 지점입니다. 이러한 기하학적 구조는 그림 9에 나와 있습니다. 다음 계산은 관찰자가 언제 어디서 일어날 수 있는지 예측하는 데 도움이 되는 지침을 제공합니다. 밤하늘의 위성 플레어를 볼 수 있습니다. 이는 대략적인 수학적 처리입니다. 관찰자가 모양을 추정하는 데 도움이 되는 몇도 이내의 지침이 될 수 있습니다. Starlink 플레어의 각도와 시간. 그림 9: 관측자의 위치를 기준으로 한 태양의 고도와 방위각 만화 지구. 또한 하늘의 관측점에 대한 시선 각도도 정의됩니다. 참고문헌 [16]의 식 (11), (1), (5)를 사용하여 위성에 대한 시선 각도를 계산할 수 있습니다. e, 태양 고도의 함수로서, . 𝑎𝑎 , (1) 𝜋𝜋 −1 𝑅𝑅𝐸𝐸 𝜋𝜋 −1 𝑅𝑅𝐸𝐸 𝑎𝑎(𝜀𝜀) = 2 −𝜀𝜀 −sin �𝑅𝑅𝐸𝐸+ℎsin�2 −𝜀𝜀��+cos �𝑅𝑅𝐸𝐸+ℎ� 7 AARO(모든 도메인 이상 현상 해결 사무소) 지구 표면 위의 위성 높이는 지구의 반경입니다. 천정각으로는 는 시선 각도의 보각이며, 는 방정식에서 대체되었습니다. ℎ 𝑅𝑅𝐸𝐸 𝜋𝜋 (1). 𝜀𝜀 𝑧𝑧 = 2 −𝜀𝜀 방정식 (1)은 초월 방정식입니다. 즉, ε을 구하려면 수치적으로 풀어야 합니다. 의 함수, 태양의 고도. 수학 소프트웨어 패키지 MATLAB®을 사용하여 플롯 다양한 Starlink 위성 성좌에 대해 생성되어 그림 10에 표시되어 있습니다. 𝑎𝑎 약 540km에서 570km 사이의 다양한 궤도 고도를 가지고 있습니다. 그림 11은 공칭 Starlink 궤도 고도 550km에 대한 형상을 보여줍니다. 단순 삼각법은 그것과 각도를 결정하는 데 사용됩니다. 에 대한 완벽한 정반사 및 바닥 표면이 정확히 정렬된 위성 버스 θr ≅ θi ≅ 67° A ‚ |a|+ε ≅ 46° 궤도에 수직, . 즉, 위성과 그에 따른 플레어는 다음과 같습니다. 지평선에 직접. 현실적으로 완벽한 정반사 표면은 없으며 작은 표면도 없습니다. A = 46° 및 ε = 0 정확히 수직으로부터의 편차는 축을 벗어난 빛을 반사하여 결과적으로 . 가정하면 라이트 콘은 축에서 ± 2°만큼 반사되며 Starlink 플레어는 일반적으로 다음과 같은 경우에 표시됩니다. ε ≠ 0 그림 10에서 볼 수 있듯이 태양의 고도는 대략 -38°에서 -46° 사이입니다. 이는 다음으로부터 결정됩니다. 그림 10의 삽화는 플레어가 수평선과 수평선 사이 어딘가에서 보이는 것을 보여줍니다. 녹색 점선으로 표시된 바와 같이 축에서 벗어나 최대 2° 반사되는 경우 수평선 위 약 10°입니다. 그림 10: 수평선에서 위성 플레어 창까지의 고도 보기 각도 플롯 지평선 아래 태양 고도의 함수. 녹색 선은 최고의 Elevation Look 세트를 나타냅니다. Starlink 플레어를 관찰하는 각도는 축을 벗어난 것으로 가정하여 수평선 위 최대 약 10°입니다. 최대 2°의 반사. 8 AARO(모든 도메인 이상 현상 해결 사무소) 그림 11: 그래픽

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All-domain Anomaly Resolution Office (AARO)
An AARO Information Paper
Correlations of Starlink1 Satellite Flaring with UAP
Observations
December 2024
Introduction
With the advent of satellite communication mega-constellations including the SpaceX Starlink,
Eutelsat OneWeb, Amazon Kuiper, and Chinese G60 constellations, there are currently thousands
of artificial satellites in Low Earth Orbit (LEO)2 and tens of thousands more planned for launch
over the next decade [1]. Satellite flaring is an optical phenomenon which occurs when sunlight
reflects off a satellite's surfaces, such as antennas or solar panels. This paper discusses specular
and diffuse reflection of sunlight from man-made satellites and how these effects can be interpreted
as unidentified anomalous phenomena (UAP). It also provides a method for observers to determine
whether observations may be attributable to satellite flaring.
Background
Using reflected sunlight from man-made satellites to observe and track their movement goes back
to the earliest days of space exploration [2]. As noted above, several companies develop and launch
mega-constellations, providing internet access to most of the globe. Currently, there are nearly
10,000 artificial satellites in LEO and this number is expected to grow several-fold over the next
decade [1]. Figure 1 illustrates the location of Starlink satellites in orbit as of December 2, 2024,
at 11:00 AM Eastern Standard Time. As of the end of November 2024, there were over 6,700
Starlink satellites in orbit.
Figure 2 illustrates the concepts of diffuse and specular reflections, which describe how light
bounces off objects. Figure 3 shows how sunlight reflected in these two ways is directed toward
an observer on the surface of the Earth. As seen in the left side of Figure 2, diffuse reflection occurs
when light reflects from a rough or irregular surface. Light impinging upon a rough surface reflects
in many directions, which spreads the light over a large range of angles from the reflecting surface,
as illustrated by the gray colored "light cone” in the Figure 3(a). From a single observation point,
this cone of light can be visible for up to several minutes as the satellite moves in its orbit across
the sky. Additionally, the intensity of reflected light significantly decreases the further away the
observer is from the reflecting surface. At the Earth’s surface, the intensity of diffusely reflected
light from a satellite in LEO will typically have diminished to the point that the brightness is
1 Any reference to a non-federal entity is for informational purposes only and does not constitute an express or implied
endorsement of any commercial service, from AARO, the Department of Defense, or the Executive Branch. This
report focuses on Starlink satellites, but its principles are applicable for any analogous satellite constellation.
2 Altitude for Low Earth Orbit (LEO) ranges from 300km to 2,000km.
1

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comparable to starlight. Due to their construction and orientation, many man-made satellites in
LEO diffusely reflect sunlight and can appear as stars that move across the night sky.
Figure 1: Graphic of Starlink satellites in orbit. Ref: https://www.heavens-
above.com/StarLink.aspx
Specular reflection, also known as glint, occurs from a very smooth, mirror-like surface as
illustrated on the right side of Figure 2. Unlike diffusely reflected light, the light striking a smooth
surface reflects light at the same, or nearly the same, angle as the incident light. Therefore, the
reflected light cone from a satellite in LEO is much narrower for specular reflection as compared
to diffuse reflection, as illustrated in Figure 3(b). This dramatically increases its observed
brightness by several orders of magnitude, but greatly decreases its observation time as the cone
passes over the observer.
Figure 2: Image illustrating the difference between diffuse reflection (left) and specular
reflection (right).
2

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These very bright, short lived flashes of light are called “satellite flares” or “satellite glint.” The
design, launch, and operation of SpaceX Starlink mega-constellations has led to a significant
increase in the sighting of satellite flares, dubbed “Starlink flares,” noted by scientists and non-
scientists alike.
Figure 3: Illustration of (a) diffuse reflection of sunlight from a satellite and (b) specular
reflection of sunlight from a satellite as viewed by an observer on the surface of the Earth.
Satellite Flares and Satellite Trains
Figure 4 shows a Starlink satellite in its operational configuration. Starlink satellites’ unique design
and orientation make them susceptible to both diffuse and specular reflection, which causes their
high visibility in the night sky. There are two key components to most satellites: (i) the solar panel,
and (ii) the satellite bus. The solar panel provides a power source for the satellite bus. The bus is
the primary body of the satellite that contains the electronics and systems to perform its designated
mission. The Starlink bus has multiple mirrored panels and flat antenna arrays on the bottom side
of the bus that faces the Earth in its operational configuration. Dependent on the generation of the
Starlink satellite, the reverse side of the large solar panel can be a very efficient diffuse reflector,
while the satellite bus is a very efficient specular reflector [3].
The phenomenon of satellite flaring is not new. This was well documented in the late 1990s and
early 2000s after the launch of the Iridium satellite constellation [4]. However, satellite trains, or
“Starlink trains,” are relatively new and result from the launch process SpaceX uses, which deploys
3

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dozens of small satellites during a single launch event. Immediately following a launch, and for
several days afterward, these satellites form a distinctive line of bright objects before fading as
they ascend to their final orbital positions. Figure 5 below provides examples of each flare
scenario.
Figure 4: Rendering of Starlink satellite noting the satellite’s bus and solar panel components.
Adapted from [5].
Starlink satellites transition through three orbital phases on their way to their final orbit, with each
phase creating a different visual phenomenology to ground observers. During the launch phase,
dozens of satellites, with their solar panels folded, are loaded in large groups on the rocket delivery
vehicle. Once the delivery vehicle arrives to an initial position in LEO, the satellites separate and
unfold their solar panels.
Figure 5: (a) photo of a string of Starlink satellites called “Starlink trains” not long after launch
on 29 August 2022 [6]; and (b) photo taken by AARO personnel of a satellite flare at peak
intensity for a Starlink satellite, which illustrates how much brighter Starlink flares can be than
surrounding stars. Photo taken before sunrise on March 11, 2024 near Sidney, Nebraska.
Camera settings: [7]
4

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After the satellites have separated and traversed a specific distance from one another, they enter
the second phase known as orbital raise. During this phase, the satellites navigate from their initial
low orbit to their final orbital altitude, which is nominally 550km for the current generation of
Starlink satellites. During the ascent, drag arises due to skin friction along the satellites’ surfaces.
To reduce the effects of drag, the satellites orient into a streamlined profile by shifting their solar
panels parallel to the Earth, see Figure 6(a). It’s this phase that creates the satellite trains, as light
reflects off each solar panel of the ascending satellites. In the third phase, the satellites reach their
final position called their operational altitude. Here the satellites reorient to their operational
configuration with each satellite bus and its mirrored panels facing the ground and their solar
panels extended above to maximize capture of sunlight.
It is this operational orientation of the satellites, Figure 6(b), that leads to flares or glint when the
geometry of the Sun, satellite, and observer are properly aligned. These flares are orders of
magnitude brighter than starlight and appear in a small section of sky called the “flare window.” It
is possible to have simultaneous flares from multiple satellites moving in differing orbits. To an
observer on the ground, simultaneous flares might appear to be spinning lights, small glowing orbs
that disappear and reappear, or tracing out geometric shapes such as triangles, or other odd
morphologies that move quickly across this small section of the sky. To demonstrate how bright
satellites can appear from the ground, AARO personnel photographed Starlink flaring on March
11, 2024, near Sidney, Nebraska (NE). These photographs are shown in Figure 7 and Figure 8.
These images were taken using a 10 second exposure time which makes them appear as short
streaks in the images versus point sources.
Figure 6: (a) rendering of Starlink satellite in its configuration during orbital raise; and (b)
rendering of Starlink satellite in its final operational orbit. Adapted from [8].
Estimating When and Where to See Starlink Flares
The location and appearance of these flares is a function of the satellite’s location, the Sun’s
position, the time, the date, and the observer’s latitude. Many in the astronomy community are
concerned about the light pollution created by satellite flares from these mega-constellations and
their negative impact on scientific studies as well as the risks posed to the access and safety of
space [9] [10] [11] [12]. This has driven some groups to create software models that predict the
brightness of satellites based on their astronomical locations. Despite this, few publications exist
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that discuss how to the predict the azimuth and elevation angles of satellite flares to assist a ground-
based observer. The key to performing this prediction is to understand the position of the sun
relative to the satellite and the observer.
Figure 7: Image of Starlink flare taken by AARO personnel before sunrise on March 11, 2024
near Sidney, NE. Image was taken using a 10 second exposure time which led to the Starlink
flare appearing as a streak instead of a point source. [7]
Figure 8: Image of multiple Starlink flares taken by AARO personnel before sunrise on March
11, 2024 near Sidney, NE. Image was taken using a 10 second exposure time which led to the
Starlink flares appearing as streaks instead of point sources. [7]
The Sun’s position in the sky can be described using two measurements: (i) the Sun’s altitude
angle, and (ii) the Sun’s azimuth angle. The Sun’s altitude, or solar altitude, is the angle between
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the Sun and the Earth’s surface at the horizon as viewed from an observer’s position on the earth.
During the day, solar altitude is a positive number expressed in degrees above the horizon. Solar
altitude is negative at night, expressed in degrees below the horizon. Solar azimuth describes the
angle to the Sun as referenced from true North at the observer’s position, e.g., 90° being due East
and 270° being due West. Seasonal changes affect the measurement of solar azimuth because of
the Earth's 23.5° axial tilt. In the northern hemisphere, the Sun appears to rise and set further north
each day between the winter and summer solstices. After the summer solstice, this cycle reverses,
and the Sun rises and sets further south each day until the winter solstice. Thus, the specific
azimuths of the rising and setting Sun are also dependent on the observer’s latitude [13]. There are
many online resources that will calculate the Sun’s altitude and azimuth at a given time and date
for a specific observer’s location expressed in latitude and longitude [14] [15]. Similarly, the
satellite’s altitude with respect to an observer’s position can be represented by an angle above the
horizon. This look angle is the elevation angle from the horizon to the observation point in the sky,
i.e., the point in the sky to potentially see flares. These geometries are shown in Figure 9.
The following calculations provide a guide to help observers predict when and where they might
be able to view a satellite flare in the night sky. This is an approximate mathematical treatment
and meant to be a guideline good to within a few degrees to help the observer estimate the look
angles and times for Starlink flares.
Figure 9: Cartoon of Sun’s altitude and azimuth as referenced to the location of an observer on
the Earth. Also defined is the look angle to observation point in the sky.
Using equations (11), (1) and (5) in reference [16], we can calculate the look angle to the satellite,
e, as a function of the Sun’s altitude, .
𝑎𝑎 , (1)
𝜋𝜋 −1 𝑅𝑅𝐸𝐸 𝜋𝜋 −1 𝑅𝑅𝐸𝐸
𝑎𝑎(𝜀𝜀) = 2 −𝜀𝜀 −sin �𝑅𝑅𝐸𝐸+ℎsin�2 −𝜀𝜀��+cos �𝑅𝑅𝐸𝐸+ℎ�
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where is satellite height above the Earth’s surface, is the Earth’s radius. As the zenith angle
is complementary angle of the look angle, , the substitution has been made in Equation
ℎ 𝑅𝑅𝐸𝐸
𝜋𝜋
(1).
𝜀𝜀 𝑧𝑧 = 2 −𝜀𝜀
Equation (1) is a transcendental equation, meaning that it must be solved numerically to find ε as
a function of , the sun’s altitude. Using the mathematical software package MATLAB®, a plot
was generated and is shown in Figure 10 for various Starlink satellite constellations, each of which
𝑎𝑎
have varying orbital altitudes between about 540km and 570km.
Figure 11 illustrates the geometry for a nominal Starlink orbital altitude of 550km. Simple
trigonometry is used to determine that and the angle . For
perfect specular reflection and a satellite bus with its bottom surface that is aligned exactly
θr ≅ θi ≅ 67° A ≡ |a|+ε ≅ 46°
perpendicular to its orbit, . In other words, the satellite and resultant flare are
directly at the horizon. Realistically, no surface is a perfect specular reflector and any small
A = 46° and ε = 0
deviations from exactly perpendicular will reflect light off-axis resulting in . Assuming the
light cone is reflected as much as ± 2° off axis, Starlink flares are then generally visible when the
ε ≠ 0
Sun’s altitude is roughly between -38° and -46° as illustrated in Figure 10. This is determined from
the inset in Figure 10, which shows that flares are visible somewhere between the horizon and
about 10° above the horizon for up to 2° off axis reflection, as indicated by the dashed green lines.
Figure 10: Plot of the Elevation Look Angle from the horizon to the satellite flare window as a
function of the Sun’s altitude below the horizon. Green lines indicate best set of Elevation Look
Angles for observing Starlink flares is up to about 10° above the horizon assuming off-axis
reflections up to 2°.
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All-domain Anomaly Resolution Office (AARO)
Figure 11: Graphi
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