Космический мусор падает быстрее, когда Солнце нагревается

Фото из открытых источников

Космический мусор — от вышедших из строя спутников и отработанных ступеней ракет до фрагментов от столкновений — представляет собой постоянно возрастающую угрозу для действующих космических аппаратов и пилотируемых космических полетов. Новые исследования показывают, что всплески солнечной активности могут ускорить падение космического мусора, что меняет подходы ученых к прогнозированию срока службы спутников и рисков столкновений. Статья исследовательской группы была опубликована в журнале Frontiers in Astronomy and Space Sciences.

Низкая околоземная орбита (НОО) на высоте от 400 до 2000 км идеально подходит для спутников, используемых для получения изображений и наблюдения, а также для интернет-«мегагруппировок».

К сожалению, в наши дни он также забит «мусором», таким как обломки старых спутников и ступени ракет, и это угрожает новым космическим запускам. Например, даже одно столкновение может вызвать цепную реакцию повреждений.

Поскольку миссии по сбору космического мусора с помощью роботов все еще находятся на начальной стадии, сегодня ученые в основном сосредоточены на более точном отслеживании обломков для выявления наиболее опасных объектов, которые в будущем будут удалены.

«Здесь мы показываем, что космический мусор вокруг Земли теряет высоту гораздо быстрее, когда Солнце более активно», — сказала Айша Ашруф из Космического центра имени Викрама Сарабхаи. «Впервые мы обнаружили, что после того, как солнечная активность превышает определенный уровень, потеря высоты происходит заметно быстрее. Ожидается, что это наблюдение сыграет ключевую роль в планировании устойчивых космических операций в будущем».

Солнце имеет 11-летний цикл активных и спокойных фаз, коррелирующий с количеством солнечных пятен, что приводит к изменению интенсивности его излучения.

Ультрафиолетовое излучение и заряженные частицы, например, ядра гелия и тяжелые ионы.

Когда этот поток достигает пика, как это было совсем недавно в 2024 году, солнечные выбросы нагревают и расширяются вверх, в термосферу Земли (расположенную на высоте примерно от 100 до 1000 км, с температурой от 500 до 2500 градусов Цельсия).

Это, в свою очередь, повышает плотность атмосферы вокруг орбитальных тел (на высотах от 350 до 36 000 км) и увеличивает сопротивление или «лобовое сопротивление», замедляя их движение и ускоряя падение.

В ходе исследования Ашраф и ее коллеги проследили историческую траекторию 17 объектов космического мусора на низкой околоземной орбите за 36-летний период, начиная с 1960-х годов, в течение 22-го, 24-го и 22-го солнечных циклов.

Эти объекты совершают оборот вокруг Земли каждые 90–120 минут на высоте от 600 до 800 км и еще не вошли в атмосферу, где в конечном итоге сгорят.

Поскольку космический мусор не выполняет активных маневров по поддержанию положения, как это делают спутники, изменения скорости его снижения (упадка орбиты) зависят только от колебаний плотности термосферы.

«Это делает космический мусор превосходным инструментом для отслеживания долгосрочного влияния солнечной активности на атмосферное сопротивление», — заявили исследователи.

Они сопоставили траектории с долгосрочными данными Немецкого исследовательского центра геофизических наук, которые отслеживают количество солнечных пятен и ежедневные изменения радиоизлучения и излучения в крайнем ультрафиолетовом диапазоне (EUV) Солнца.

Результаты показывают, что когда количество солнечных пятен превышает две трети от максимального значения, космический мусор проходит через «переходную границу» — порог, за которым он начинает уменьшаться гораздо быстрее.

«Этот пороговый уровень, по-видимому, не привязан к фиксированному значению солнечной радиации, а скорее к тому, насколько близко Солнце находится к пику своей активности», — сказала Ашруф. «Примерно в этой точке Солнце производит более интенсивное ультрафиолетовое излучение, что может быть вызвано изменениями в солнечных процессах, которые усиливаются вблизи пика».

Ученые подчеркивают, что их результаты, как ожидается, помогут специалистам по космическим исследованиям лучше планировать траектории спутников, избегая столкновений с космическим мусором.

«Наши результаты показывают, что когда солнечная активность превышает определенные уровни, спутники — подобно космическому мусору — теряют высоту быстрее, поэтому требуется больше коррекций орбиты», — сказала Ашруф.

Это напрямую влияет на продолжительность пребывания спутников на орбите и на количество необходимого им топлива, особенно для миссий, запускаемых вблизи солнечного максимума.

«Самое интересное заключается в том, что вся эта информация получена с объектов, запущенных еще в 1960-х годах», - резюмирует Ашруф. «Они по-прежнему вносят вклад в науку, являясь ценными инструментами для изучения долгосрочных последствий солнечной активности для термосферы».