Ученые превратили Starlink в гигантский сканер для верхней атмосферы Земли

Фото из открытых источников

Окружающий Землю регион становится всё более густонаселённым, поскольку тысячи спутников и кусков космического мусора движутся по низкой околоземной орбите. Выше, на высотах в несколько сотен километров, следы верхней атмосферы Земли всё ещё могут оказывать достаточное сопротивление, чтобы замедлить спутники. Точное измерение плотности атмосферы на этих высотах важно для прогнозирования движения спутников и снижения риска столкновений.

Более 99 процентов верхних слоёв атмосферы состоит из электрически нейтрального газа, известного как термосфера. Термин термосферическая плотность относится к плотности этой нейтральной атмосферы на высоте примерно от 100 до 1000 километров над поверхностью Земли. Для сравнения, ионизированный газ ионосферы составляет менее 1 процента атмосферы. Поскольку ионизированный газ влияет на движение радиоволн, ионосферу относительно легко наблюдать. Измерение условий в термосфере гораздо сложнее.

Новый способ наблюдения термосферы

Лучшие измерения плотности термосферы могли бы продвинуться в исследованиях верхних слоёв атмосферы, а также предоставить ценную информацию для космической инженерии. Вдохновлённые обеими потребностями, исследователи из Киотского университета разработали новую технику визуализации этого труднонаблюдаемого региона.

«Это междисциплинарное исследование космической науки и космической инженерии», — говорит автор-корреспондент Мамору Ямамото. «Читая статьи из обеих областей, мы поняли, что необходим более глубокий диалог между исследователями из обеих областей.»

Исследователи использовали общедоступную орбитальную информацию со спутников Starlink и применили томографию — метод, часто ассоциируемый с медицинской визуализацией, к верхним слоям атмосферы Земли. Изучая атмосферное сопротивление при постепенном снижении орбит спутников, команда оценила термосферную плотность примерно около 1200 спутников, летящих на высоте 482 километра.

Создание двумерной атмосферной карты

Используя эти измерения, исследователи получили двумерный снимок термосферной плотности на высоте примерно 500 километров. По словам команды, это первый томографический анализ такого рода.

Полученные плотностные паттерны также показали сильную согласованность с наблюдениями спутников SWARM Европейского космического агентства, которые измеряют изменения плотности атмосферы вдоль своих орбитальных траекторий.

Работа расширяет более раннее исследование той же команды. В этом исследовании учёные оценили, как термосферная плотность меняется со временем и высотой, используя общие орбитальные данные, называемые Two-Line Element, или TLE, со спутников Starlink. Новый анализ добавляет ещё одно измерение, изучая, как плотность меняется горизонтально по широте и долготе, раскрывая больше географической структуры термосферы.

Повышение безопасности переполненных орбит

Результаты могут иметь практическую пользу по мере роста числа объектов, вращающихся вокруг Земли. Более точная информация о плотности атмосферы может улучшить прогнозы движения спутников, помогая снизить вероятность столкновений между спутниками и между спутниками и космическим мусором.

Эта техника также может в будущем поддерживать почти в реальном времени измерения плотности атмосферы вокруг спутников. Такой мониторинг может улучшить прогнозирование космической погоды и способствовать более безопасной и надёжной работе спутников в будущем.