Околоземное пространство быстро заполняется аппаратами и мусором, что требует точного расчета их траекторий. На высоте в сотни километров начинается термосфера — слой нейтрального газа от 100 до 1000 км. В отличие от ионосферы, состоящей из ионизированных частиц и легко поддающейся радиозондированию, термосферу изучать крайне сложно. Но именно ее плотность создает аэродинамическое сопротивление, которая и сводит спутники с орбит.
Спутники Starlink помогли ученым построить карту верхней атмосферы Земли
Исследователи из Университета Киото предложили способ сканировать термосферу с помощью орбитальных данных спутников Starlink. Измеряя торможение аппаратов о разреженный газ, авторы впервые построили широтно-долготную карту плотности атмосферы на высоте около 500 километров. Новый метод существенно улучшит прогнозирование движения космических объектов и сделает орбитальные полеты более безопасными.
Группировка Starlink, фаза 1, первая орбитальная оболочка на высоте 550 км: 1584 спутника на 72 орбитах по 22 спутника в каждой. Википедия
Термосфера играет ключевую роль в защите Земли от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца, из-за чего ее температура в верхних слоях может подниматься до 1500°C и выше. Но из-за чрезвычайной разреженности воздуха человек не ощутил бы этого тепла. Из-за колебаний солнечной активности термосфера периодически «раздувается» и «сжимается», резко меняя плотность среды, из-за этого спутники тормозят и сходят с расчетных орбит.
Первый томографический анализ плотности воздуха в термосфере на основе данных об орбите спутников Starlink.
Группа ученых из Университета Киото применила к верхним слоям атмосферы томографию — метод, широко используемый в медицинской визуализации. В исследовании использовались открытые орбитальные данные примерно 1200 спутников Starlink, находящихся на высоте порядка 482 километров. Измеряя степень торможения аппаратов и деградацию их орбит, физики рассчитали плотность окружающего газа. В результате получился двухмерный снимок распределения термосферы по широте и долготе на высоте около 500 километров. Полученные томографические данные показали высокую степень соответствия с независимыми наблюдениями европейской миссии SWARM. Работа опубликована в журнале Earth Planets and Space.
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
Соавтор работы Мамору Ямамото подчеркнул важность работы ученых: «Это междисциплинарное исследование на стыке космической науки и космической инженерии. Изучив публикации в обеих областях, мы поняли, что между исследователями из этих сфер необходим более глубокий диалог».
Практическая польза и безопасность орбит
Схема исследования: торможение спутников.
Новое исследование развивает предыдущий проект команды, где плотность газа оценивалась лишь по высоте и времени. Теперь ученые смогли развернуть картину по горизонтали и показали географическую структуру термосферы.
Практическое значение работы сложно переоценить. Понимание реальной плотности атмосферы необходимо для защиты аппаратов от столкновений друг с другом и со старыми фрагментами ракет. В перспективе метод позволит отслеживать состояние термосферы практически в реальном времени. Это сделает более предсказуемой космическую метеорологию и сделает эксплуатацию спутников на низких орбитах надежнее.
Загружаем