Спутники Starlink помогли ученым составить карту скрытой атмосферы Земли

Открытие было сделано там, где его не ожидали

Исследователи из Киотского университета использовали данные об орбитальных изменениях около 1200 аппаратов компании SpaceX, чтобы составить карту термосферы. Как сообщает SciTechDaily со ссылкой на публикацию в научном журнале Earth, Planets and Space, анализ позволил создать первую в своем роде томографическую карту. Она раскрывает закономерности плотности атмосферы на высоте примерно 482 километра над Землей.

Термосфера – это слой верхней атмосферы, простирающийся на высоте от 100 до 1000 километров над поверхностью планеты. Более 99 процентов этой среды состоит из электрически нейтрального газа. Для сравнения: на электрически заряженные частицы ионосферы приходится менее 1 процента, и их можно изучать с помощью радиосигналов, тогда как нейтральные частицы оставляют гораздо более слабый след.

Хотя спутники на низкой околоземной орбите движутся в якобы пустом пространстве, там остаются следы атмосферы. Столкновение с этими разреженными частицами создает аэродинамическое сопротивление, которое медленно снижает скорость и высоту космического корабля.

Этот эффект усиливается, когда солнечная активность нагревает и расширяет верхние слои атмосферы. Геомагнитные бури могут быстро увеличить плотность на высотах полета спутников, изменяя их прогнозируемые орбиты и затрудняя предотвращение столкновений.

Как орбитальное сопротивление превратили в данные

Команда Киотского университета решила использовать группировку Starlink в качестве гигантской сети подвижных атмосферных датчиков. Когда каждый спутник проходил через термосферу, сопротивление заставляло его терять небольшое количество орбитальной энергии.

Ученые рассчитали эти изменения, используя общедоступные подробные орбитальные записи, известные как данные эфемерид. Затем они применили томографию – математический метод, который обычно используется для реконструкции медицинских сканирований, например, МРТ или КТ, – чтобы оценить, как плотность атмосферы изменяется в разных местах.

Объединение измерений с сотен спутников позволило исследователям создать двумерную карту плотности по широте и долготе. Большинство предыдущих наблюдений давало показатели только вдоль отдельного маршрута спутника, что похоже на изучение ландшафта во время движения по одной дороге.

Новый метод предлагает более широкую картину, а его результаты оказались очень согласующимися с вариациями плотности, измеренными спутниками SWARM Европейского космического агентства.

Что это нам дает

Эта работа расширяет предыдущее исследование той же команды, в котором использовались общедоступные записи TLE (Two-Line Element) для изучения изменений плотности термосферы во времени и по высоте.

Последнее исследование, поддержанное Японским обществом содействия науке, добавляет горизонтальное измерение, показывая, как плотность различается в разных географических регионах.

В будущем такие системы смогут отслеживать плотность термосферы практически в реальном времени. Это существенно улучшит прогнозы космической погоды, уточнит орбитальные расчеты и поможет операторам эффективнее реагировать, когда солнечные бури возмущают верхние слои атмосферы.