Choć na wysokości około 482 kilometrów atmosfera jest niemal niewidoczna, nie oznacza to, że jej tam nie ma. Pojedyncze cząsteczki gazu wciąż oddziałują z poruszającymi się satelitami, wywołując zjawisko znane jako opór atmosferyczny. W efekcie statek kosmiczny stopniowo traci energię orbitalną, a jego orbita ulega niewielkim zmianom.
Czytaj też: Satelity mogą nagle ogłuchnąć. USA pokazały broń, która nie generuje eksplozji na orbicie
Właśnie te pozornie nieistotne zmiany naukowcy z Japonii postanowili wykorzystać jako źródło informacji o atmosferze. Analizując szczegółowe dane orbitalne udostępniane dla satelitów Starlink, mogli określić, jak silny opór działał na poszczególne maszyny. Na tej podstawie oszacowali lokalną gęstość termosfery.
Kluczową rolę odegrała tomografia, a więc metoda, która kojarzy się przede wszystkim z medycyną i obrazowaniem wnętrza ludzkiego ciała. Tym razem zamiast promieniowania przechodzącego przez organizm naukowcy postawili na trajektorie satelitów oraz zmiany ich orbit. Tysiące pomiarów pozwoliły naukowcom połączyć dane w dwuwymiarowy obraz pokazujący, jak gęstość atmosfery zmienia się w zależności od szerokości i długości geograficznej.
Rezultatem jest pierwsza tego rodzaju tomograficzna rekonstrukcja termosfery wykonana na podstawie rzeczywistych danych orbitalnych. Jak dodają sami zainteresowani, uzyskany obraz był zgodny z niezależnymi pomiarami satelitów Swarm należących do Europejskiej Agencji Kosmicznej. To ważny test potwierdzający, iż dane pochodzące z komercyjnej konstelacji mogą być wykorzystane do prowadzenia precyzyjnych obserwacji naukowych.
Termosfera rozciąga się mniej więcej od 100 do 1000 kilometrów nad powierzchnią Ziemi i stanowi ponad 99 procent elektrycznie obojętnej części górnej atmosfery. Jej badanie jest znacznie trudniejsze niż obserwowanie jonosfery, ponieważ cząsteczki neutralnego gazu nie pozostawiają równie łatwego do wykrycia śladu w sygnałach radiowych. Z tego powodu naukowcy muszą korzystać z wyspecjalizowanych instrumentów, modeli atmosferycznych lub pomiarów wykonywanych wzdłuż pojedynczych orbit.
Nowa metoda może okazać się czymś więcej, niż tylko sposobem na zdobycie informacji o atmosferze naszej planety. Gęstość termosfery nie jest stała. Pod wpływem aktywności Słońca górna atmosfera może się nagrzewać i rozszerzać, zwiększając opór działający na satelity. Szczególnie gwałtowne zmiany mogą występować podczas burz geomagnetycznych.
Dla operatorów satelitów takie zjawiska są poważnym problemem. Nawet niewielkie różnice między przewidywaną a rzeczywistą gęstością atmosfery mogą przekładać się na zmiany trajektorii satelitów. Przy tysiącach obiektów znajdujących się na niskiej orbicie okołoziemskiej dokładne prognozowanie ich ruchu staje się coraz ważniejsze dla unikania kolizji oraz planowania manewrów. Naukowcy z Kioto widzą w swojej metodzie potencjał do dalszego rozwoju. W przyszłości podobne analizy mogłyby pomóc w monitorowaniu gęstości atmosfery niemal w czasie rzeczywistym, poprawiając prognozowanie pogody kosmicznej i zwiększając bezpieczeństwo operacji na orbicie.
Źródło: Earth, Planets and Space
