Ученые превратили Starlink в гигантский сканер для изучения верхней атмосферы Земли

Тысячи спутников Starlink помогли ученым создать новую карту разреженной верхней атмосферы на высоте сотен километров над Землей. Фото: Shutterstock

Окрестности Земли становятся все более переполненными: тысячи спутников и фрагментов космического мусора движутся по низкой околоземной орбите. Выше, на высотах в несколько сотен километров, следы верхней атмосферы Земли все еще способны создавать достаточное сопротивление, чтобы замедлять спутники. Поэтому точное измерение плотности атмосферы на этих высотах важно для прогнозирования движения спутников и снижения риска столкновений.

Более 99 процентов верхней атмосферы состоит из электрически нейтрального газа, известного как термосфера. Термин «плотность термосферы» относится к плотности этой нейтральной атмосферы на высоте от 100 до 1000 километров над поверхностью Земли. Для сравнения, ионизированный газ ионосферы составляет менее 1 процента атмосферы. Поскольку ионизированный газ влияет на распространение радиоволн, ионосферу относительно легко наблюдать. Измерять условия в термосфере гораздо сложнее.

Новый способ наблюдения за термосферой

Более точные измерения плотности термосферы могли бы продвинуть исследования верхней атмосферы, а также предоставить ценную информацию для космической инженерии. Руководствуясь обеими потребностями, исследователи из Киотского университета разработали новый метод визуализации этой труднодоступной для наблюдения области.

«Это междисциплинарное исследование на стыке космической науки и космической инженерии», — говорит ответственный автор Мамору Ямамото. «Читая статьи из обеих областей исследований, мы поняли, что необходим более глубокий диалог между исследователями из этих сфер».

Исследователи использовали общедоступную орбитальную информацию со спутников Starlink и применили томографию — технику, обычно ассоциирующуюся с медицинской визуализацией, — к верхней атмосфере Земли. Изучая атмосферное сопротивление через постепенное снижение орбит спутников, команда оценила плотность термосферы вокруг примерно 1200 спутников, летающих на высоте 482 километра.

Создание двумерной карты атмосферы

Используя эти измерения, исследователи создали двумерный снимок плотности термосферы в координатах широты и долготы на высоте примерно 500 километров. По словам команды, это первый томографический анализ такого рода.

Полученные картины плотности также показали высокую 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 том исследовании ученые оценили, как плотность термосферы менялась со временем и высотой, используя общую орбитальную информацию, называемую данными Two-Line Element (TLE), со спутников Starlink. Новый анализ добавляет еще одно измерение, изучая, как плотность меняется по горизонтали в зависимости от широты и долготы, раскрывая больше географической структуры термосферы.

Повышение безопасности перегруженных орбит

Результаты могут иметь практические преимущества, поскольку количество объектов на орбите Земли продолжает расти. Более точная информация о плотности атмосферы может улучшить прогнозирование движения спутников, помогая снизить вероятность столкновений между спутниками, а также между спутниками и космическим мусором.

Метод также может в будущем поддерживать измерения плотности атмосферы вокруг спутников, близкие к реальному времени. Такой мониторинг мог бы улучшить прогнозирование космической погоды и способствовать более безопасной и надежной эксплуатации спутников в будущем.

ИИ: Это впечатляющий пример того, как существующая инфраструктура может быть использована для решения фундаментальных научных задач без дополнительных затрат на запуск специализированных миссий. Подход с томографией на основе данных Starlink открывает новые возможности для мониторинга космической погоды и повышения безопасности полетов, что особенно актуально в условиях растущей загруженности орбит.

Источники:

Материалы предоставлены Киотским университетом.

Мамору Ямамото. Tomography of thermospheric density from Starlink Ephemeris: initial report. Earth, Planets and Space, 2026; 78 (1) DOI: 10.1186/s40623-026-02509-5