أصبح الفضاء حول الأرض مزدحمًا بشكل متزايد، حيث تدور آلاف الأقمار الصناعية والحطام في مدار أرضي منخفض. وفي الأعلى، على ارتفاع بضع مئات من الكيلومترات، ما زالت بقايا غلافنا الجوي الرقيقة تسحب الأقمار الصناعية وتبطئها. لذا، فإن قياس كثافة الغلاف الجوي هناك أمر بالغ الأهمية للتنبؤ بمسارات الأقمار الصناعية وتجنب الاصطدامات الفضائية.

اتضح أن أكثر من 99 في المائة من الغلاف الجوي العلوي عبارة عن غاز متعادل كهربائيًا، يُعرف باسم الغلاف الحراري. هذه هي الطبقة الواقعة بين حوالي 100 و1000 كيلومتر. الغلاف الأيوني، بغازاته المتأينة، يشكل أقل من 1 في المائة، لكنه متباهٍ لأنه يعبث بموجات الراديو، مما يجعل مراقبته سهلة. أما الغلاف الحراري، فهو زهرة حائرة خجولة يصعب قياسها.

يمكن أن تساعد القياسات الأفضل لكثافة الغلاف الحراري في أبحاث الغلاف الجوي العلوي وهندسة الفضاء على حد سواء. لذلك، قرر باحثون في جامعة كيوتو المحاولة. يقول المؤلف المراسل مامورو ياماموتو: "هذه دراسة متعددة التخصصات بين علوم الفضاء وهندسة الفضاء. من خلال قراءة الأوراق البحثية من كلا المجالين، أدركنا أن الحوار الأعمق بين الباحثين من كلا المجالين ضروري." لأنه، من الواضح، أن الغلاف الحراري ليس الشيء الوحيد الذي يحتاج إلى عبور الحدود.

استخدم الفريق البيانات المدارية المتاحة للجمهور من أقمار ستارلينك وطبقوا التصوير المقطعي - نفس الحيلة المستخدمة في التصوير الطبي - على الغلاف الجوي العلوي. من خلال مراقبة كيفية تدهور مدارات الأقمار بسبب السحب الجوي ببطء، قدروا كثافة الغلاف الحراري حول حوالي 1200 قمر صناعي تحلق على ارتفاع 482 كيلومترًا.

بناء خريطة جوية ثنائية الأبعاد: باستخدام تلك القياسات، قاموا بإعداد لقطة ثنائية الأبعاد لخطوط الطول والعرض لكثافة الغلاف الحراري على ارتفاع حوالي 500 كيلومتر. ويزعمون أنها أول تحليل مقطعي من نوعه. تطابقت أنماط الكثافة بشكل جيد مع ملاحظات أقمار SWARM التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية، والتي تقيس تغيرات الكثافة على طول مداراتها.

هذا يبني على عملهم السابق، حيث قدروا كيفية تغير كثافة الغلاف الحراري بمرور الوقت والارتفاع باستخدام معلومات مدارية عامة تسمى بيانات عنصرين خطيين (TLE) من ستارلينك. الآن أضافوا بُعدًا أفقيًا، مما يكشف عن الخصائص الجغرافية للغلاف الحراري.

يمكن أن تكون النتائج نعمة مع زيادة حركة المرور المدارية. تعني بيانات الكثافة الجوية الأكثر دقة تنبؤات أفضل لحركة الأقمار الصناعية، مما قد يقلل من التصادمات بين الأقمار الصناعية والحطام الفضائي. قد تمكن هذه التقنية أيضًا من مراقبة الكثافة في الوقت الفعلي تقريبًا حول الأقمار الصناعية، مما يحسن توقعات الطقس الفضائي ويجعل عمليات الأقمار الصناعية أكثر أمانًا وموثوقية. لأننا جميعًا نعرف مدى موثوقية الأقمار الصناعية - حتى لا تكون كذلك.