地球周辺の宇宙空間は、低軌道を周回する数千の衛星やデブリで、ますます混雑している。上空数百キロでは、大気の残り香が衛星に抗って速度を落としている。そのため、そこでの大気密度を測定することは、衛星の軌道予測や宇宙での衝突回避に不可欠だ。

実は、上層大気の99%以上は電気的に中性なガス、つまり熱圏と呼ばれる層だ。高度約100〜1000キロの間にある。電離したガスからなる電離圏は1%未満だが、電波を乱すため観測しやすく、目立つ存在だ。一方、熱圏は恥ずかしがり屋で、測定が難しい。

熱圏密度のより良い測定は、上層大気研究と宇宙工学の両方に役立つだろう。そこで京都大学の研究者たちが挑戦した。「これは宇宙科学と宇宙工学の学際研究です」と、責任著者の山本衛氏は言う。「両分野の論文を読んで、両分野の研究者間のより深い対話が必要だと気づきました」。熱圏だけが境界を越える必要があるわけではない、ということだ。

チームは、スターリンク衛星の公開軌道データを使用し、医療画像診断と同じトモグラフィーを上層大気に適用した。大気抵抗が軌道をゆっくりと減衰させる様子を観察し、高度482キロを飛行する約1200基の衛星の周囲の熱圏密度を推定した。

二次元大気マップの構築：それらの測定値を使って、高度約500キロでの熱圏密度の緯度経度スナップショットを作成した。これはこの種のトモグラフィー解析としては初めてだと主張している。密度パターンは、欧州宇宙機関のSWARM衛星による観測とよく一致した。SWARM衛星は軌道に沿った密度変化を測定する。

これは、彼らの以前の研究に基づいている。以前は、スターリンクのツーラインエレメント（TLE）データと呼ばれる一般的な軌道情報を使用して、熱圏密度が時間と高度でどう変化するかを推定していた。今回は水平方向を追加し、熱圏の地理的特徴を明らかにした。

この発見は、軌道交通量が増えるにつれて役立つだろう。より正確な大気密度データは、衛星の軌道予測を改善し、衛星と宇宙デブリの衝突を減らす可能性がある。この技術により、衛星周辺の密度をほぼリアルタイムで監視できるようになり、宇宙天気予報が改善され、衛星運用がより安全で信頼性の高いものになるかもしれない。衛星が信頼できる必要があることは誰もが知っているが、それが信頼できなくなるまでは。