De ruimte rond de aarde raakt behoorlijk vol, met duizenden satellieten en stukken puin die rondzwerven in een lage baan om de aarde. Daarboven, op een paar honderd kilometer hoogte, oefenen de ijle overblijfselen van onze atmosfeer nog steeds weerstand uit op satellieten, waardoor ze vertragen. Het meten van de atmosferische dichtheid daarboven is dus cruciaal voor het voorspellen van satellietbanen en het vermijden van kosmische kop-staartbotsingen.

Het blijkt dat meer dan 99 procent van de bovenste atmosfeer elektrisch neutraal gas is, bekend als de thermosfeer. Dat is de laag tussen ongeveer 100 en 1.000 kilometer hoogte. De ionosfeer, met zijn geïoniseerd gas, is minder dan 1 procent, maar die is een show-off omdat hij radiogolven verstoort, waardoor hij gemakkelijk te observeren is. De thermosfeer daarentegen is een verlegen, moeilijk te meten muurbloem.

Betere metingen van de thermosferische dichtheid zouden zowel het onderzoek naar de bovenste atmosfeer als de ruimtevaarttechniek ten goede kunnen komen. Dus besloten onderzoekers van de Universiteit van Kyoto om het te proberen. "Dit is een multidisciplinaire studie tussen ruimtewetenschap en ruimtevaarttechniek," zegt corresponderend auteur Mamoru Yamamoto. "Door papers uit beide onderzoeksvelden te lezen, realiseerden we ons dat een diepere dialoog tussen onderzoekers uit beide velden noodzakelijk is." Want duidelijk is de thermosfeer niet het enige dat grenzen moet overschrijden.

Het team gebruikte openbaar beschikbare baaninformatie van Starlink-satellieten en paste tomografie toe - dezelfde truc die wordt gebruikt in medische beeldvorming - op de bovenste atmosfeer. Door te observeren hoe atmosferische weerstand de banen langzaam deed vervallen, schatten ze de thermosferische dichtheid rond ongeveer 1.200 satellieten die op 482 kilometer hoogte vliegen.

Een tweedimensionale atmosferische kaart bouwen: Met behulp van die metingen stelden ze een tweedimensionale lengtegraad-breedtegraad momentopname samen van de thermosferische dichtheid op ongeveer 500 kilometer. Ze beweren dat het de eerste tomografische analyse in zijn soort is. De dichtheidspatronen kwamen goed overeen met waarnemingen van de SWARM-satellieten van het Europees Ruimteagentschap, die dichtheidsveranderingen langs hun banen meten.

Dit bouwt voort op hun eerdere werk, waarin ze schatten hoe de thermosferische dichtheid in de loop van de tijd en met de hoogte veranderde met behulp van algemene baaninformatie, genaamd Two-Line Element (TLE) data van Starlink. Nu hebben ze een horizontale dimensie toegevoegd, waardoor de geografische eigenaardigheden van de thermosfeer worden onthuld.

De bevindingen zouden een zegen kunnen zijn naarmate het orbitale verkeer toeneemt. Nauwkeurigere atmosferische dichtheidsgegevens betekenen betere voorspellingen van satellietbewegingen, wat botsingen tussen satellieten en ruimtepuin zou kunnen verminderen. De techniek zou zelfs bijna real-time dichtheidsmonitoring rond satellieten mogelijk kunnen maken, waardoor ruimteweersvoorspellingen verbeteren en satellietoperaties veiliger en betrouwbaarder worden. Want we weten allemaal hoe betrouwbaar satellieten moeten zijn - totdat ze dat niet meer zijn.