Przestrzeń wokół Ziemi robi się coraz bardziej zaśmiecona, z tysiącami satelitów i odłamków krążących po niskiej orbicie okołoziemskiej. Tam, na wysokości kilkuset kilometrów, nikłe pozostałości naszej atmosfery wciąż potrafią hamować satelity, spowalniając je. Dlatego pomiar gęstości atmosfery na tych wysokościach jest kluczowy dla przewidywania trajektorii satelitów i unikania kosmicznych stłuczek.

Okazuje się, że ponad 99 procent górnej atmosfery to elektrycznie obojętny gaz, znany jako termosfera. To warstwa między około 100 a 1000 kilometrów wysokości. Jonosfera, z jej zjonizowanym gazem, stanowi mniej niż 1 procent, ale jest przebojowa, bo zakłóca fale radiowe, przez co łatwo ją obserwować. Termosfera natomiast to nieśmiała, trudna do zmierzenia roślina doniczkowa.

Lepsze pomiary gęstości termosfery mogłyby pomóc zarówno badaniom górnej atmosfery, jak i inżynierii kosmicznej. Dlatego naukowcy z Uniwersytetu w Kioto postanowili spróbować. „To interdyscyplinarne studium łączące naukę o kosmosie i inżynierię kosmiczną” – mówi główny autor Mamoru Yamamoto. „Czytając prace z obu dziedzin, zdaliśmy sobie sprawę, że potrzebny jest głębszy dialog między badaczami z obu obszarów”. Bo najwyraźniej nie tylko termosfera potrzebuje przekraczania granic.

Zespół wykorzystał publicznie dostępne dane orbitalne satelitów Starlink i zastosował tomografię – tę samą sztuczkę, co w obrazowaniu medycznym – do górnej atmosfery. Obserwując, jak opór atmosferyczny powoli zmniejszał orbity, oszacowali gęstość termosfery wokół około 1200 satelitów lecących na wysokości 482 kilometrów.

Budowa dwuwymiarowej mapy atmosfery: Używając tych pomiarów, stworzyli dwuwymiarowy obraz gęstości termosfery w układzie szerokość-długość geograficzna na wysokości około 500 kilometrów. Twierdzą, że to pierwsza tego typu analiza tomograficzna. Wzorce gęstości zgadzały się z obserwacjami satelitów SWARM Europejskiej Agencji Kosmicznej, które mierzą zmiany gęstości wzdłuż swoich orbit.

To rozwinięcie ich wcześniejszych prac, w których szacowali zmiany gęstości termosfery w czasie i wysokości, używając ogólnych danych orbitalnych zwanych danymi TLE (Two-Line Element) z satelitów Starlink. Teraz dodali wymiar poziomy, ujawniając geograficzne dziwactwa termosfery.

Odkrycia mogą być dobrodziejstwem w miarę wzrostu ruchu orbitalnego. Dokładniejsze dane o gęstości atmosfery oznaczają lepsze przewidywanie ruchu satelitów, co może zmniejszyć ryzyko kolizji między satelitami a śmieciami kosmicznymi. Technika ta może nawet umożliwić monitorowanie gęstości w czasie niemal rzeczywistym wokół satelitów, poprawiając prognozy pogody kosmicznej i czyniąc operacje satelitarne bezpieczniejszymi i bardziej niezawodnymi. Bo wszyscy wiemy, jak niezawodne muszą być satelity – dopóki nie przestaną.