Японский физик построил первую в истории томографическую карту верхней атмосферы Земли, используя тысячу двести спутников Starlink. Мамору Ямамото из Института устойчивой человекосферы при Киотском университете взял данные об орбитах спутников компании SpaceX, которые та публикует в открытом доступе, и применил к ним томографию. Да, это тот же метод, которым восстанавливают трехмерное изображение внутренних органов на медицинском сканере, только объектом исследования стало не тело человека, а термосфера планеты на высоте 482 километра.
Идея строится на простой физике: даже на такой большой высоте атмосфера не пуста, и каждый спутник, пролетая через нее, испытывает крохотное сопротивление — так называемое атмосферное торможение, из-за которого со временем орбита медленно снижается. Чем плотнее воздух в конкретной точке пространства, тем сильнее тормозится спутник, который через нее проходит. Отследив, как именно менялась орбита каждого из 1200 аппаратов, Ямамото восстановил распределение плотности атмосферы по широте и долготе. Получилась первая карта термосферы, построенная не по данным симуляции, а по реальным орбитальным измерениям в масштабе целой мегагруппировки спутников.
Результат прошел проверку: полученные карты плотности показали сильное совпадение с независимыми измерениями спутников европейского проекта Swarm, которые как раз для этого и были созданы — измерять изменения плотности атмосферы вдоль своей орбиты. Совпадение двух независимых методов подтверждает, что подход работает не только в теории.
Зачем вообще нужна карта воздуха там, где формально начинается космос. Дело в том, что термосфера — крайне сложная для прямого наблюдения область: она слишком высока для метеозондов и слишком разрежена, чтобы ее плотность можно было измерить обычными приборами с Земли, поэтому ученые традиционно полагались на дорогие специализированные спутники или на модели, построенные на устаревших данных. Точное знание плотности воздуха на такой высоте критично для прогноза движения спутников и предотвращения столкновений. Если специалисты по управлению орбитальным движением ошибаются в расчете торможения, аппарат может отклониться от расчетной траектории и оказаться на пути другого объекта или обломка космического мусора.
В этом и заключается ирония: спутники Starlink сами считаются одним из факторов, повышающих риск столкновений на низкой околоземной орбите. У SpaceX уже работают тысячи таких аппаратов, и их число продолжит расти. Аналогичные группировки планируют развивать и конкуренты, например Amazon Kuiper. Но одновременно эти спутники помогают снижать риск аварий: чем больше аппаратов находится на орбите, тем плотнее получается сеть своеобразных датчиков атмосферного торможения, по данным которых можно точнее составлять карты условий в космосе и прогнозировать опасные сближения.
Метод открывает путь к почти мгновенным измерениям плотности атмосферы вокруг конкретных спутников, а не раз в несколько часов, как сейчас. Это даст более точное прогнозирование космической погоды и более надежное управление трафиком спутников. Учитывая, что счет действующих аппаратов на низкой орбите уже идет на тысячи и продолжает расти, спрос на такую систему раннего предупреждения будет только увеличиваться.
