Спутники Starlink превратили в "планетарный барометр"
Астроном и автор научно-популярных материалов Тони Филлипс предложил использовать спутники на низкой околоземной орбите для наблюдения за состоянием верхних слоёв атмосферы. По его оценке, орбитальные аппараты способны служить своеобразным барометром: изменения в их движении помогают отслеживать, как атмосфера реагирует на солнечную активность.
У спутниковой группировки Starlink есть и обратная сторона. Большое число аппаратов осложняет астрономические наблюдения, а сгорание спутников при возвращении в атмосферу сопровождается появлением металлических продуктов. Кроме того, рост количества объектов на низкой орбите усиливает опасения по поводу возможных цепных столкновений. Однако те же спутники могут приносить пользу науке - не как специально созданные приборы, а как уже существующая сеть орбитальных "датчиков".
Когда Солнце становится активнее, верхняя атмосфера Земли получает больше энергии и нагревается. Термосфера при этом расширяется, а плотность газа на высотах движения спутников возрастает. Сопротивление атмосферы тормозит аппараты: они быстрее теряют скорость и постепенно снижаются.
Филлипс анализирует орбитальные данные, которые американские Космические силы публикуют в формате TLE - наборов параметров, описывающих движение искусственных объектов. В таких данных содержится показатель B*, связанный с аэродинамическим торможением. Орбитальные модели исходят из определённых условий, в том числе предполагают, что атмосфера ведёт себя предсказуемо. Если же реальная плотность воздуха меняется, расчёты приходится корректировать. Изменения B* могут отражать, насколько сильнее спутник тормозится в раздувшейся атмосфере.
Для оценки Филлипс собирает сведения о спутниках разных операторов: примерно тысяче аппаратов Starlink, 107 спутниках SuperDove компании Planet Labs, 391 спутнике Amazon Kuiper и 651 аппарате Eutelsat OneWeb. Эти группировки летают на разных высотах, но испытывают воздействие одних и тех же солнечных и геомагнитных явлений. Сопоставление их данных помогает отличить общие атмосферные изменения от особенностей отдельных аппаратов или орбит.
Скорость снижения спутников, как отмечает астроном, связана с солнечным радиоизлучением на длине волны 10,7 сантиметра. Реакция атмосферы запаздывает примерно на двое суток: ей требуется время, чтобы нагреться и расшириться. Геомагнитные бури воздействуют быстрее и могут вызывать заметные скачки скорости снижения, поскольку резко увеличивают плотность верхних слоёв атмосферы.
Наблюдения за Starlink уже применялись в исследованиях атмосферных процессов. Особое внимание учёных привлекла геомагнитная буря 2022 года: из-за повышенного сопротивления атмосферы 40 спутников SpaceX, запущенных незадолго до этого, не смогли удержаться на орбите и сошли с неё. Этот случай наглядно показал, насколько солнечная активность способна влиять на аппараты, работающие в низком космосе.
Отличие подхода Филлипса - в регулярном анализе и создании общедоступного ежедневного индекса. Его результаты можно сопоставлять с данными нескольких независимых группировок, находящихся на разных орбитах. Для такого мониторинга не понадобилось проектировать и запускать отдельный научный прибор: полезные измерения извлекаются из информации о движении спутников, которая уже собирается и публикуется.
При этом показатель B* не следует считать прямым измерением плотности атмосферы. На него могут влиять параметры орбитальной модели и характеристики самих аппаратов. Поэтому наиболее надёжную картину дают не отдельные значения, а их изменения во времени и совпадение тенденций у спутников разных операторов.
Такой способ наблюдения не заменяет специализированные научные миссии, но способен дополнить их. Чем больше спутниковых данных доступно исследователям, тем чаще можно отслеживать реакцию атмосферы на вспышки и магнитные бури, а не ограничиваться отдельными измерениями. Это особенно важно для прогнозирования орбитального торможения и оценки риска потери высоты аппаратами.
Практическая польза метода касается не только науки. Более точное понимание изменений плотности атмосферы помогает операторам планировать коррекцию орбит и оценивать, как космическая погода скажется на сроке службы спутников. Одновременно анализ больших группировок может выявлять периоды, когда условия на низкой орбите становятся особенно неблагоприятными.
Таким образом, массовые спутниковые сети могут выполнять неожиданную функцию: показывать, как "дышит" верхняя атмосфера Земли. Их движение становится косвенным индикатором солнечного воздействия - своего рода планетарным барометром, собранным из множества аппаратов, изначально предназначенных для связи и наблюдения за Землёй.
