Спутникопад Starlink превратили в глобальный барометр — они помогают изучать атмосферу Земли

Астроном Тони Филлипс, известный не только научными работами, но и умением объяснять сложные вещи простым языком, предложил нестандартный ход. Он обратил внимание на то, что тысячи спутников мегасозвездий на низкой околоземной орбите постоянно тормозятся о разреженный воздух. Скорость снижения их орбит напрямую зависит от плотности газа на высоте нескольких сотен километров. А значит, сами аппараты превращаются в распределённую сеть датчиков, фиксирующих состояние верхней атмосферы.

В основе метода лежат данные TLE (Two-Line Element) — открытые наборы орбитальных параметров, которые публикует Космическое командование США. В каждом таком наборе есть параметр B*, связанный с сопротивлением атмосферы. Орбитальная модель исходит из определённой плотности газа. Если реальная атмосфера становится плотнее, спутник замедляется сильнее, чем предсказано. Алгоритм расчёта орбиты вынужден увеличивать значение B*, чтобы компенсировать расхождение. Так величина B* превращается в косвенный индикатор плотности воздуха на высоте аппарата, причём данные эти полностью открыты.

Когда Солнце становится активнее, его ультрафиолетовое излучение нагревает термосферу — слой атмосферы примерно от 90 до 600 километров. Газ расширяется вверх, и спутники начинают испытывать большее сопротивление. Орбиты снижаются быстрее. По данным Филлипса, скорость этого «падения» связана с солнечным радиоизлучением на длине волны 10,7 сантиметра. Реакция атмосферы запаздывает примерно на двое суток: расширение газа при нагреве — процесс неспешный. Отдельная история — геомагнитные бури. Они вызывают резкие скачки плотности и ускоряют снижение аппаратов.

Для надёжности исследователь анализирует не только группировку Starlink. В расчёты включены около 1000 спутников Starlink, 107 аппаратов Planet Labs SuperDove, 391 спутник Amazon Kuiper и 651 аппарат Eutelsat OneWeb. Разные высоты орбит позволяют сравнивать реакцию различных слоёв атмосферы. Получается распределённая метеостанция, для которой не нужно запускать ни одного нового научного прибора. Сами спутники становятся сенсорами, а их орбитальное движение — потоком научных данных.

У метода есть ограничения. Спутники могут выполнять манёвры, менять ориентацию, включать двигатели для коррекции орбиты. Данные TLE менее точны, чем специализированные научные измерения. Однако массовость аппаратов позволяет статистически отделять индивидуальные изменения от общих процессов в атмосфере. Такой «барометр» способен улучшить прогнозы космической погоды, повысить точность оценки рисков для спутников и помочь в изучении реакции верхних слоёв атмосферы на солнечные бури.