ماهوارههایی که برای ارائه خدمات اینترنتی طراحی شدهاند، اکنون هدف دوم و غیرمنتظرهای را دنبال میکنند: کمک به دانشمندان برای نقشهبرداری از اتمسفر تقریباً نامرئی در لبه فضا.
محققان دانشگاه کیوتو از تغییرات مداری حدود ۱۲۰۰ ماهواره استارلینک برای نقشهبرداری از ترموسفر زمین، منطقهای نازک و دشوار برای مشاهده در اتمسفر فوقانی، استفاده کردهاند. تحلیل آنها اولین نقشه توموگرافی از این نوع را تولید کرد که الگوهای چگالی اتمسفر را در حدود ۴۸۲ کیلومتر (۳۰۰ مایل) بالای زمین نشان میدهد. این مطالعه در مجله Earth, Planets, and Space منتشر شد.
اگرچه ماهوارهها در مدار پایین زمین از میان فضایی که به نظر خالی میرسد عبور میکنند، اما آثاری از اتمسفر حتی صدها کیلومتر بالاتر از سطح باقی میماند. برخورد با این ذرات پراکنده باعث ایجاد درگ (مقاومت) شده و به آرامی سرعت و ارتفاع فضاپیما را کاهش میدهد.
این اثر زمانی شدیدتر میشود که فعالیت خورشیدی اتمسفر فوقانی را گرم و منبسط میکند. طوفانهای ژئومغناطیسی میتوانند به سرعت چگالی اتمسفر را در ارتفاعات ماهوارهای افزایش دهند، مدارهای پیشبینی شده را تغییر دهند و دشواری اجتناب از برخورد را افزایش دهند.
چرا چگالی ترموسفر اهمیت دارد
بنابراین دانستن اینکه چگالی در سراسر ترموسفر چگونه تغییر میکند برای ردیابی ماهوارهها، پیشبینی ورود مجدد به جو، برنامهریزی مانورها و تخمین مسیر زبالههای فضایی مهم است. با این حال، مشاهده مستقیم این منطقه همچنان دشوار است.
ترموسفر از حدود ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ کیلومتر (۶۲ تا ۶۲۱ مایل) بالای زمین گسترش مییابد. بیش از ۹۹ درصد از اتمسفر فوقانی در این منطقه از گاز خنثی الکتریکی تشکیل شده است. در مقایسه، ذرات باردار الکتریکی یونوسفر کمتر از ۱ درصد را تشکیل میدهند.
یونوسفر را میتوان از طریق اثرات آن بر سیگنالهای رادیویی مطالعه کرد. ذرات خنثی در ترموسفر اثر بسیار ضعیفتری از خود برجای میگذارند، بنابراین دانشمندان اغلب به ابزارهای تخصصی، مدلها یا اندازهگیریهای جمعآوری شده در طول مسیرهای ماهوارهای منفرد تکیه میکنند.
تیم دانشگاه کیوتو در عوض، صورت فلکی استارلینک را به عنوان شبکهای عظیم از حسگرهای جوی متحرک در نظر گرفت.
تبدیل درگ مداری به دادههای جوی
همانطور که هر ماهواره از میان ترموسفر حرکت میکرد، درگ باعث میشد مقدار کمی از انرژی مداری خود را از دست بدهد. محققان این تغییرات را با استفاده از سوابق مداری دقیق و در دسترس عموم که به عنوان دادههای ephemeris شناخته میشوند، محاسبه کردند. سپس آنها از توموگرافی، یک روش ریاضی که برای بازسازی اسکنهای پزشکی نیز استفاده میشود، برای تخمین اینکه چگالی اتمسفر در مکانهای مختلف چگونه تغییر میکند، استفاده کردند.
«این یک مطالعه چند رشتهای بین علم فضا و مهندسی فضاست»، مامورو یاماموتو، نویسنده مسئول، میگوید. «با خواندن مقالات از هر دو حوزه تحقیقاتی، متوجه شدیم که گفتگوی عمیقتری بین محققان هر دو حوزه ضروری است.»
ترکیب اندازهگیریهای صدها ماهواره به محققان اجازه داد تا نقشهای دو بعدی از چگالی در عرض و طول جغرافیایی تولید کنند. بیشتر مشاهدات قبلی فضاپیماها فقط قرائتهایی را در طول مسیر فردی یک ماهواره ارائه میدادند، که شبیه یادگیری در مورد یک منظره با دنبال کردن یک جاده واحد است.
بهبود آب و هوای فضا و ایمنی مداری
روش جدید نمای وسیعتری ارائه میدهد. نتایج آن با تغییرات چگالی اندازهگیری شده توسط ماهوارههای SWARM آژانس فضایی اروپا بسیار سازگار بود و بررسی مستقلی بر بازسازی ارائه داد.
این کار بر اساس مطالعه قبلی همان تیم است که از سوابق عمومی Two-Line Element یا TLE برای بررسی تغییرات چگالی ترموسفر در طول زمان و ارتفاع استفاده کرد. آخرین تحقیق، بعد افقی را اضافه میکند و نشان میدهد که چگالی چگونه از یک منطقه جغرافیایی به منطقه دیگر متفاوت است.
نسخههای آینده این سیستم به طور بالقوه میتوانند چگالی ترموسفر را تقریباً در زمان واقعی ردیابی کنند. چنین نقشههایی میتوانند پیشبینیهای آب و هوای فضا را بهبود بخشند، پیشبینیهای مداری را دقیقتر کنند و به اپراتورها کمک کنند تا زمانی که طوفانهای خورشیدی اتمسفر فوقانی را مختل میکنند، به طور مؤثرتری پاسخ دهند.
منبع: «توموگرافی چگالی ترموسفر از Ephemeris استارلینک: گزارش اولیه» نوشته مامورو یاماموتو، ۳۰ ژوئیه ۲۰۲۶، Earth, Planets and Space.
DOI: 10.1186/s40623-026-02509-5
این مطالعه توسط انجمن ترویج علم ژاپن پشتیبانی شد.