Satelity Starlink prezradili, čo sa deje 500 kilometrov nad nami. Vedci vytvorili prvú mapu svojho druhu
Aj 400 km nad zemou má atmosféra vplyv na satelity, neustále trenie ich spomaľuje a môže zmeniť ich obežnú dráhu. Vedci túto tenkú vrstvu zmapovali, čo môže viesť k presnejším simuláciám satelitných dráh.
Okolo Zeme sa nachádza čoraz viac satelitov. Na nízku obežnú dráhu pribúdajú tisíce nových zariadení a spolu s nimi aj množstvo vesmírneho odpadu. Hoci sa nachádzajú stovky kilometrov nad povrchom, stále na ne pôsobí veľmi riedka atmosféra. Práve tá môže postupne spomaľovať ich pohyb a meniť ich obežnú dráhu.
Vedci preto potrebujú čo najpresnejšie údaje o tom, aká hustá je atmosféra vo veľkých výškach. Výskumníci z Kjótskej univerzity teraz prišli s metódou, ktorá im umožnila vytvoriť vôbec prvú dvojrozmernú mapu hustoty hornej atmosféry v konkrétnej výške. Na štúdii je fascinujúce to, že vedci nepotrebovali na to vyslať do vesmíru novú sondu, ale využili údaje, ktoré už poskytujú satelity Starlink.
Atmosféra siaha oveľa vyššie, než mnohí predpokladali
Keď sa povie atmosféra, väčšina ľudí si predstaví vrstvu vzduchu, ktorú dýchame. Tá však siaha oveľa vyššie. Vo výškach približne od 100 do 1 000 kilometrov nad povrchom Zeme sa nachádza termosféra. Ide o mimoriadne riedku časť atmosféry, no ani tam nie je úplné vákuum. Práve malé množstvo plynu dokáže po čase ovplyvniť pohyb satelitov.
V tejto oblasti sa zároveň nachádza ionosféra. Tá obsahuje elektricky nabité častice, ktoré dokážu ovplyvňovať šírenie rádiových vĺn. Vedci preto dokážu ionosféru pomerne dobre sledovať. S neutrálnou atmosférou v termosfére je to oveľa komplikovanejšie.
Atmosféru ovplyvňuje niekoľko faktorov
Problém pre vedcov vzniká v tom, že ak chcú presne predpovedať pohyb satelitu, potrebujú vedieť, aký odpor mu kladie atmosféra. Hustota termosféry sa však mení podľa viacerých faktorov, napríklad podľa slnečnej aktivity. Satelit tak môže postupne strácať časť svojej orbitálnej energie a klesať na nižšiu obežnú dráhu.
Neprehliadni
Pre jednotlivý satelit nemusí ísť o veľký problém. Pri tisícoch zariadení a množstve vesmírneho odpadu však presné údaje o hustote atmosféry získavajú oveľa väčší význam. Tím z Kjótskej univerzity využil verejne dostupné údaje o satelitoch Starlink. Namiesto toho, aby sledoval atmosféru pomocou jediného vedeckého satelitu, využil pohyb veľkého množstva komerčných družíc.
Výskumníci sledovali zmeny obežných dráh približne 1 200 satelitov Starlink, ktoré sa nachádzali vo výške okolo 482 kilometrov.
Satelit počas letu pociťuje slabý odpor atmosféry. Ten síce pôsobí veľmi malou silou, no ak táto sila pôsobí konštantne a dlhodobo, dokáže meniť jeho obežnú dráhu. Z toho môžu následne vedci spätne vypočítať, aká hustá bola atmosféra v okolí satelitu. Výskumníci potom použili metódu známu ako tomografia.
Ak ti tento pojem znie povedome, je to preto, že tomografia sa bežne používa v medicíne. Lekári pomocou nej dokážu z množstva meraní vytvoriť obraz vnútra ľudského tela. Vedci teraz použili podobný princíp, len namiesto ľudského tela skúmali atmosféru. Z údajov o pohybe veľkého množstva satelitov tak vytvorili dvojrozmerný obraz hustoty termosféry podľa zemepisnej šírky a dĺžky. Mapa zachytáva stav atmosféry vo výške približne 500 kilometrov.
Ide o zaujímavý posun, pretože predchádzajúce práce rovnakého tímu poskytovali najmä informácie o tom, ako sa hustota atmosféry mení v čase a s výškou. Tentoraz však vedci dokázali pridať aj ďalší rozmer, ukázali, ako sa hustota líši na rôznych miestach okolo Zeme.
Výsledky porovnali s európskymi meraniami
Samotná metóda by však veľa neznamenala, ak by výsledky nezodpovedali nezávislým meraniam. Výskumníci preto porovnali svoju mapu s údajmi zo satelitov SWARM Európskej vesmírnej agentúry. Satelity misie SWARM sledujú rôzne vlastnosti prostredia okolo Zeme vrátane zmien hustoty atmosféry pozdĺž svojej dráhy. Porovnanie ukázalo vysokú zhodu medzi výsledkami získanými zo Starlinkov a meraniami SWARM.
„Ide o multidisciplinárnu štúdiu, ktorá spája vesmírnu vedu a vesmírne inžinierstvo,“ uviedol hlavný autor štúdie Mamoru Yamamoto.
Podľa neho si vedci pri čítaní odborných prác z oboch oblastí uvedomili, že medzi výskumníkmi z týchto odborov treba vytvoriť užšiu spoluprácu. Výsledok tak zároveň ukazuje, že komerčné satelity nemusia slúžiť iba na poskytovanie internetového pripojenia alebo iných služieb. Ich pohyb môže vedcom poskytnúť údaje o prostredí, ktorým prechádzajú.
Pomôcť môže aj pri riadení satelitov
Presnejšie informácie o hustote termosféry môžu mať praktické využitie. Keď operátori poznajú odpor atmosféry, dokážu lepšie predpovedať pohyb družíc a ich budúcu obežnú dráhu. To je dôležité najmä v čase, keď počet objektov na obežnej dráhe rýchlo rastie. Satelity totiž nemajú úplne stabilnú dráhu. Atmosférický odpor ich môže postupne spomaľovať a slnečná aktivita môže hustotu termosféry výrazne meniť.
Ak sa podarí takéto údaje získavať dostatočne rýchlo, mohli by pomôcť aj pri predpovedaní vesmírneho počasia a pri plánovaní manévrov satelitov. Vedci z Kjótskej univerzity navyše naznačujú, že ich metóda by v budúcnosti mohla smerovať k monitorovaniu hustoty atmosféry takmer v reálnom čase. To by mohlo priniesť presnejšie informácie pre prevádzkovateľov satelitov a zjednodušiť plánovanie ich pohybu.
Nová metóda teda nepridala na obežnú dráhu ďalší vedecký prístroj. Namiesto toho využila údaje, ktoré už produkujú stovky satelitov. Práve množstvo týchto zariadení môže byť v tomto prípade výhodou, čím viac satelitov vedci sledujú, tým viac bodov o stave hornej atmosféry získajú. Výskum tak naznačuje ďalší spôsob, ako možno využiť rastúcu sieť satelitov na lepšie pochopenie priestoru v okolí našej planéty.
