Спутники Starlink используются для мониторинга атмосферы Земли

Тони Филлипс, астроном и популяризатор науки, выдвинул идею использовать спутники, находящиеся на низкой околоземной орбите, в качестве глобального датчика состояния верхней атмосферы Земли. Эти спутники постоянно сталкиваются с сопротивлением воздуха, и их скорость снижения орбит зависит от плотности атмосферных газов на высотах в несколько сотен километров. Анализ изменений орбит спутников может стать полезным инструментом для наблюдения за солнечной активностью.

Метод основан на использовании открытых наборов орбитальных параметров TLE (Two-Line Element), которые публикует Космическое командование США. Каждый набор включает параметр B*, связанный с атмосферным сопротивлением. В модели орбиты учитывается определенная плотность атмосферы, и если реальная плотность возрастает, спутники замедляются сильнее, чем прогнозировалось. В результате значение B* корректируется, что позволяет использовать его как индикатор плотности воздуха на орбите.

Активность Солнца, в частности его ультрафиолетовое излучение, влияет на термосферу — слой атмосферы на высоте 90-600 км. При нагреве газ расширяется, что приводит к увеличению сопротивления для спутников и ускорению их орбитального падения. Филлипс отмечает, что скорость падения спутников коррелирует с солнечным радиоизлучением на длине волны 10,7 см, при этом реакция атмосферы происходит с задержкой в два дня. Также геомагнитные бури могут вызывать резкие изменения плотности атмосферы.

Для повышения точности своих расчетов исследователь анализирует не только спутники Starlink. В его исследования включены около 1000 спутников Starlink, 107 аппаратов Planet Labs SuperDove, 391 спутник Amazon Kuiper и 651 аппарат Eutelsat OneWeb. Сравнительный анализ данных с разных высот орбит позволяет изучать различные слои атмосферы. Таким образом, спутники становятся сенсорами, а их движение предоставляет научные данные без необходимости создавать новые аппараты.

Тем не менее, метод имеет ограничения. Спутники могут выполнять маневры, менять ориентацию и использовать двигатели для коррекции орбиты, что может влиять на точность данных TLE, которые не всегда сопоставимы с результатами специализированных измерений. Однако благодаря большому количеству спутников возможно статистически отделить индивидуальные изменения от общих атмосферных процессов. Такой подход может улучшить прогнозы космической погоды и помочь в оценке рисков для спутников, а также в изучении реакции верхних слоев атмосферы на солнечные бури.