Термосфера — слой атмосферы от 100 до 1 000 км над Землёй — крайне разрежена и труднодоступна для прямых измерений. На высоте 300 км плотность воздуха примерно в сто миллиардов раз меньше, чем у поверхности. Между тем именно на этих высотах работают тысячи спутников, и знание плотности атмосферы критично для расчёта их орбит и предотвращения столкновений с космическим мусором. Исследование учёных Киотского университета, опубликованное в апреле 2026 года в журнале Earth, Planets and Space, показало, что данные об орбитальном торможении спутников Starlink могут служить практическим инструментом мониторинга термосферы.
Логика метода: торможение как измерение
В разрежённой атмосфере на высотах 200–600 км молекулы газа всё же сталкиваются со спутником и создают заметное торможение. Аппарат теряет орбитальную энергию, его высота постепенно уменьшается, а среднее движение меняется. Темп снижения зависит от плотности атмосферы, формы и ориентации спутника, его массы и площади поперечного сечения.
Орбитальные параметры спутников публикуются в формате TLE (Two-Line Element sets) — двухстрочных наборах элементов, доступных, в частности, через каталог CelesTrak. В TLE записана первая производная среднего движения по времени, связанная с изменением орбиты. Но для оценки плотности одного этого числа недостаточно: его сопоставляют с моделью движения и предположениями о баллистическом коэффициенте аппарата.
Почему Starlink — особый случай
Ямамото и Сори из Исследовательского института устойчивой биосферы Киотского университета работали с данными созвездия Starlink за период с 19 сентября по 6 ноября 2024 года: всего 651 899 записей TLE для 6 588 уникальных спутников. Starlink интересен по нескольким причинам.
Во-первых, спутников много — более 7 400 на момент публикации работы. Это обеспечивает непрерывное глобальное покрытие и большую статистику. Во-вторых, орбиты отдельных «нисходящих» аппаратов (тех, что выведены из активной эксплуатации и постепенно снижаются под действием торможения) охватывают широкий диапазон высот — от 200 до 600 км, — что позволяет строить высотный профиль плотности.
Авторы отбирали именно деградирующие спутники, орбита которых меняется монотонно и предсказуемо, и сравнивали их с оперативными аппаратами, чья высота поддерживается двигателями — такие для измерений не подходят.
Результаты и ограничения TLE-метода
Метод хорошо воспроизводит поведение эталонной эмпирической модели NRLMSIS 2.1 на высотах до 400 км. Выше начинаются заметные отклонения — до двух-трёх раз от модельных значений, что, вероятно, связано с геомагнитной активностью и другими возмущениями, которые сложнее учесть. За исследуемый период авторы зафиксировали три эпизода значительного повышения плотности — 8, 11 и 18–20 октября 2024 года. Первые два чётко совпали с геомагнитными бурями, вызванными выбросами корональной массы Солнца. Третий вёл себя иначе: нарастал медленнее, длился несколько дней и ограничивался высотами выше 400 км — природа этого события остаётся предметом анализа.
Принципиальное ограничение метода TLE: из-за неизвестного баллистического коэффициента спутников авторы не могут получить абсолютную плотность — только относительные изменения по сравнению с модельными значениями. Иными словами, TLE позволяет отслеживать динамику (растёт или падает плотность, насколько быстро), но не даёт точного числа в килограммах на кубический метр.
Два подхода: TLE и точная эфемерида
Параллельно с работой Ямамото и Сори выходило независимое исследование китайских учёных (Ou et al., 2025), в котором использовались не публичные TLE, а точные эфемериды — данные о точном положении и скорости, которые SpaceX публикует для оперативных аппаратов. Этот метод ближе к так называемым VCM (Vector Covariance Messages) и даёт более высокую горизонтальную разрешимость, но ограничен единственной высотой около 550 км, где летят активные аппараты.
Таким образом, два подхода дополняют друг друга: метод точной эфемериды — выше точность горизонтального распределения на одной высоте, метод TLE — охват широкого высотного диапазона при меньшей точности. Оба независимо зафиксировали схожие события плотности в октябре 2024 года, что взаимно подтверждает валидность результатов.
Практическое значение
Читайте также: Как активность Солнца влияет на спутники Starlink
Знание плотности термосферы важно для безопасности космических операций. Во время геомагнитных бурь плотность может резко возрастать, и орбиты спутников снижаются быстрее расчётного, что усложняет прогноз их положения. Созвездие Starlink даёт большую статистику по тысячам аппаратов, а TLE доступны через открытые каталоги. Авторы подчёркивают, что это предварительные результаты по 49 дням данных: для оперативного мониторинга нужны более длинные ряды и независимая проверка.