Ένα τεράστιο δίκτυο αισθητήρων σε τροχιά γύρω από τη Γη φαίνεται πως έκρυβε εξαρχής ο αστερισμός Starlink, χωρίς αυτός να είναι ο σκοπός για τον οποίο δημιουργήθηκε. Οι δορυφόροι που σχεδιάστηκαν για να προσφέρουν γρήγορη πρόσβαση στο Διαδίκτυο μπορούν να αξιοποιηθούν και για την παρατήρηση ενός από τα πιο δυσπρόσιτα τμήματα της γήινης ατμόσφαιρας.
Οι ανεπαίσθητες μεταβολές στην κίνηση περίπου 1.200 δορυφόρων Starlink της SpaceX επέτρεψαν σε ερευνητές του Πανεπιστημίου του Κιότο να δημιουργήσουν μια νέα εικόνα της θερμόσφαιρας, της εξαιρετικά αραιής περιοχής της ανώτερης ατμόσφαιρας όπου κινούνται πολλά διαστημικά σκάφη.
Το αποτέλεσμα ήταν η δημιουργία του πρώτου τομογραφικού χάρτη αυτού του τύπου, ο οποίος αποτυπώνει την κατανομή της ατμοσφαιρικής πυκνότητας σε ύψος περίπου 482 χιλιομέτρων από την επιφάνεια της Γης.
Η μέθοδος παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον επειδή μετατρέπει έναν μεγάλο αστερισμό τηλεπικοινωνιακών δορυφόρων σε ένα είδος παγκόσμιου συστήματος παρακολούθησης της ανώτερης ατμόσφαιρας, χωρίς να απαιτείται η εκτόξευση νέων, εξειδικευμένων δορυφόρων αποκλειστικά για αυτόν τον σκοπό.
Παρότι στα συγκεκριμένα ύψη το περιβάλλον μοιάζει με κενό, στην πραγματικότητα εξακολουθούν να υπάρχουν εξαιρετικά αραιά ίχνη της ατμόσφαιρας. Καθώς ένας δορυφόρος κινείται μέσα σε αυτά, τα σωματίδια συγκρούονται με την επιφάνειά του και προκαλούν ατμοσφαιρική αντίσταση.
Η αντίσταση αυτή είναι πολύ μικρή, αλλά σε βάθος χρόνου έχει μετρήσιμες συνέπειες: ο δορυφόρος χάνει σταδιακά τροχιακή ενέργεια, με αποτέλεσμα να μεταβάλλονται η ταχύτητα και το ύψος του.
Η ηλιακή δραστηριότητα αλλάζει τις τροχιές
Η κατάσταση γίνεται πιο σύνθετη όταν αυξάνεται η ηλιακή δραστηριότητα. Η ενέργεια από τον Ήλιο θερμαίνει την ανώτερη ατμόσφαιρα, προκαλώντας τη διαστολή της και μεταβάλλοντας την πυκνότητά της.
Ιδιαίτερα σημαντικές είναι οι γεωμαγνητικές καταιγίδες, οι οποίες μπορούν μέσα σε σχετικά σύντομο χρονικό διάστημα να αυξήσουν την πυκνότητα στα ύψη όπου κινούνται οι δορυφόροι. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα οι πραγματικές τροχιές τους να αποκλίνουν από εκείνες που είχαν αρχικά υπολογιστεί.
Οι αποκλίσεις αυτές δεν αποτελούν απλώς ένα επιστημονικό ζήτημα. Η ακριβής γνώση της θέσης ενός δορυφόρου είναι καθοριστική για την αποφυγή συγκρούσεων, τον σχεδιασμό ελιγμών και την ασφαλή λειτουργία των διαστημικών υποδομών.
Η καλύτερη κατανόηση της θερμόσφαιρας μπορεί επίσης να συμβάλει στις προβλέψεις για την επανείσοδο αντικειμένων στη γήινη ατμόσφαιρα, αλλά και στην εκτίμηση της μελλοντικής πορείας των διαστημικών αποβλήτων.
Η δύσκολη χαρτογράφηση της θερμόσφαιρας
Η θερμόσφαιρα εκτείνεται περίπου από τα 100 έως τα 1.000 χιλιόμετρα πάνω από τη Γη και παραμένει μία από τις δυσκολότερες περιοχές της ατμόσφαιρας ως προς τη συστηματική παρατήρηση.
Περισσότερο από το 99% της ανώτερης ατμόσφαιρας στην περιοχή αυτή αποτελείται από ηλεκτρικά ουδέτερο αέριο, ενώ τα φορτισμένα σωματίδια που σχετίζονται με την ιονόσφαιρα αντιπροσωπεύουν λιγότερο από 1%.
Η διαφορά έχει πρακτική σημασία. Η ιονόσφαιρα μπορεί να παρατηρηθεί σχετικά αποτελεσματικά μέσα από τις επιδράσεις που προκαλεί στη διάδοση των ραδιοσημάτων. Αντίθετα, τα ουδέτερα σωματίδια της θερμόσφαιρας αφήνουν πολύ πιο αδύναμα ίχνη.
Για αυτόν τον λόγο, η επιστημονική κοινότητα χρησιμοποιεί συνήθως ειδικά όργανα, υπολογιστικά μοντέλα και μετρήσεις από μεμονωμένους δορυφόρους. Το μειονέκτημα είναι ότι ένας δορυφόρος καταγράφει ουσιαστικά τις συνθήκες μόνο κατά μήκος της διαδρομής που ακολουθεί.
Η νέα προσέγγιση διαφοροποιείται ακριβώς σε αυτό το σημείο: αντί για έναν δορυφόρο, χρησιμοποιούνται ταυτόχρονα εκατοντάδες διαστημικά σκάφη Starlink ως κινούμενοι αισθητήρες.
Πώς οι Starlink έγιναν «ραντάρ» της ατμόσφαιρας
Κάθε φορά που ένας δορυφόρος Starlink περνά μέσα από τη θερμόσφαιρα, η αντίσταση που συναντά οδηγεί σε μια πολύ μικρή απώλεια τροχιακής ενέργειας. Οι επιστήμονες μπορούν να εντοπίσουν αυτές τις μεταβολές εξετάζοντας με μεγάλη ακρίβεια τα διαθέσιμα τροχιακά δεδομένα των δορυφόρων.
Αφού υπολόγισαν τις αποκλίσεις, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τομογραφικές μαθηματικές τεχνικές, παρόμοιες ως προς τη βασική λογική με εκείνες που επιτρέπουν την ανακατασκευή εικόνων στην ιατρική.
Αντί, όμως, να δημιουργούν εικόνα του εσωτερικού ενός ανθρώπινου σώματος, αξιοποίησαν τις τροχιακές μεταβολές για να ανακατασκευάσουν την κατανομή της ατμοσφαιρικής πυκνότητας.
Ο συνδυασμός των πληροφοριών από περίπου 1.200 δορυφόρους επέτρεψε τη δημιουργία ενός δισδιάστατου χάρτη, στον οποίο η πυκνότητα της θερμόσφαιρας αποτυπώνεται ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος και μήκος.
Η διαφορά σε σχέση με τις παραδοσιακές μεθόδους είναι σημαντική. Η παρατήρηση από έναν μόνο δορυφόρο μοιάζει με την προσπάθεια χαρτογράφησης μιας ολόκληρης περιοχής ταξιδεύοντας σε έναν και μοναδικό δρόμο. Με εκατοντάδες δορυφόρους, οι επιστήμονες αποκτούν πολύ περισσότερες «διαδρομές» και επομένως μια ευρύτερη εικόνα του διαστημικού περιβάλλοντος.
Από το Internet στη διαστημική μετεωρολογία
Η αξιοπιστία της νέας προσέγγισης ενισχύθηκε από τη σύγκριση των αποτελεσμάτων με ανεξάρτητες μετρήσεις της ατμοσφαιρικής πυκνότητας. Οι δύο σειρές δεδομένων εμφάνισαν σε μεγάλο βαθμό αντίστοιχες μεταβολές, παρέχοντας έναν σημαντικό έλεγχο για την ακρίβεια της χαρτογράφησης.
Η νέα τεχνική εξελίσσει προηγούμενη εργασία πάνω στη χρήση δημόσια διαθέσιμων τροχιακών δεδομένων για την παρακολούθηση των αλλαγών της θερμόσφαιρας σε διαφορετικές χρονικές περιόδους και υψόμετρα. Αυτή τη φορά προστίθεται μία κρίσιμη παράμετρος: η οριζόντια γεωγραφική διάσταση.
Έτσι, δεν εξετάζεται μόνο πώς μεταβάλλεται η πυκνότητα με τον χρόνο ή το ύψος, αλλά και πώς διαφοροποιείται από τη μία περιοχή του πλανήτη στην άλλη.
Η προοπτική είναι η ανάπτυξη ενός συστήματος που στο μέλλον θα μπορεί να παρακολουθεί τη θερμόσφαιρα σχεδόν σε πραγματικό χρόνο, αξιοποιώντας συνεχώς τις τροχιές μεγάλων αριθμών δορυφόρων.
Μια τέτοια δυνατότητα θα μπορούσε να βελτιώσει σημαντικά τη διαστημική μετεωρολογία, να προσφέρει ακριβέστερες προβλέψεις για τις τροχιές δορυφόρων και διαστημικών αποβλήτων και να επιτρέπει ταχύτερη αντίδραση σε περιόδους έντονης ηλιακής δραστηριότητας.
Καθώς ο αριθμός των δορυφόρων σε χαμηλή γήινη τροχιά αυξάνεται, η ακριβέστερη κατανόηση του περιβάλλοντος μέσα στο οποίο κινούνται αποκτά ολοένα μεγαλύτερη οικονομική και επιχειρησιακή σημασία. Οι Starlink, επομένως, μπορεί να εξελιχθούν από υποδομή τηλεπικοινωνιών και σε ένα απρόσμενα ισχυρό εργαλείο παρατήρησης της ίδιας της Γης από το Διάστημα.
Διαβάστε επίσης
Η Metlen εξαγοράζει την ελληνική εταιρεία ενεργειακού λογισμικού Joule
Okeanis Eco Tankers: Πακέτο μετοχών $4,66 εκατ. πούλησε fund που συνδέεται με μέλος του Δ.Σ.
Meta: Δίκη-ορόσημο στις ΗΠΑ για τον «εθισμό» ανηλίκων σε Instagram και Facebook
Για όλες τις υπόλοιπες ειδήσεις της επικαιρότητας μπορείτε να επισκεφθείτε το Πρώτο ΘΕΜΑ
Σχολίασε εδώ
Για να σχολιάσεις, χρησιμοποίησε ένα ψευδώνυμο.