Космический мусор падает на Землю быстрее в периоды пика солнечной активности
Исследователи из Индии показали, что космический мусор начинает падать на Землю значительно быстрее, когда активность Солнца достигает примерно 67% от своего пика в рамках солнечного цикла. Это открытие, основанное на исторических измерениях за 36 лет, имеет важное значение для более точного планирования космических миссий и предотвращения столкновений на орбите.
Низкая околоземная орбита на высоте от 400 до 2000 километров идеально подходит для съёмочных и разведывательных спутников, а также для интернет-мегасозвездий, таких как Starlink. Однако сегодня эта орбита также переполнена «мусором» — обломками старых спутников и отработавшими ступенями ракет, которые представляют угрозу для новых космических запусков. Даже одно столкновение может вызвать цепную реакцию и распространить разрушения по принципу домино. Поскольку миссии по сбору космического мусора с помощью роботов всё ещё находятся на начальном этапе, учёные сегодня сосредоточены главным образом на более точном отслеживании обломков, чтобы выявить наиболее опасные объекты для будущего удаления.
«Здесь мы показываем, что космический мусор на орбите Земли теряет высоту гораздо быстрее, когда Солнце более активно, — заявила Айиша М. Ашруф, учёный и инженер Лаборатории космической физики Центра Викрама Сарабхаи в Индии, соответствующий автор нового исследования, опубликованного в Frontiers in Astronomy and Space Sciences. — Впервые мы обнаружили, что как только солнечная активность превышает определённый уровень, эта потеря высоты происходит заметно быстрее. Это наблюдение, как ожидается, станет ключевым для планирования устойчивых космических операций в будущем».
Солнце имеет 11-летний цикл активных и спокойных фаз, который коррелирует с количеством солнечных пятен и приводит к изменениям интенсивности ультрафиолетового излучения и потока заряженных частиц. Когда этот поток достигает пика, как это произошло в конце 2024 года, солнечные выбросы нагревают и расширяют верхние слои земной термосферы, расположенной на высоте примерно от 100 до 1000 километров. Это, в свою очередь, повышает плотность атмосферы вокруг орбитальных объектов и увеличивает сопротивление, или «лобовое сопротивление», которое замедляет их и заставляет падать быстрее.
Айиша и её коллеги проследили историческую траекторию 17 объектов космического мусора на низкой околоземной орбите за 36-летний период начиная с 1960-х годов, охватив 22-й, 23-й и 24-й солнечные циклы. Эти объекты вращаются вокруг Земли каждые 90–120 минут на высоте от 600 до 800 километров и ещё не вошли в атмосферу, где в конечном итоге сгорят. Поскольку космический мусор не выполняет активные манёвры удержания на орбите, как это делают спутники, изменения в скорости его снижения зависят только от колебаний плотности термосферы. Это делает космический мусор превосходным инструментом для отслеживания долгосрочного влияния солнечной активности на атмосферное сопротивление.
Учёные связали траектории с долгосрочными данными Немецкого исследовательского центра геонаук в Потсдаме, которые отслеживают количество солнечных пятен и ежедневные изменения радиоиспускания Солнца и его экстремального ультрафиолетового излучения. Результаты показали, что когда количество солнечных пятен превышает две трети от его максимума, космический мусор проходит через «переходную границу» — порог, за которым он начинает падать гораздо быстрее. Этот порог, по-видимому, привязан не к фиксированному значению солнечной радиации, а к тому, насколько близко Солнце находится к пику своей активности. Вблизи этой точки Солнце производит более интенсивное экстремальное ультрафиолетовое излучение, что может быть вызвано изменениями в солнечных процессах, которые становятся сильнее около пика.
Авторы подчёркивают, что их результаты помогут учёным лучше планировать траектории спутников, избегая столкновений с космическим мусором. Когда солнечная активность превышает определённые уровни, спутники, как и космический мусор, теряют высоту быстрее, что требует более частой коррекции орбиты. Это напрямую влияет на то, как долго спутники остаются на орбите и сколько топлива им необходимо, особенно для миссий, запущенных вблизи солнечного максимума. Самое интересное, что вся эта информация получена от объектов, запущенных ещё в 1960-х годах, которые продолжают служить науке как ценные инструменты для изучения долгосрочных эффектов солнечной активности на термосферу.