پژوهشگران دانشگاه کیوتو با استفاده از تغییرات مداری حدود ۱,۲۰۰ ماهواره استارلینک، موفق به نقشه‌برداری از «تروموسفر» (دماکره) زمین شده‌اند؛ منطقه‌ای رقیق در لایه‌های بالایی جو که بررسی آن بسیار دشوار است. تحلیل آن‌ها به تولید نخستین نقشه توموگرافی در نوع خود منجر شد که الگوهای چگالی جو را در ارتفاع تقریبی ۴۸۲ کیلومتری (۳۰۰ مایلی) از سطح زمین نشان می‌دهد. این پژوهش در مجله Earth, Planets, and Space به چاپ رسیده است.
اگرچه ماهواره‌های موجود در مدارهای پایین زمین از میان فضایی عبور می‌کنند که خالی به نظر می‌رسد، اما ردپایی از جو حتی در صدها کیلومتر بالاتر از سطح زمین نیز وجود دارد. برخورد با این ذرات پراکنده ایجاد نیروی درگ (پسار یا مقاومت هوا) می‌کند که به مرور زمان باعث کاهش سرعت و ارتفاع فضاپیما می‌شود.
این اثر زمانی شدت می‌گیرد که فعالیت‌های خورشیدی باعث گرم شدن و انبساط لایه‌های بالایی جو شوند. طوفان‌های ژئومغناطیسی می‌توانند چگالی جو را در ارتفاع حرکت ماهواره‌ها به سرعت افزایش دهند، مسیرهای پیش‌بینی‌شده مداری را تغییر داده و خطر برخورد را بالا ببرند.
چرا چگالی ترموسفر اهمیت دارد؟
بنابراین، دانستن نحوه تغییرات چگالی در طول ترموسفر برای ردیابی ماهواره‌ها، پیش‌بینی ورود مجدد آن‌ها به جو، برنامه‌ریزی مانورها و تخمین مسیر زباله‌های فضایی حیاتی است. با این حال، مشاهده مستقیم این منطقه همچنان دشوار است.
ترموسفر از ارتفاع تقریبی ۱۰۰ تا ۱,۰۰۰ کیلومتری (۶۲ تا ۶۲۱ مایلی) زمین امتداد دارد. بیش از ۹۹ درصد از جو بالایی در این منطقه از گازهای از نظر الکتریکی خنثی تشکیل شده است. در مقایسه، ذرات دارای بار الکتریکی در لایه «یونوسفر» کمتر از ۱ درصد را شامل می‌شوند.
یونوسفر را می‌توان از طریق تأثیراتی که بر سیگنال‌های رادیویی می‌گذارد مطالعه کرد. اما ذرات خنثی در ترموسفر ردپای بسیار ضعیف‌تری از خود به جای می‌گذارند، به همین دلیل دانشمندان اغلب به ابزارهای تخصصی، مدل‌سازی‌ها یا اندازه‌گیری‌های جمع‌آوری‌شده در طول مسیر ماهواره‌های منفرد متکی هستند.
تیم تحقیقاتی دانشگاه کیوتو در عوض با مجموعه ماهواره‌های استارلینک مانند شبکه عظیمی از سنسورهای جوی متحرک رفتار کردند.
تبدیل مقاومت مداری به داده‌های جوی
با حرکت هر ماهواره در ترموسفر، نیروی درگ باعث می‌شد مقدار کمی از انرژی مداری خود را از دست بدهد. محققان این تغییرات را با استفاده از داده‌های دقیق و عمومی مداری به نام «داده‌های افِمِریس» (Ephemeris) محاسبه کردند. آن‌ها سپس از روش «توموگرافی» — یک روش ریاضی که در بازسازی اسکن‌های پزشکی نیز کاربرد دارد — برای تخمین تغییرات چگالی جو در نقاط مختلف استفاده کردند.
مامورو یاماموتو، نویسنده مسئول این مقاله می‌گوید:
این یک مطالعه چندرشته‌ای میان علوم فضایی و مهندسی فضا است. با مطالعه مقالات هر دو حوزه، متوجه شدیم که به گفتگوی عمیق‌تری میان محققان این دو بخش نیاز است.
ترکیب اندازه‌گیری‌های حاصل از صدها ماهواره به پژوهشگران اجازه داد تا یک نقشه دو بعدی از چگالی جو بر اساس طول و عرض جغرافیایی تولید کنند. بیشتر مشاهدات فضایی قبلی فقط در طول مسیر اختصاصی یک ماهواره اطلاعات ارائه می‌دادند؛ شبیه به اینکه بخواهید کل یک منطقه را تنها با عبور از یک جاده بشناسید.
بهبود پیش‌بینی‌های هواشناسی فضایی و امنیت مداری
روش جدید تصویر جامع‌تری ارائه می‌دهد. نتایج به دست آمده تطابق بالایی با تغییرات چگالی اندازه‌گیری‌شده توسط ماهواره‌های SWARM آژانس فضایی اروپا داشت که یک ارزیابی مستقل برای صحت این بازسازی محسوب می‌شود.
این کار نسخه گسترش‌یافته‌ای از مطالعه قبلی همین تیم است که از داده‌های عمومی TLE برای بررسی تغییرات چگالی ترموسفر در طول زمان و ارتفاع استفاده کرده بود. پژوهش اخیر بعد افقی را نیز اضافه کرده و نشان می‌دهد چگالی چگونه از یک منطقه جغرافیایی به منطقه دیگر متفاوت است.
نسخه‌های آینده این سیستم پتانسیل آن را دارند که چگالی ترموسفر را به صورت لحظه‌ای (Real-time) ردیابی کنند. چنین نقشه‌هایی می‌توانند پیش‌بینی‌های هواشناسی فضایی را بهبود بخشیده، پیش‌بینی‌های مداری را دقیق‌تر کنند و به اپراتورها کمک کنند تا هنگام اختلال در جو بالایی بر اثر طوفان‌های خورشیدی، واکنش مؤثرتری نشان دهند.
منبع: Scitechdaily
