太陽的憤怒使 SpaceX 衛(wèi)星從天而降

太陽是一段時間以來最憤怒的一次——它正在將這種憤怒發(fā)泄在組成 SpaceX 星鏈艦隊的數(shù)千顆微型衛(wèi)星上。

對從天而降的 Starlink 衛(wèi)星的新分析揭示了一個獨特的模式：隨著太陽在 2020 年至 2024 年之間升級到其活動周期的高峰期，該活動直接導(dǎo)致的衛(wèi)星墜落數(shù)量也隨之增加。

由美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心的太空物理學(xué)家丹尼·奧利維拉 （Denny Oliveira） 領(lǐng)導(dǎo)的一組科學(xué)家研究了當(dāng)時落回地球的 523 顆 Starlink 衛(wèi)星，發(fā)現(xiàn)了與太陽的明顯聯(lián)系。

“我們清楚地表明，當(dāng)前太陽周期的強(qiáng)烈太陽活動已經(jīng)對 Starlink 重返大氣層產(chǎn)生了重大影響，”他們在報紙上寫字.

“這是衛(wèi)星軌道阻力研究的一個非常激動人心的時刻，因為近地軌道上的衛(wèi)星數(shù)量和太陽活動是人類歷史上觀察到的最高的。”

太陽周期是太陽活動波動的 11 年周期，以太陽兩極的周期性磁反轉(zhuǎn)為中心。它主要表現(xiàn)為太陽黑子、太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射，這些物質(zhì)拋射在接近太陽極大期時（當(dāng)兩極翻轉(zhuǎn)時）穩(wěn)步增加，然后減弱到最小值，然后再次緩慢回升。

這只是太陽的正常方式，而我們是目前正處于第 25 個周期的高峰期自從我們開始跟蹤他們以來。這實際上是一個相當(dāng)強(qiáng)勁的周期;不是有記錄以來最強(qiáng)的，但仍顯示太陽活動比科學(xué)家最初預(yù)測的要多得多.

這意味著它對地球的影響相當(dāng)大。您可能已經(jīng)注意到大量的 Aurora 活動;這就是太陽粒子撞擊地球大氣層的效果，由日冕物質(zhì)拋射和太陽風(fēng)所承載。

但太陽活動的增加還有另一個不太明顯的影響：沖擊上層大氣的太陽噴射的增加使其顯著升溫。

我們從表面上沒有注意到它。但增加的能量使大氣層膨脹——足以增加阻力量在近地軌道的航天器上。這意味著它們無法保持目前的軌跡，需要進(jìn)行調(diào)整以保持在天空中。

需要明確的是，所有位于近地軌道的衛(wèi)星都是容易受到阻力增加的影響與太陽活動有關(guān)。然而，迄今為止，SpaceX 已經(jīng)發(fā)射了8,873 顆 Starlink 衛(wèi)星進(jìn)入近地軌道，其中 7,669 個仍在運行。這些純粹的數(shù)字為研究太陽極大期對近地軌道衛(wèi)星的影響提供了一個很好的實驗室。

“在這里，我們使用......Starlink 軌道數(shù)據(jù)對軌道高度和速度進(jìn)行疊加紀(jì)元分析，以確定不同強(qiáng)度的風(fēng)暴造成的影響。研究人員寫道.“Starlink 重返大氣層恰逢太陽周期 25 的上升階段，這是一個太陽活動增加的時期?！?/p>

SpaceX 于 2019 年首次開始發(fā)射 Starlink 衛(wèi)星，首次重返大氣層于 2020 年開始。最初，這些數(shù)字保持在相對較低的位置。2020 年只有兩場。2021 年，有 78 顆衛(wèi)星墜落;2022 年為 99 人，2023 年為 88 人。但隨后 2024 年出現(xiàn)了驚人的增長——共有 316 顆 Starlink 衛(wèi)星從天上掉下來。

研究人員根據(jù)當(dāng)時的地磁條件對這些再入進(jìn)行分組——即太陽活動對地球的影響有多大。奇怪的是，大約 72% 的再入發(fā)生在弱地磁條件下，而不是強(qiáng)地磁條件下地磁暴.

研究人員發(fā)現(xiàn)，這是因為在太陽周期的上升期內(nèi)阻力的累積效應(yīng)。這些衛(wèi)星的軌道并沒有被一舉擊落，而是隨著時間的推移而微妙地退化。與此同時，在強(qiáng)地磁條件下墜落的衛(wèi)星比在較弱條件下墜落的衛(wèi)星墜落得更快。

實際上，這是令人著迷的東西。我們沒有很多關(guān)于這種現(xiàn)象的數(shù)據(jù);Oliveira 和他的同事們的工作可能有助于設(shè)計策略來減輕太陽活動引起的軌道衰減，使衛(wèi)星保持在它們應(yīng)該在的近地軌道上（例如，不會撞到其他衛(wèi)星并引發(fā)令人討厭的凱斯勒瀑布).

“我們的結(jié)果很有希望，因為它們指向了使用短節(jié)奏 Starlink 數(shù)據(jù)（精確軌道確定、中性質(zhì)量密度、沖壓方向面積、阻力系數(shù)）來改進(jìn)地磁暴期間軌道阻力模型的方向，尤其是在極端事件期間，”研究人員寫道.

該論文已被天文學(xué)和空間科學(xué)前沿，可在arXiv.

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