Jak aktywność Słońca przyspiesza opadanie kosmicznych śmieci?

Śmieci kosmiczne zaczynają spadać ku Ziemi znacznie szybciej, gdy aktywność Słońca osiąga około 67 proc. maksimum cyklu słonecznego – wynika z nowego badania obejmującego 36 lat obserwacji. Odkrycie może pomóc lepiej planować misje satelitarne i ograniczać ryzyko groźnych kolizji na orbicie.

Śmieci kosmiczne szybciej tracą wysokość podczas maksimum aktywności Słońca

Emisje słoneczne wpływają na śmieci kosmiczne krążące wokół Ziemi. W ramach nowego badania naukowcy pod kierownictwem Ayishy M. Ashruf z Vikram Sarabhai Space Centre, na podstawie pomiarów obejmujących okres 36 lat, wykazali, że pozostałości te zaczynają spadać znacznie szybciej, gdy aktywność Słońca w cyklu słonecznym osiąga około 67 proc. swojego maksimum. Analizy te, które prawdopodobnie dotyczą także satelitów utrzymujących orbitę za pomocą manewrów, mają istotne znaczenie dla lepszego planowania misji kosmicznych w celu uniknięcia kolizji.

Niska orbita okołoziemska (low Earth orbit – LEO), na wysokości od 400 do 2 000 kilometrów nad powierzchnią naszej planety, jest idealna dla satelitów obserwacyjnych oraz dostarczających internet „konstelacji”, takich jak Starlink. Niestety, jak wskazują astronomowie, obecnie jest ona również pełna „śmieci”, takich jak stare szczątki satelitów i stopnie rakiet, które zagrażają startom nowych misji. Teoretycznie nawet jedna kolizja może wywołać serię zniszczeń, gdy w jej czasie zostaną wyrzucone szczątki trafiające w kolejne pozostałości. Ponieważ misje przechwytywania śmieci kosmicznych przy użyciu robotów są wciąż na wczesnym etapie rozwoju, naukowcy koncentrują się obecnie głównie na dokładniejszym śledzeniu odpadów, aby identyfikować najbardziej niebezpieczne obiekty przeznaczone do przyszłego usunięcia.

„Odkryliśmy, że śmieci kosmiczne wokół Ziemi tracą wysokość znacznie szybciej, gdy Słońce jest bardziej aktywne. Po raz pierwszy stwierdziliśmy, że gdy aktywność słoneczna przekracza określony poziom, utrata wysokości następuje zauważalnie szybciej. Analizy te mogą być niezwykle ważne dla planowania operacji kosmicznych w przyszłości” – mówi Ayisha M. Ashruf z Vikram Sarabhai Space Centre.

Jak tłumaczą naukowcy, 11-letni cykl aktywności słonecznej jest skorelowany z liczbą występujących plam słonecznych, co prowadzi do zmian intensywności emisji promieniowania UV i naładowanych cząstek. Gdy wyrzuty te osiągają maksimum, jak miało to miejsce ostatnio pod koniec 2024 roku, emisje słoneczne ogrzewają i rozchodzą się w atmosferze (znajdującej się między około 100 a 1 000 km nad powierzchnią planety, o temperaturze od 500 do 2 500°C). To z kolei zwiększa jej gęstość wokół obiektów orbitujących między 350 a 36 000 km, przez co opór działający na nie rośnie, spowalniając je i powodując szybsze opadanie.

Naukowcy przeanalizowali 36 lat danych z niskiej orbity okołoziemskiej

W czasie nowego badania astronomowie prześledzili trajektorie 17 obiektów śmieci kosmicznych na niskiej orbicie okołoziemskiej w okresie 36 lat, obejmującym 22.–24. cykl słoneczny. Obiekty te okrążają Ziemię co 90–120 minut na wysokości od 600 do 800 km i jeszcze nie weszły ponownie w atmosferę, gdzie ostatecznie spłoną.

Ponieważ śmieci kosmiczne nie wykonują aktywnych manewrów utrzymywania orbity, jak robią to satelity, zmiany prędkości ich opadania („zaniku orbity”) zależą wyłącznie od wahań gęstości termosfery.

„To sprawia, że śmieci kosmiczne są doskonałym narzędziem do śledzenia długoterminowego wpływu aktywności słonecznej na opór atmosferyczny” – podkreślają badacze.

Naukowcy powiązali trajektorie obiektów z danymi dotyczącymi liczby plam słonecznych oraz codziennych zmian emisji radiowych i ekstremalnego promieniowania ultrafioletowego (Extreme Ultraviolet – EUV) Słońca.

Jak twierdzą astronomowie, analizy wykazały, że gdy liczba plam słonecznych przekracza dwie trzecie swojej maksymalnej wartości, śmieci kosmiczne przechodzą przez „granicę przejściową” („transition boundary”) – próg, po przekroczeniu którego zaczynają spadać znacznie szybciej.

„Próg ten nie wydawał się być związany ze stałą wartością promieniowania słonecznego, lecz raczej z tym, jak blisko maksimum aktywności znajduje się Słońce. W okolicach tego punktu nasza gwiazda emituje bardziej intensywne promieniowanie EUV, co może być napędzane zmianami procesów słonecznych nasilających się w pobliżu maksimum” – twierdzi Ayisha M. Ashruf.

Śmieci kosmiczne pomagają przewidywać zagrożenia dla satelitów

Naukowcy podkreślają, że ich badania mają pomóc naukowcom zajmującym się przestrzenią kosmiczną w lepszym planowaniu trajektorii satelitów, tak aby unikać kolizji ze śmieciami kosmicznymi.

„Nasze analizy sugerują, że gdy aktywność słoneczna przekracza określone poziomy, satelity – podobnie jak śmieci kosmiczne – tracą wysokość szybciej, przez co wymagane są częstsze korekty ich lotu. Ma to bezpośredni wpływ na to, jak długo satelity pozostają na orbicie i ile paliwa potrzebują, szczególnie w przypadku misji wystrzeliwanych w pobliżu maksimum słonecznego” – podsumowuje Ayisha M. Ashruf.

Emil Gołoś