חוקר מאוניברסיטת קיוטו חישב את הגרר האטמוספרי המשפיע על לווייני סטארלינק בגובה 482 קילומטרים, ושחזר מפה דו־ממדית של צפיפות האטמוספרה העליונה. השיטה עשויה לסייע בחיזוי מסלולים ובמניעת התנגשויות, אך התוצאות עדיין ראשוניות וברזולוציה נמוכה
לווייני סטארלינק, שנועדו לספק שירותי תקשורת ואינטרנט, שימשו במחקר חדש כרשת גדולה של חיישנים עקיפים למדידת האטמוספרה העליונה. באמצעות שינויים זעירים באנרגיה המסלולית של כ־1,200 לוויינים הצליח חוקר מאוניברסיטת קיוטו לשחזר מפה של צפיפות התרמוספרה בגובה 482 קילומטרים.
המחקר אינו חושף אטמוספרה חדשה או “נסתרת”. התרמוספרה מוכרת ונחקרת זה זמן רב, אך בגובה זה היא דלילה מאוד וקשה למדידה ישירה. החידוש הוא בשימוש בנתוני המסלול המפורטים של מערך לוויינים גדול לביצוע טומוגרפיה — שחזור מתמטי של התפלגות הצפיפות בין קווי רוחב ואורך.
המחקר, שערך מאמורו יאמאמוטו מאוניברסיטת קיוטו, פורסם בכתב העת הפתוח Earth, Planets and Space.
גם בגובה מאות קילומטרים נותרת אטמוספרה
התרמוספרה משתרעת בקירוב מגובה 100 ועד 1,000 קילומטרים מעל פני כדור הארץ. אף שהצפיפות בה נמוכה במידה קיצונית לעומת פני הקרקע, עדיין מצויים בה אטומים ומולקולות המתנגשים בלוויינים במסלול נמוך.
ההתנגשויות יוצרות גרר אטמוספרי זעיר. לאורך זמן הגרר מפחית את מהירות הלוויין ואת גובה מסלולו. לכן מפעילי לוויינים חייבים להביא בחשבון את צפיפות התרמוספרה כאשר הם מחשבים מסלולים, מתכננים תמרונים ומעריכים את הסיכון להתנגשות עם לוויינים אחרים או עם פסולת חלל.
הצפיפות אינה קבועה. כאשר פעילות השמש מחממת את האטמוספרה העליונה, התרמוספרה מתרחבת וצפיפות הגז בגובה הלוויינים עשויה לעלות. השינוי מגביר את הגרר ועלול לגרום לסטייה מן המסלולים החזויים.
החלקיקים הטעונים ביונוספרה ניתנים לחקירה באמצעות השפעתם על אותות רדיו. לעומתם, הגז הניטרלי המהווה יותר מ־99% מן האטמוספרה העליונה משאיר חתימה חלשה יותר, ולכן קשה יותר למפות את צפיפותו.
הפיכת שינויים במסלול למדידת צפיפות
SpaceX מפרסמת נתוני אפמריס מפורטים של לווייני סטארלינק, בין היתר כדי לסייע במניעת התנגשויות. הנתונים כוללים אומדנים של מיקומו ומהירותו של כל לוויין בכל דקה, ומתעדכנים שלוש פעמים ביום.
יאמאמוטו השתמש בנתונים אלה כדי לחשב את השינוי באנרגיה המכנית של הלוויינים. לאחר ניכוי השפעות כבידתיות ותמרונים שביצעו הלוויינים, אפשר לייחס חלק מאובדן האנרגיה לגרר האטמוספרי ולגזור ממנו אומדן של צפיפות הגז.
הניתוח התבסס על לוויינים הנעים באותה “קליפה” מסלולית, בגובה ממוצע של 482 קילומטרים ובנטיית מסלול של 53 מעלות. הנתונים נאספו בין 1 ל־7 בספטמבר 2025.
לאחר חישוב אובדן האנרגיה של כל לוויין יישם יאמאמוטו שיטת טומוגרפיה, הדומה מבחינה עקרונית לשיטות שחזור המשמשות בהדמיה רפואית. במקום קרני רנטגן החוצות גוף, כאן סיפקו מסלוליהם הרבים של הלוויינים מדידות חלקיות של הגרר במקומות שונים.
שילוב המדידות איפשר לשחזר מפה דו־ממדית של צפיפות התרמוספרה לפי קווי רוחב ואורך.
“זהו מחקר רב־תחומי המשלב בין מדעי החלל להנדסת חלל”, אמר יאמאמוטו. לדבריו, קריאת מחקרים משני התחומים המחישה את הצורך בדיאלוג עמוק יותר בין החוקרים העוסקים בהם.
השוואה למדידות בלתי תלויות
כדי לבדוק את התוצאות השווה יאמאמוטו את המפות למדידות צפיפות שביצעו לווייני SWARM של סוכנות החלל האירופית. לווייני SWARM מודדים את צפיפות האטמוספרה לאורך מסלוליהם באמצעות ניתוח מדויק של נתוני המיקום שלהם.
ב־19 השוואות נעו ערכי הצפיפות הממוצעים שחושבו באמצעות הטומוגרפיה בין 60% ל־120% מן הערכים שמדדו לווייני SWARM. הממוצע הכולל היה 95% ממדידות SWARM. התוצאה מצביעה על התאמה מבטיחה, אך גם מראה שהשיטה עדיין אינה מדויקת באותה מידה בכל אזור ובכל זמן.
העבודה מרחיבה מחקר קודם שבו השתמשו יאמאמוטו וטקויה סורי בנתוני מסלול כלליים יותר, המכונים TLE, כדי להעריך כיצד צפיפות התרמוספרה משתנה בזמן ובגובה. המחקר החדש מוסיף את הממד האופקי ומנסה לשחזר את השינויים לפי קווי רוחב ואורך.
עדיין הדגמה ראשונית
המחבר מדגיש כי מדובר בדוח ראשוני וכי המפות הנוכחיות הן ברזולוציה נמוכה. הניתוח התחשב בעיקר במחזור השינוי היומי של הצפיפות והניח גובה סולם קבוע של 60 קילומטרים — הנחה המתארת כיצד צפיפות האטמוספרה פוחתת עם הגובה.
מגבלה נוספת נובעת מכך שלווייני קבוצת המסלול שנבדקה מגיעים רק לקווי רוחב של 53 מעלות. בשל המחסור בנתונים מאזורי הקטבים, המודל מתקשה לשחזר שם מבנים עדינים. גם עיבוד נתוני המסלול בידי מערכת המעקב של SpaceX עשוי להכניס הטיות, במיוחד בתקופות שבהן הצפיפות משתנה במהירות.
המחקר אינו מציג אפוא מערכת מבצעית לניטור בזמן אמת. עם זאת, מכיוון שנתוני סטארלינק מתעדכנים כמה פעמים ביום, שיפור המודל ושילוב נתונים מקבוצות מסלול נוספות עשויים בעתיד לאפשר מעקב מהיר יותר אחר מצב התרמוספרה.
מידע כזה יוכל לשפר את תחזיות המסלול של לוויינים ושל פסולת חלל, לתמוך בתכנון תמרונים ולסייע בהערכת השפעתן של סופות גאומגנטיות על המסלול הנמוך סביב כדור הארץ.
מקור/מאמר מקורי:
עוד בנושא באתר הידען
- קצת יותר מיומיים וחצי – הצפי להתנגשות לוויינים מאסיבית בעקבות אובדן שליטה אחרי סופת שמש
- בינה מלאכותית לחיזוי רוח השמש משפרת את ההתרעה על מזג אוויר בחלל
- יותר ממיליון לוויינים עלולים להפוך את שמי הלילה לבהירים פי שלושה
- מחזור שמש חלש ישאיר פסולת חלל זמן רב יותר במסלול
שאלות ותשובות
כיצד אפשר למדוד את האטמוספרה באמצעות לוויינים?
חלקיקי גז דלילים מתנגשים בלוויין ויוצרים גרר, המפחית מעט את האנרגיה המסלולית שלו. מדידת השינוי במהירות ובמסלול מאפשרת לאמוד את צפיפות הגז.
מה מיפה המחקר?
המחקר שחזר מפה דו־ממדית של צפיפות התרמוספרה לפי קווי רוחב ואורך, בגובה ייחוס של 482 קילומטרים.
מדוע נעשה שימוש דווקא בלווייני סטארלינק?
מספרם הגדול ומסלוליהם הדומים מספקים מדידות רבות באותו גובה. נוסף על כך, SpaceX מפרסמת נתוני מיקום ומהירות מפורטים המתעדכנים כמה פעמים ביום.
האם השיטה כבר יכולה לחזות התנגשויות בזמן אמת?
עדיין לא. מדובר בהדגמה ראשונית וברזולוציה נמוכה. החוקרים מעריכים כי שיפור השיטה עשוי בעתיד לסייע בניטור מהיר של התרמוספרה ובחיזוי מדויק יותר של מסלולים.
למאמר המדעי: פתיחת המאמר המדעי
