Тысячи спутников на низкой околоземной орбите неожиданно превратились в огромную сеть датчиков верхней атмосферы. Астроном Тони Филлипс начал ежедневно оценивать, насколько сильно атмосфера тормозит космические аппараты, используя орбиты Starlink, Amazon Kuiper, Planet SuperDove и Eutelsat OneWeb. Новый ежедневный показатель позволяет буквально наблюдать, как атмосфера Земли расширяется и сжимается вслед за активностью Солнца.
Даже на высоте нескольких сотен километров спутники летят не в абсолютном вакууме. Там остаются крайне разреженные частицы газа, которые создают аэродинамическое сопротивление и постепенно отнимают у аппаратов высоту. Спутники с двигателями регулярно корректируют орбиту, а аппараты без двигателей медленно опускаются к Земле.
Сила торможения постоянно меняется. Ультрафиолетовое излучение Солнца нагревает термосферу, верхние слои атмосферы расширяются, а плотный газ поднимается на большую высоту. Геомагнитные бури усиливают процесс и способны за короткое время заметно увеличить сопротивление, с которым сталкиваются спутники.
Филлипс использует открытые двухстрочные наборы орбитальных элементов TLE, которые обновляются несколько раз в сутки. В каждом наборе присутствует параметр B*, связанный с аэродинамическим торможением аппарата. Орбитальная модель предполагает определенное состояние атмосферы, поэтому при росте реальной плотности воздуха спутник замедляется сильнее ожидаемого, а изменение отражается в B*.
Показатель одного аппарата для такой задачи слишком шумный. На орбиту влияют маневры, особенности конструкции и погрешности расчета. Поэтому исследователь следит за фиксированной выборкой из 1000 Starlink, запущенных до 2026 года, сравнивает каждый аппарат с собственным уровнем в спокойной атмосфере, а затем рассчитывает медиану по сотням пригодных измерений.
Получившееся число переводится в более понятную величину: сколько метров высоты за сутки потерял бы типичный Starlink на высоте 480 км без работы двигателей. В наиболее спокойный день 2026 года, 10 августа, расчетная скорость снижения составляла 19,7 метра в сутки. Во время сильной геомагнитной бури 20 января показатель достиг 127,6 метра в сутки. Разница превысила шесть раз, хотя сами спутники не изменились, изменилось состояние атмосферы.
Масштаб хорошо виден на простом примере. При постоянной скорости снижения около 40 метров в сутки неуправляемому спутнику на высоте 480 км потребовалось бы примерно четыре года для схода с орбиты. Январский темп сократил бы условный срок примерно до года. Подобный расчет не является прогнозом, поскольку плотность атмосферы меняется каждый день, но наглядно показывает силу воздействия космической погоды.
Проверить Starlink помогают другие спутниковые группировки. Филлипс отслеживает 107 аппаратов Planet SuperDove на высотах около 400-500 км, 391 спутник Amazon Kuiper примерно на 630 км и 651 аппарат Eutelsat OneWeb на высоте около 1200 км.
Особенно полезны SuperDove, поскольку аппараты не используют двигатели для постоянного удержания высоты и действительно опускаются под действием атмосферы. В 2026 году типичный SuperDove терял около 62 метров высоты за сутки, а с начала января до конца августа медианное снижение достигло 15,5 км. Во время январской бури фактическая скорость снижения SuperDove выросла в 2,74 раза, а рассчитанный по Starlink индекс увеличился в 2,71 раза. Два независимых способа измерения разошлись примерно на один процент.
Amazon Kuiper дает еще одну проверку на большей высоте. Ежедневные изменения показателей Kuiper и Starlink совпадают с коэффициентом корреляции 0,94. OneWeb находится значительно выше, примерно на 1200 км, где атмосфера уже настолько разрежена, что давление солнечного света становится важнее аэродинамического сопротивления. Большую часть года данные OneWeb оставались почти неизменными, однако январская буря оставила заметный след даже на такой высоте.
Спутники показали и более медленную реакцию Земли на Солнце. Скорость орбитального снижения повторяет изменения солнечного радиоизлучения на длине волны 10,7 см примерно с двухдневным запаздыванием. Верхней атмосфере требуется около двух суток, чтобы заметно отреагировать на изменение солнечной активности. Сильные геомагнитные бури действуют быстрее и вызывают резкие скачки сопротивления.
Метод измерения плотности атмосферы по движению спутников появился не в 2026 году. Специалисты NASA в июле представили систему мониторинга, которая использует TLE тысяч устойчивых низкоорбитальных объектов. Сравнение с эталонными данными за 2014-2026 годы показало точность примерно 10-20% на высотах от 200 до 600 км даже во время наиболее сильных геомагнитных бурь.
Практическое значение атмосферного торможения SpaceX уже испытала на собственных аппаратах. После запуска Starlink 3 февраля 2022 года геомагнитная буря резко увеличила сопротивление на низкой начальной орбите. В результате 38 спутников преждевременно сошли с орбиты, не успев подняться на рабочую высоту.
Влияние солнечной активности подтверждает и исследование 523 спутников Starlink, сходивших с орбиты с 2020 по 2024 год. Авторы обнаружили, что усиление геомагнитной активности ускоряет потерю высоты и одновременно увеличивает ошибку прогнозирования времени входа аппарата в атмосферу.
Новый проект отличается прежде всего постоянством наблюдений. Данные обновляются ежедневно, а результаты Starlink сверяются сразу с несколькими независимыми группировками на разных высотах. Запускать отдельный научный аппарат не потребовалось, роль распределенного датчика выполняют уже находящиеся вокруг Земли спутники.
Название «планетарный барометр» остается метафорой. Система напрямую оценивает не атмосферное давление, а относительную плотность верхней атмосферы, причем TLE сглаживают быстрые изменения на интервале от одного до трех дней. Маневры Starlink тоже могут искажать картину. Несмотря на ограничения, тысячи спутников позволяют каждый день видеть процесс, который раньше было трудно наблюдать одновременно на разных высотах: как Солнце буквально заставляет внешнюю оболочку атмосферы Земли расширяться и снова сжиматься.
