从太空看到的星链卫星轨迹
唐·佩蒂特/美国宇航局
在轨道上的卫星数量正在以惊人的速度增长，但我们还没有很好地了解它们对太阳风暴的影响程度 – 而且这个问题只会变得更糟。
自 2019 年 5 月以来，SpaceX 已向其 Starlink 太空互联网巨型星座发射了 10,000 多颗卫星，尽管其中约 1000 颗卫星已重新进入地球大气层 目前的速度是每天一到两次。这些卫星部署在地球周围的巨大网格中，几乎涵盖了整个地球。这意味着，当我们星球的磁场响应来自太阳的带电粒子和磁场而波动时，太阳风暴及其伴随的地磁风暴可能会影响至少一些卫星，无论它何时发生。
为了调查此类风暴对星链的影响，Eunju Kang 加州大学欧文分校的她和她的同事研究了 2024 年 5 月太阳风暴期间拍摄的公共卫星跟踪数据。
他们发现，在风暴高峰期，位于地球面向太阳一侧的星链卫星的高度下降了半公里——在其 550 公里轨道上的小幅下降，但仍然很重要，因为大气层受到入射太阳辐射的影响，对航天器产生了阻力。
其他地区的卫星也受到了很大影响，例如那些靠近地球两极的卫星，地球的磁场从太阳中汇集了更多的带电粒子，以及南美洲一个被称为“南大西洋异常”的地区上空的卫星 由于未知的原因，行星的磁场较弱，因此大气更容易受到太阳活动的影响。
康说，根据团队掌握的数据，这在星座中产生了不寻常的效果。她说：“如果一颗卫星失去高度，邻近的卫星也必须进行补偿。”她使用机载离子推进器自动匹配受影响的卫星，因为卫星通过视距激光器相互通信以维持网络，从而产生波动效应，链中的其他卫星也会效仿。 “这有点像波浪，”团队成员 Sangeetha Abdu Jyothi 说道，也在加州大学欧文分校。
这可能会给试图绕星链星座导航以避免碰撞的其他卫星带来问题。 “当我们对轨迹的可预测性较差时，就会增加碰撞的风险，”阿卜杜·乔蒂说。
其他公开数据也揭示了太阳风暴的影响。一些 Starlink 客户使用名为 RIPE Atlas 的在线服务 分享他们的连接状态。 Kang 和她的团队利用这些数据发现，在 2024 年 5 月的太阳风暴期间，由于卫星受到干扰，出现了网络中断的情况。 Kang 说：“数据包丢失立即激增”，数据无法到达预期目的地。
该研究强调了像星链这样的星座——加上亚马逊柯伊伯计划等正在发展的星座以及中国的一些努力——将面临太阳活动带来的问题，不仅在通信方面，而且在避免可能导致与其他卫星相撞的位置大幅变化方面。
2022 年 2 月，一场强大的太阳风暴撞毁了约 40 颗刚刚发射的星链卫星 回到大气层，在那里它们燃烧起来。今年早些时候，其他研究表明太阳活动的增加正在加速死亡 一些星链卫星。
2024 年 5 月的太阳风暴比有记录以来最大的太阳风暴（1859 年卡林顿事件）弱约三倍。如此规模的风暴可能会在某个时候再次袭击地球，这给巨型星座运营商带来潜在的大问题。 “如果风暴非常大，情况会更糟，”阿卜杜·乔蒂说。 “但我们不知道情况会更糟。”
目前，我们希望有一些时间进行准备。 2024 年 5 月的风暴在太阳活动高峰期间袭击，太阳活动以 22 年为一个周期。理论上，一场强大的风暴随时可能发生，但到 2040 年代，当恒星的活动再次达到顶峰时，这种可能性可能会开始变得更大。到那时，与目前在轨卫星数量约 13,000 颗相比，在轨卫星数量可能会增加数万颗，甚至数十万颗。 “拥有的卫星越多，问题就越严重。”斯科特·尚博 (Scott Shambaugh) 说道，Leonid Space 的创始人，这是一家追踪太空天气对卫星影响的美国公司。
“当太阳风暴来袭时，我们还没有很好的预测模型来说明它将如何在更短的时间内影响阻力，”香博说。 “这意味着在接下来的几个小时到几天内，您的卫星将不会到达您认为的位置。”
马修·欧文斯 英国雷丁大学的研究人员表示，人们对亚暴的了解特别少，这是由太阳活动加热引起的大气层微小变化，这会对不同轨道上的卫星产生不成比例的影响。 “地磁风暴是由很多很多的子暴组成的，”他说，但“预测这些子暴是非常困难的”。
像星链这样的星座为了解这一活动提供了一个独特的窗口，本质上充当了地球轨道上一个巨大的探测器研究网络。 “这些卫星可能是我们拥有的关于当地大气阻力变化如何发生的第一个数据探测器，”阿卜杜·乔蒂说。
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