Starlink i inne satelity SpaceX stoją w obliczu coraz większego zagrożenia ze strony słońca

Liczba satelitów na orbicie rośnie w zawrotnym tempie, ale nadal nie mamy dobrego zrozumienia, jak podatne są one na burze słoneczne – i ten problem będzie tylko się pogarszać.

Od maja 2019 roku SpaceX wystrzeliła na orbitę ponad 10 000 satelitów do swojej mega-konstelacji Starlink, chociaż około 1000 z nich powróciło do atmosfery Ziemi w obecnym tempie jeden lub dwa dziennie. Satelity są rozmieszczone w gigantycznej siatce wokół planety, obejmując praktycznie całą kulę ziemską. Oznacza to, że burza słoneczna i towarzysząca jej burza geomagnetyczna, gdy pole magnetyczne naszej planety zmienia się w odpowiedzi na naładowane cząstki i pola magnetyczne od słońca, najprawdopodobniej wpłynie przynajmniej na część satelitów, bez względu na to, kiedy wystąpi.

Aby zbadać wpływ takich burz na Starlink, Eunju Kang z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine i jej koledzy przyjrzeli się publicznym danym śledzącym satelity podczas burzy słonecznej w maju 2024 roku.

Stwierdzili, że w szczycie burzy satelity Starlink znajdujące się po stronie Ziemi skierowanej w stronę słońca doświadczyły spadku altitudy o nawet pół kilometra – małe opuszczenie ich okołoziemskich orbity o 550 kilometrów, ale nadal znaczące, ponieważ atmosfera była narażona na przychodzące promieniowanie słoneczne, tworząc opór dla statków kosmicznych.

Satelity w innych regionach zostały również znacznie dotknięte, takie jak te w pobliżu biegunów Ziemi, gdzie pole magnetyczne naszej planety skierowuje więcej naładowanych cząstek od słońca, oraz te nad obszarem Ameryki Południowej zwany Anomalią Pola Południowego, gdzie, z nieznanych przyczyn, pole magnetyczne planety jest słabsze, a atmosfera bardziej podatna na aktywność słoneczną.

<p to wywołało niezwykłą reakcję w konstelacji, według danych zebranych przez zespół – mówi Kang. "Jeśli jeden satelita straci altitudę, sąsiedni satelita musi również się dostosować," mówi, używając wbudowanych silników jonowych do automatycznego dopasowania do dotkniętego satelity, ponieważ satelity komunikują się ze sobą za pomocą laserów wzrokowych, aby utrzymać sieć, tworząc fale jak po uderzeniu kamieniem w wodę – stwierdza członek zespołu Sangeetha Abdu Jyothi, również z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine.

Może stanowić to problem dla innych satelitów próbujących manewrować wokół konstelacji Starlink, aby uniknąć kolizji. „Kiedy mamy mniejszą przewidywalność trajektorii, może to zwiększyć ryzyko kolizji,” mówi Abdu Jyothi.

Również inne publiczne dane oświetlają wpływ burz słonecznych. Niektórzy klienci Starlink korzystają z usługi online o nazwie RIPE Atlas, aby udostępniać status swojego połączenia. Korzystając z tych danych, Kang i jej zespół stwierdzili, że zgłoszono awarie sieci w trakcie burzy słonecznej w maju 2024 roku, ponieważ satelity zostały zakłócone. „Nastąpił natychmiastowy wzrost utraty pakietów,” mówi Kang, gdzie dane nie docierają do swojego przeznaczenia.

Badanie podkreśla problemy, z jakimi będą się zmagać konstelacje takie jak Starlink – oraz rozwijające się konstelacje, takie jak Projekt Kuiper Amazona i kilka innych przedsięwzięć w Chinach – z powodu aktywności słonecznej, nie tylko w zakresie komunikacji, ale także unikania dużych zmian pozycji, które mogą spowodować kolizję z innymi satelitami.

W lutym 2022 roku potężna burza słoneczna spowodowała powrót około 40 niedawno wystrzelonych satelitów Starlink do atmosfery, gdzie się spaliły. Wcześniej w tym roku inne badania pokazały, że zwiększona aktywność słoneczna przyspieszyła śmierć niektórych satelitów Starlink.

Burza słoneczna w maju 2024 roku była około trzykrotnie słabsza od największej znanej burzy słonecznej, tzw. Wydarzenia Carringtona z 1859 roku. Burza o takim rekordowym rozmiarze jest prawdopodobna do ponownego uderzenia w Ziemię w pewnym momencie, co może stwarzać poważne problemy dla operatorów mega-konstelacji. „Z bardzo dużą burzą będzie znacznie gorzej,” mówi Abdu Jyothi. „Ale nie wiemy, jak dużo gorzej.”

Na razie mamy nadzieję, że mamy chwilę na przygotowanie. W maju 2024 roku burza trafiła w szczyt aktywności słońca, które działa na cyklu co 22 lata. Potężna burza teoretycznie może wystąpić w dowolnym momencie, ale zacznie być bardziej prawdopodobna w latach 40-tych XXI wieku, gdy aktywność gwiazdy osiągnie szczyt. Do tego czasu najprawdopodobniej będzie na orbicie znacznie więcej, jeśli nie setki tysięcy więcej, satelitów w porównaniu z około 13 000 unoszących się na orbicie obecnie. „Im więcej satelitów, tym większy problem,” mówi Scott Shambaugh, założyciel firmy Leonid Space, amerykańskiej firmy śledzącej wpływ pogody kosmicznej na satelity.

„Gdy burza słoneczna uderzy, nadal nie mamy wielu doskonałych modeli przewidywania, jak to wpłynie na opór w krótkim okresie czasu,” dodaje Shambaugh. „Oznacza to, że przez kolejne godziny do dni, twoje satelity nie będą tam, gdzie sądzisz, że będą.”

Mathew Owens z Uniwersytetu w Reading w Wielkiej Brytanii, mówi, że jednym z szczególnie słabo zrozumianych obszarów są subburze, drobne wariacje w naszej atmosferze spowodowane nagrzewaniem się od aktywności słonecznej, które mogą w znacznym stopniu wpływać na satelity na różnych orbietach. „Burza geomagnetyczna składa się z wielu, wielu subburz,” mówi, ale „przewidywanie ich jest niesamowicie trudne”.

Konstelacje takie jak Starlink dają unikalne okno w to działanie, działając praktycznie jak gigantyczna sieć badawcza sond w orbitach ziemskich. „Te satelity są prawdopodobnie pierwszymi sondami danych, jakie mamy na temat tego, jak lokalne zmiany oporu atmosferycznego mają miejsce,” mówi Abdu Jyothi.