تحلیل جدیدی از سقوط ماهواره‌های استارلینک از مدار به‌سوی زمین، الگوی مشخصی را آشکار کرده است: هر چه خورشید در مسیر رسیدن به اوج فعالیت خود بین سال‌های ۱۳۹۹ تا ۱۴۰۳ پیش رفته، شمار سقوط ماهواره‌ها نیز به‌طور مستقیم افزایش یافته است.
تیمی از دانشمندان به رهبری دنی اولیویرا، فیزیکدان فضایی از مرکز پروازهای فضایی گودارد ناسا، سقوط ۵۲۳ ماهواره‌ی استارلینک را که در این بازه زمانی به زمین بازگشته‌اند بررسی کرده و به ارتباطی روشن با خورشید پی برده‌اند.
آن‌ها در مقاله‌ی خود نوشته‌اند:
«ما به‌وضوح نشان می‌دهیم که فعالیت شدید خورشیدی در چرخه‌ی کنونی خورشید، تأثیرات چشمگیری بر بازگشت ماهواره‌های استارلینک داشته است.»
و ادامه می‌دهند:
«این دوره، زمان هیجان‌انگیزی برای پژوهش درباره‌ی نیروی پسا (drag) مداری است، زیرا تعداد ماهواره‌ها در مدار نزدیک زمین و میزان فعالیت خورشیدی به بالاترین سطح در تاریخ بشر رسیده است.»
چرخه خورشیدی، چرخه‌ای ۱۱ ساله از نوسانات فعالیت خورشید است که در مرکز آن وارونگی تناوبی قطب‌های مغناطیسی خورشید قرار دارد. این چرخه خود را به‌صورت لکه‌های خورشیدی، شراره‌های خورشیدی و پرتاب جرم از تاج خورشیدی (CME) نشان می‌دهد که با نزدیک شدن به اوج خورشیدی افزایش می‌یابند (زمانی که قطب‌ها جابه‌جا می‌شوند) و سپس به‌تدریج کاهش یافته و دوباره آغاز می‌شوند.
این بخشی طبیعی از رفتار خورشید است و ما اکنون در اوج بیست‌وپنجمین چرخه‌ای هستیم که از زمان آغاز ثبت فعالیت‌های خورشیدی آن را دنبال می‌کنیم. این چرخه نسبتاً قدرتمند بوده؛ نه قوی‌ترین چرخه‌ی ثبت‌شده، اما بسیار فعال‌تر از آن چیزی که دانشمندان در آغاز پیش‌بینی کرده بودند.
به همین دلیل تأثیر آن بر زمین هم محسوس بوده است. شاید فعالیت‌های فراوان شفق‌های قطبی را دیده باشید؛ این پدیده‌ها ناشی از برخورد ذرات خورشیدی با جو زمین هستند که توسط طوفان‌های خورشیدی و باد خورشیدی منتقل می‌شوند.
اما افزایش فعالیت خورشید، اثر دیگری نیز دارد که چندان به چشم نمی‌آید: پرتاب‌های پی‌درپی خورشیدی لایه‌های بالایی جو زمین را به‌شدت گرم می‌کنند.
ما در سطح زمین متوجه این گرما نمی‌شویم، اما این انرژی اضافی جو را منبسط می‌کند – آن‌قدر که نیروی پسا (drag) روی فضاپیماهای در مدار پایین زمین افزایش می‌یابد. این یعنی ماهواره‌ها نمی‌توانند مسیر فعلی خود را حفظ کنند و باید مدام موقعیت خود را اصلاح کنند تا در فضا باقی بمانند.
به‌طور کلی، همه‌ی ماهواره‌هایی که در مدار پایین زمین قرار دارند، نسبت به این افزایش نیروی پسا در اثر فعالیت خورشیدی آسیب‌پذیرند. اما اسپیس‌ایکس تاکنون ۸۸۷۳ ماهواره‌ی استارلینک به این مدار فرستاده که ۷۶۶۹ عدد آن‌ها هنوز فعال‌اند. این تعداد زیاد، آزمایشگاهی بی‌نظیر برای بررسی تأثیر اوج فعالیت خورشیدی بر ماهواره‌ها فراهم کرده است.
پژوهشگران نوشته‌اند:
«در اینجا ما از داده‌های مداری استارلینک برای تحلیل لحظه‌ای ارتفاع و سرعت مدار استفاده می‌کنیم تا اثرات ناشی از طوفان‌هایی با شدت‌های مختلف را شناسایی کنیم. سقوط‌های استارلینک هم‌زمان با فاز صعودی چرخه خورشیدی بیست‌وپنجم رخ داده‌اند؛ دوره‌ای که در آن فعالیت خورشیدی در حال افزایش بوده است.»
اسپیس‌ایکس نخستین ماهواره‌های استارلینک را در سال ۱۳۹۸ به فضا فرستاد، و نخستین سقوط‌های مداری در سال ۱۳۹۹ آغاز شد. در ابتدا این تعداد پایین بود: تنها دو ماهواره در سال ۱۳۹۹ سقوط کردند. اما در ۱۴۰۰، ۷۸ ماهواره؛ در ۱۴۰۱، ۹۹ ماهواره؛ و در ۱۴۰۲، ۸۸ ماهواره سقوط کردند. با این حال، در سال ۱۴۰۳ این رقم به‌شکل چشمگیری افزایش یافت – در مجموع ۳۱۶ ماهواره استارلینک از مدار خارج شده و سقوط کردند.
پژوهشگران این سقوط‌ها را بر اساس شرایط ژئومغناطیسی زمان وقوع‌شان – یعنی شدت اثر فعالیت خورشیدی بر زمین – گروه‌بندی کردند. جالب اینکه حدود ۷۲ درصد از این سقوط‌ها در دوره‌هایی با فعالیت ژئومغناطیسی ضعیف رخ داده‌اند، نه در زمان طوفان‌های مغناطیسی شدید.
آن‌ها دریافتند که این موضوع به‌خاطر اثر تجمعی نیروی پسا در طول دوره‌ی افزایش فعالیت خورشیدی است. به‌جای آنکه ماهواره‌ها یک‌باره سقوط کنند، مدارشان به‌تدریج تضعیف شده است. در عین حال، ماهواره‌هایی که در دوره‌ی طوفان‌های ژئومغناطیسی شدید سقوط کردند، سریع‌تر از باقی سقوط کردند.
واقعاً یافته‌های جالبی هستند. داده‌های زیادی درباره‌ی این پدیده در دست نیست؛ اما کار اولیویرا و همکارانش می‌تواند به طراحی راهبردهایی برای کاهش فروپاشی مداری ناشی از فعالیت خورشیدی کمک کند – تا ماهواره‌ها در مدار بمانند و مثلاً با هم برخورد نکنند و به یک فاجعه‌ی زنجیره‌ای (همچون اثر کسلر) منجر نشوند.
آن‌ها نوشته‌اند:
«نتایج ما امیدوارکننده‌اند، زیرا نشان می‌دهند که می‌توان از داده‌های کوتاه‌زمان‌گرفتی استارلینک (همچون تعیین دقیق مدار، چگالی جو، جهت برخورد و ضریب پسا) برای بهبود مدل‌های نیروی پسا در دوران طوفان‌های ژئومغناطیسی – به‌ویژه در رویدادهای شدید – استفاده کرد.»
این مقاله برای چاپ در نشریه Frontiers in Astronomy and Space Science پذیرفته شده و هم‌اکنون روی پایگاه arXiv در دسترس است.
