Publieke Starlink-data onthullen dichtheidskaart van bovenste dampkring

Rond de aarde cirkelen inmiddels duizenden satellieten en stukken ruimtepuin, vooral in de lage baan om de aarde. Op honderden kilometers hoogte lijkt het daar volkomen leeg, maar er zit nog altijd een ijl restje lucht. Die lucht remt satellieten subtiel af. Om te voorspellen waar een satelliet over een paar dagen precies is, en om botsingen te vermijden, moeten wetenschappers weten hoe dicht die lucht op elk moment en elke plek is. Tot nu toe was dat lastig te meten.

Een team van de Kyoto University, onder leiding van Mamoru Yamamoto, bedacht een oplossing die niets kost aan nieuwe meetapparatuur. De onderzoekers gebruikten openbaar beschikbare baangegevens van zo'n 1.200 satellieten uit de Starlink-constellatie van SpaceX. Uit de manier waarop de banen van die satellieten langzaam inzakken door luchtweerstand, herleidden ze hoe dicht de lucht ter plekke moet zijn geweest.

Medische scantechniek voor de dampkring

Om van al die losse metingen een compleet beeld te maken, gebruikten de onderzoekers tomografie: dezelfde reconstructietechniek die ziekenhuizen gebruiken voor CT-scans. In plaats van doorsneden van een lichaam leverde dit een tweedimensionale kaart op van de luchtdichtheid over breedte- en lengtegraden, op een hoogte van ongeveer 500 kilometer. Het resultaat is de eerste kaart van dit type ooit gemaakt op basis van commerciële satellietdata.

De metingen kwamen goed overeen met gegevens van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, die met de SWARM-satellieten al langer dichtheidsvariaties langs baantrajecten meet. Dat de Starlink-methode dezelfde patronen laat zien, bevestigt dat de aanpak betrouwbaar is, ook al is de apparatuur aan boord van Starlink-satellieten niet voor wetenschappelijk onderzoek ontworpen.

Waarom dit telt voor de ruimtevaart

Het onderzoek bouwt voort op eerder werk van dezelfde groep, waarin ze met zogeheten TLE-baangegevens al de dichtheid in de tijd en op verschillende hoogtes in kaart brachten. De nieuwe studie voegt daar de geografische spreiding aan toe: niet alleen wanneer en hoe hoog de lucht dichter of ijler wordt, maar ook waar dat gebeurt.

Die kennis is meer dan een wetenschappelijke curiositeit. Operators van satellietvloten moeten voortdurend inschatten of twee objecten elkaar te dicht naderen. Betere dichtheidskaarten maken die voorspellingen nauwkeuriger, wat het risico op botsingen tussen satellieten onderling of met ruimtepuin verkleint. Op termijn zou de methode ook kunnen bijdragen aan bijna-realtime monitoring van de dampkring, wat weer nuttig is voor ruimteweer-voorspellingen. Met tienduizenden satellieten die de komende jaren nog bijkomen in drukke orbitale schillen, wordt zulke informatie steeds belangrijker om chaos in de ruimte te voorkomen.