Vùng không gian xung quanh Trái Đất ngày càng trở nên chật chội hơn khi hàng ngàn vệ tinh và mảnh vụn vũ trụ di chuyển trong quỹ đạo tầm thấp. Do đó, việc đo chính xác mật độ khí quyển ở những độ cao này rất quan trọng để dự báo chuyển động của vệ tinh và giảm nguy cơ va chạm.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Kyoto đã phát triển một kỹ thuật mới để hình dung khu vực khó quan sát này.

"Đây là một nghiên cứu đa ngành giữa khoa học vũ trụ và kỹ thuật vũ trụ," tác giả chính Mamoru Yamamoto cho biết.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng thông tin quỹ đạo công khai từ các vệ tinh Starlink và áp dụng kỹ thuật chụp cắt lớp (tomography), một kỹ thuật thường được sử dụng trong hình ảnh y tế, vào tầng khí quyển phía trên của Trái đất.

Bằng cách kiểm tra lực cản khí quyển thông qua sự suy giảm dần dần của quỹ đạo vệ tinh, nhóm nghiên cứu đã ước tính mật độ tầng khí quyển trên cao xung quanh khoảng 1.200 vệ tinh bay ở độ cao 482 km.

Sử dụng các phép đo đó, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một bức ảnh chụp nhanh hai chiều theo vĩ độ - kinh độ về mật độ tầng khí quyển trên cao ở độ cao khoảng 500 km. Theo nhóm nghiên cứu, đây là phân tích chụp cắt lớp đầu tiên thuộc loại này.

Các mô hình mật độ thu được cũng cho thấy sự nhất quán mạnh mẽ với các quan sát từ vệ tinh SWARM của Cơ quan Vũ trụ châu Âu, vốn đo lường sự thay đổi mật độ khí quyển dọc theo quỹ đạo của chúng.

Trong nghiên cứu trước đó, các nhà khoa học đã ước tính sự thay đổi mật độ tầng khí quyển trên cao theo thời gian và độ cao bằng cách sử dụng thông tin quỹ đạo tổng quát được gọi là dữ liệu Two-Line Element (TLE) từ các vệ tinh Starlink.

Phân tích mới bổ sung thêm một khía cạnh khác bằng cách xem xét sự biến đổi mật độ theo chiều ngang dọc theo vĩ độ và kinh độ, tiết lộ thêm về cấu trúc địa lý của tầng khí quyển trên cao.

Những phát hiện này có thể mang lại lợi ích thiết thực khi số lượng vật thể quay quanh Trái đất tiếp tục tăng lên. Thông tin chính xác hơn về mật độ khí quyển có thể cải thiện dự đoán chuyển động của vệ tinh, giúp giảm nguy cơ va chạm giữa các vệ tinh và giữa vệ tinh với các mảnh vỡ không gian.

Kỹ thuật này cũng có thể hỗ trợ đo lường mật độ khí quyển xung quanh vệ tinh gần như theo thời gian thực. Việc giám sát như vậy có thể cải thiện dự báo thời tiết không gian và góp phần vào hoạt động vệ tinh an toàn và đáng tin cậy hơn trong tương lai.