Влияние солнечной активности на верхнюю атмосферу Земли и движение ИСЗ

Кошкин Н., Коробейникова Е., Науменко Т., Страхова С.

НИИ «Астрономическая обсерватория» Одесского нац. ун-та, Одесса, Украина

e-mail:  nikkoshkin@yahoo.com; oki_oao@pochta.ru

В октябре 2007 года исполнилось 50 лет с начала космической эры. За это время в космос выведено много тысяч тонн различных грузов. В настоящее время в международных каталогах числится более 12 тысяч крупных космических объектов (более 10 см) и по оценкам до 100 тысяч частиц искусственного происхождения размером крупнее 1 см. Космические тела не однородно распределены в пространстве над поверхностью Земли – наибольшие плотности (число объектов в 1 км³) наблюдаются на высотах ~ 900 км и ~ 36000 км. Это приводит к повышенной вероятности столкновения тел на этих орбитах, что в свою очередь повышает пространственную плотность космических объектов. Свой вклад вносят также самопроизвольные взрывы спутников и ступеней ракет-носителей на орбите, а также преднамеренный подрыв спутников с помощью баллистических ракет. Порожденная этим проблема «космического мусора» занимает не последнее место в повестке различных международных форумов. Причина в том, что на высоких орбитах самоочистки космоса не происходит и летающие спутники и их фрагменты могут существовать тысячи и миллионы лет! На низких орбитах (ниже 1000 км над Землей) очистку космоса осуществляет сама атмосфера Земли, так как за счет торможения в атмосфере объекты постепенно снижаются (по спирали) и входя в плотные слои атмосферы сгорают на высоте 80-100 км. Однако этот процесс занимает, как правило, многие месяцы и годы. Сила торможения ИСЗ зависит от площади поперечного сечения тела, его массы и молекулярной плотности атмосферы на высоте полета, поэтому вариации температуры и плотности атмосферы существенно сказываются на движении низких ИСЗ.  Верхняя атмосфера Земли (на высотах от 250 до 1000 км) очень динамичная система, состояние которой зависит, прежде всего, от внешнего космического воздействия (солнечной активности, геомагнитной возбужденности, потоков высокоэнергетических частиц), а также от процессов в литосфере и тропосфере Земли. Поэтому, в вариациях плотности верхней атмосферы наблюдаются цикличности порожденные этими воздействиями, а также эффектами лунно-солнечных приливов. Однако, в настоящее время не существует удовлетворительной (адекватной) модели атмосферных колебаний¹. Торможение спутников в нестабильной атмосфере порождает проблему прогноза их движения на среднюю и длинную перспективу из-за недостаточной точности динамических моделей атмосферной плотности. А это, в свою очередь, порождает проблемы опасного сближения и даже столкновения функционирующих ИСЗ с другими объектами (прежде всего с космическим мусором) и актуализирует задачу мониторинга околоземного пространства, включая движение тысяч ИСЗ.

В работе рассматривается возможность и примеры решения обратной задачи определения плотности атмосферы по торможению ИСЗ. Такая задача решалась ранее, но за последние годы накопились большие ряды многочисленных наблюдений орбитального движения большого числа ИСЗ. С одной стороны, предлагается использовать многолетние базы архивных элементов орбит космических объектов в открытых каталогах служб, а с другой стороны, использовать высокоточные наблюдения региональных сетей и отдельных пунктов оптических наблюдений низкоорбитальных ИСЗ. Использование многочисленных пассивных ИСЗ как пробных тел в атмосфере позволит получить пространственно-временную картину глобального состояния плотности верхней атмосферы. При этом пространственное разрешение обеспечивается использованием данных о торможении ИСЗ на высокоэллиптических орбитах и зависит от их численности. Привлечение данных о движении многих несферических ИСЗ требует учета текущего значения миделя, а значит знания их формы, характера вращения около центра масс и текущей ориентации в пространстве. Эта задача решается получением параллельных фотометрических наблюдений ИСЗ, то есть измерением вариаций блеска спутника, которые определяются его формой и текущим ракурсом по отношению к Солнцу и наблюдателю.

Полученные временные ряды значений плотности (в идеале ряды карт плотности) могут служить основой для будущего разрешения проблемы солнечно-земных связей в части воздействия Солнца на процессы в атмосфере Земли, а также проблемы общей динамики атмосферы как открытой системы.

Литература

1.  И.И.Волков, A.И.Семенов, В.В.Суевалов. Анализ вариаций плотности термосферы, неучитываемых в современных моделях, по данным акселерометра. Астрон. Вест ник. Т. 42, № 1, 2008  с. 51-62.

© Copyright 2008. All rights reserved. Contact to Victor Martynyuk: ubs@science-center.net  tel.: +38 050 6535592