Các nhà nghiên cứu từ Trung tâm Vũ trụ Vikram Sarabhai và Viện Khoa học và Công nghệ Vũ trụ Ấn Độ đã phân tích hồ sơ quỹ đạo trong 4 thập kỷ và phát hiện ra rằng các giai đoạn hoạt động của mặt trời tăng lên sẽ đẩy nhanh quá trình tái nhập của các mảnh vụn không gian vào bầu khí quyển Trái đất. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Frontiers in Astronomy and Space Sciences, đã theo dõi 17 vật thể không gian trong gần 40 năm, trải qua 4 chu kỳ mặt trời liên tiếp. Phát hiện này có liên quan vào thời điểm quỹ đạo Trái đất thấp đang phải đối mặt với tình trạng tắc nghẽn ngày càng tăng từ các vệ tinh và các vật thể không hoạt động.
Phân tích của các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng Mặt trời đóng vai trò quan trọng hơn trong việc làm sạch quỹ đạo Trái đất thấp hơn so với suy nghĩ trước đây. Công việc trước đây đã liên kết sự phân rã quỹ đạo với những thay đổi trong điều kiện mặt trời, nhưng nghiên cứu đổi mới này tập trung vào hoạt động lâu dài của các mảnh vụn thay vì hoạt động trong thời gian ngắn. Bức xạ cực tím (EUV) đã nổi lên như tác nhân mạnh nhất được xác định trong nghiên cứu.
Thời gian quan sát và lựa chọn đối tượng
Các nhà nghiên cứu bắt đầu với 95 vật thể ứng cử viên được rút ra từ danh mục Đường ray Không gian do Bộ Tư lệnh Phòng thủ Hàng không Vũ trụ Bắc Mỹ (NORAD) duy trì. Sau khi thu hẹp mẫu thành các mảnh vụn phù hợp để phân tích mở rộng, họ đã chọn 17 đối tượng để theo dõi chi tiết. Trong số đó có Explorer 7, một trong những bản ghi lâu đời nhất trong danh mục, được xác định bằng số 22.
Việc lựa chọn các mảnh vỡ thay vì các vệ tinh đang hoạt động là có chủ ý. Các mảnh vỡ cung cấp một cách đáng tin cậy hơn để nghiên cứu sự phân rã quỹ đạo tự nhiên, vì các vệ tinh đang hoạt động thường vô hiệu hóa các tác động của khí quyển thông qua các hệ thống trên tàu. Điều này cho phép các nhà khoa học tách biệt ảnh hưởng trực tiếp của các biến đổi mặt trời đến quá trình quay trở lại.
Chu kỳ mặt trời ảnh hưởng đến quỹ đạo như thế nào
Chu kỳ mặt trời là các giai đoạn hoạt động mặt trời thay đổi xảy ra từ mức tối đa này đến mức tối đa tiếp theo khoảng 11 năm một lần. Trong các giai đoạn hoạt động, số lượng vết đen mặt trời tăng lên và lượng phát thải mặt trời tăng lên, làm mở rộng bầu khí quyển phía trên của Trái đất. Sự giãn nở này làm tăng lực cản của khí quyển lên các mảnh vụn quỹ đạo.
Khoảng thời gian quan sát bao gồm các chu kỳ mặt trời 22, 23, 24 và đạt đến chu kỳ 25. Các nhà nghiên cứu đã theo dõi xem mỗi chu kỳ ảnh hưởng như thế nào đến quỹ đạo của 17 vật thể được chọn. Dữ liệu tiết lộ một mô hình dai dẳng: trong thời kỳ hoạt động của mặt trời đạt đỉnh điểm, quá trình phân rã quỹ đạo tăng tốc đáng kể.
Bức xạ cực tím cực mạnh là cơ chế chính
Bức xạ cực tím (EUV) nổi bật là tác nhân chiếm ưu thế trong việc đẩy nhanh quá trình phân hủy quỹ đạo. Mặc dù ảnh hưởng của hoạt động mặt trời đến lực cản vệ tinh đã được công nhận từ lâu, nhưng vai trò lâu dài của nó trong việc làm suy giảm quỹ đạo của các mảnh vụn không gian vẫn chưa được khám phá đầy đủ. Nghiên cứu này đã định lượng mối quan hệ này với độ chính xác chưa từng có.
Các nhà nghiên cứu quan sát thấy bức xạ EUV làm nóng tầng nhiệt quyển phía trên, dẫn đến sự giãn nở đáng kể của khí quyển. Sự giãn nở này làm tăng lực cản khí động học lên các mảnh vỡ, đẩy nhanh quá trình rơi của nó. Mối tương quan giữa đỉnh bức xạ EUV và tốc độ tái nhập nhanh là nhất quán trong 4 chu kỳ mặt trời được phân tích.
Ý nghĩa cho tương lai của không gian
Dữ liệu được thu thập trong gần 40 năm cung cấp nền tảng vững chắc để hiểu được động lực học lâu dài của các mảnh vụn quỹ đạo. Sự mở rộng nhanh chóng của lĩnh vực vũ trụ và sự tăng trưởng theo cấp số nhân của số lượng rác vũ trụ đã khiến việc hiểu rõ các yếu tố gây ra sự phân rã quỹ đạo là điều cần thiết. Các vệ tinh thương mại, các mảnh vỡ từ các nhiệm vụ cũ và các mảnh vỡ từ các vụ va chạm quỹ đạo làm tăng nguy cơ xảy ra các đợt mảnh vụn.
Nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng của mặt trời mang lại cơ chế làm sạch tự nhiên cho quỹ đạo Trái đất thấp. Tuy nhiên, quá trình này phụ thuộc vào chu kỳ mặt trời và không thể kiểm soát được. Hiểu được mối quan hệ này cho phép các cơ quan không gian đưa ra những dự đoán chính xác hơn về sự tồn tại lâu dài của các mảnh vỡ trên quỹ đạo.
Dữ liệu và phương pháp nghiên cứu
- 17 vật thể không gian được giám sát
- Thời gian phân tích: gần 40 năm
- Các chu kỳ mặt trời được phân tích: 22, 23, 24 và 25
- Nguồn dữ liệu: Danh mục đường ray không gian của NORAD
- Cơ chế chính được xác định: bức xạ cực tím
- Khoảng thời gian chu kỳ mặt trời: mỗi chu kỳ khoảng 11 năm
