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Starlink 衛星變成掃瞄地球大氣上層的巨型望遠鏡

研究人員將 Starlink 衛星陣列朝上觀測,把衛星當作分布式儀器,逐分鐘記錄大氣上層的變化。

大氣上層——大約位於地表以上 100 到 600 公里的稀薄空氣——一直是一個難以研究的區域。它對氣象氣球來說太高,對大多數太空望遠鏡來說又太低,而且充滿在分分鐘尺度上不斷變化的湍流。一個研究團隊剛找到一個創意的解決辦法:把現成的衛星陣列當作巨型分布式儀器來使用。

研究團隊以 Starlink 網絡為基礎,將衛星上的相機與導航系統重新定向,對準大氣上層微弱的光暈。因為該陣列由低軌道上的數千個單元組成,綜合觀測所覆蓋的天空範圍遠大於單一觀測站——而且其時間解析度是地面站無法比擬的。

他們在觀察什麼

觀測聚焦於電離層,這是一個太陽紫外線和高能粒子剝離中性原子電子而形成的層。電離層是無線電訊號能夠越過地平線的原因,也是太空天氣開始影響通訊、GPS 和衛星阻力的區域。即時監測它非常有價值——但歷史上這需要昂貴的雷達陣列和少數幾個地面站。

Starlink 方法把每一顆衛星變成一枚微小的探測器。每次飛行給出一張局部大氣條件的快照。把整個陣列的快照串接起來,就形成了一幅整個大氣上層的動態圖景。

為何分布式衛星更勝一籌

關鍵優勢在於幾何角度。傳統的電離層雷達從一個地方向上觀測;它只看到一條狹窄的空氣柱,其餘部分必須靠推斷。而一個分布式衛星網絡則從上往下對大氣取樣,一次飛行就能跨過寬廣的緯度與經度。這些資料不只是更頻繁——它們在幾何上也更豐富。

這份工作也提出了一個更含蓄的觀點:太空基礎設施正在成為科學基礎設施。隨著更多商業衛星陣列升空,科學家越來越把這些衛星當作平台。一個開始於通訊服務的概念,幾乎在無意之間,變成了用於地球科學的最強大的分布式感測器之一。