地球周圍的空間正變得越來越擁擠，數以千計的衛星和太空碎片在近地軌道上運行。在更遠處，距離地表數百公里的高空，地球高層大氣的微弱阻力仍足以減緩衛星的速度。因此，準確測量這些高度的空氣密度對於預測衛星運動和降低碰撞風險至關重要。

高層大氣的 99% 以上由稱為熱層的電中性氣體組成。熱層密度是指地表上方約 100 至 1000 公里之間的中性大氣密度。相比之下，電離層的電離氣體僅占大氣的不到 1%。由於電離氣體會影響無線電波的傳播方式，因此電離層相對容易觀測。而測量熱層的狀況則困難得多。

觀測熱層的新方法

更精確的熱層密度測量，不僅能促進對高層大氣的研究，還能為太空工程提供寶貴資訊。基於這兩項需求，京都大學的研究人員開發了一種新的技術，用於描繪這個難以觀測的區域。

通訊作者 Mamoru Yamamoto 表示：「這是一項跨越空間科學和太空工程的多學科研究。閱讀這兩個領域的研究論文後，我們意識到兩者研究人員之間進行更深入的對話是必要的。」

研究人員利用公開的星鏈衛星軌道資訊，並將斷層掃描技術（一種常與醫學影像相關的技術）應用於地球的高層大氣。透過檢查衛星軌道逐漸衰減所造成的空氣阻力，該團隊估算了約 1,200 顆飛行在 482 公里高度的星鏈衛星周圍的熱層密度。

建立二維大氣地圖

利用這些測量數據，研究人員繪製了約 500 公里高度熱層密度的二維經緯度快照。據該團隊稱，這是同類研究中首次進行斷層掃描分析。

由此產生的密度模式，也與歐洲太空總署（ESA）SWARM 衛星的觀測結果高度一致，SWARM 衛星沿著其軌道路徑測量大氣密度的變化。

這項工作擴展了該團隊先前的一項研究。在那項研究中，科學家們利用星鏈衛星的通用軌道資訊（稱為雙行元素，或 TLE）來估計熱層密度隨時間和高度的變化。新的分析增加了另一個維度，透過檢查密度在經度和緯度上的水平變化，揭示了熱層更多的地理結構。

隨著繞地球運行的物體數量持續增加，這項發現可能帶來實際效益。更準確的空氣密度資訊可以改善衛星運動的預測，有助於降低衛星之間以及衛星與太空碎片之間發生碰撞的機率。

這項技術最終也可能支持對衛星周圍空氣密度的近乎即時測量。這種監測可以改善太空天氣預報，並為未來更安全、更可靠的衛星運行做出貢獻。