环绕地球的区域正变得越来越拥挤，成千上万的卫星和太空碎片正在低地轨道中移动。更高的地方，在几百公里的高度，地球上层大气的痕迹仍然能施加足够的阻力来减慢卫星的速度。因此，准确测量这些高度的气氛密度对预测卫星的运动和减少碰撞风险至关重要。上层大气中超过 99% 的成分是被称为热层的电中性气体。热层密度这个术语是指在距离地球表面约 100 到 1000 公里之间这种中性大气的密度。相比之下，离子层的离子气体占大气的比例不足 1%。由于离子气体会影响无线电波的传播，因此离子层相对容易观察。而测量热层的条件则困难得多。观察热层的新方法更加准确的热层密度测量可以推进上层大气的研究，同时为太空工程提供有价值的信息。基于这两方面的需求，京都大学的研究人员开发了一种新的技术来可视化这个难以观察的区域。通讯作者山本守表示：“这是一项跨越空间科学和空间工程的多学科研究。阅读这两个研究领域的论文后，我们意识到这两个领域的研究人员之间需要更深入的对话。”研究人员使用可公开获得的星链卫星轨道信息，并应用通常与医学成像相关的断层成像技术到地球上层大气中。通过检查卫星轨道逐渐衰减过程中的气氛阻力，团队估算了大约 1200 顆卫星在 482 公里高度附近的热层密度。构建二维大气地图利用这些测量结果，研究人员生成了一个约 500 公里高度的热层密度的二维纬度-经度快照。根据团队的说法，这是此类断层分析的首次尝试。得到的密度模式与欧洲航天局的 SWARM 卫星的观测具有强一致性，后者沿其轨道路径测量气氛密度的变化。这项工作扩展了同一团队早期的研究。在那项研究中，科学家们利用称为双行元素（TLE）的一般轨道信息估计了热层密度随时间和高度的变化。新的分析通过研究密度在纬度和经度上的水平变化，增加了另一个维度，揭示了热层的地理结构。使拥挤的轨道更安全这些发现可能对正在不断增加的地球轨道物体数量具有实用好处。更准确的气氛密度信息可以改善卫星运动的预测，帮助减少卫星与卫星之间及卫星与太空碎片之间的碰撞几率。这种技术也可能最终支持对卫星周围气氛密度的近实时测量。这种监测可以改善空间天气预报，并为未来更安全、更可靠的卫星操作做出贡献。