Стало известно, как ударные волны от падающих обломков помогают науке

Весной 2024 года жители Южной Калифорнии стали свидетелями необычного зрелища — по ночному небу пронеслась цепочка ярких огненных шаров. Позже выяснилось, что это были фрагменты вышедшего из строя китайского космического аппарата, сгоревшие в атмосфере. Подобные явления нередко сравнивают с наблюдениями метеоров и болидов, например во время метеорных потоков, однако в этот раз источник оказался техногенным. Неожиданно именно это событие позволило ученым проверить новый способ прогнозирования падения космического мусора. Об этом сообщает журнал Science.

Огненный след и сейсмический отклик

Когда обломки космического аппарата входили в атмосферу на огромной скорости, они создавали мощные ударные волны. Эти волны достигали поверхности Земли и фиксировались сейсмическими станциями, которые обычно используются для регистрации землетрясений.

В апреле 2024 года такие сигналы одновременно зафиксировали десятки датчиков в Калифорнии и Неваде. Именно эти данные легли в основу нового исследования, показавшего, что сейсмические сети могут стать инструментом отслеживания падающих объектов из космоса.

Почему прогнозы падения так сложны

Сегодня основную работу по отслеживанию объектов на орбите выполняют радары. Например, Космические силы США наблюдают за объектами размером более 10 сантиметров. Число таких тел быстро растет: если в 2015 году их насчитывалось около 20 тысяч, то сейчас — уже более 43 тысяч.

Большинство из них представляет собой космический мусор — неработающие спутники, ступени ракет и обломки столкновений. Со временем сопротивление атмосферы заставляет их сходить с орбиты, а изменения в верхних слоях атмосферы, связанные с солнечной активностью, делают эти процессы еще менее предсказуемыми.

Идея использовать сейсмометры

Сейсмолог и планетолог Бенджамин Фернандо из Университета Джонса Хопкинса предположил, что проблему можно решить иначе. Падающие обломки движутся со скоростью, во много раз превышающей скорость звука, поэтому создают мощные звуковые удары. Когда они достигают поверхности, их регистрируют сейсмометры. Сравнивая время прихода сигналов на разных станциях, можно восстановить траекторию, скорость и даже степень разрушения объекта.

Чтобы проверить эту идею, Фернандо и его коллега Константинос Хараламбус из Имперского колледжа Лондона проанализировали данные о падении орбитального модуля китайской миссии "Шэньчжоу-15". Они обнаружили, что 126 сейсмических станций зафиксировали характерные сигналы, связанные именно с прохождением обломков, подобно тому как фиксируются иные атмосферные и космические процессы, включая движение ионизированного газа в галактиках.

"Эта картина совершенно однозначно указывает на то, что это не землетрясение, не серия столкновений автомобилей и не что-либо еще из того странного и удивительного, что мы иногда фиксируем сейсмометрами", — говорит Бенджамин Фернандо.

На основе этих данных ученые восстановили траекторию полета, которая оказалась примерно на 28 километров южнее ранее рассчитанной по радиолокационным данным.

Перспективы и ограничения метода

Независимые эксперты высоко оценили подход.

"У нас уже есть эти датчики, и мы можем использовать их для других целей. Я действительно впечатлен тем, каких успехов они достигли", — отметил инженер-аэрокосмист Джон Крассидис из Университета Буффало.

При этом исследователи признают, что метод еще нуждается в доработке. Ветер и другие атмосферные факторы могут искажать как траекторию обломков, так и форму звуковой волны. Кроме того, в регионах с редкой сетью сейсмометров точность будет ниже, чем в сейсмоактивных районах вроде Южной Калифорнии.

Тем не менее Фернандо рассчитывает, что в течение ближайших пяти лет удастся создать автоматизированную систему, способную почти в реальном времени обнаруживать и анализировать входящий в атмосферу космический мусор. По его словам, интерес к этой технологии уже проявляют космические агентства разных стран.