太陽黑子高峰期 太空碎片更快重返大氣層

一項新研究顯示，當太陽接近其 11 年活動週期高峰時，太空碎片會更快下降高度。這項研究將太陽活動與軌道衰減速率連結起來，發現太陽黑子數量上升——作為太陽活動的指標——與低地球軌道（LEO）物體加速再入大氣層有關。隨著太陽逼近太陽極大期，其紫外線和 X 射線輸出增強，加熱地球上層大氣並導致其向外膨脹。

為何太陽主導軌道衰減

機制在於大氣阻力。當熱層——大致位於 56 miles（90 km）至 372 miles（600 km）高度的大氣層——因太陽加熱而膨脹時，其在特定軌道高度的密度會增加。以約 17,500 mph（28,160 km/h）速度行進的衛星和碎片會遭遇更多分子阻力，從而逐漸損失軌道能量並降低軌道。這過程持續但非恆定。近太陽極小期時，熱層較涼且壓縮，因此 LEO 高度的大氣阻力相對較弱。

隨著太陽黑子數量向太陽極大期攀升——目前太陽週期 25 正接近此階段——運作高度的熱層密度可增加一個數量級，大幅縮短無控物體的軌道壽命。 研究發現，高度損失速率不僅在太陽極大期升高，而是隨太陽黑子數量進展而擴大規模，意味碎片早在週期高峰前即開始更快下降。這對碎片追蹤模型有實際影響，模型須考慮可變阻力環境，而非靜態環境。 更快再入並非單純有益。雖然最終可移除軌道碎片，但過渡期——物體穿越日益擁擠軌道殼層時——可能暫時增加活躍衛星的碰撞風險。

LEO 環境目前容納數千個直徑超過 4 inches（10 cm）的追蹤物體，以及估計 50 萬個太小而無法可靠目錄的碎片。SpaceX、OneWeb 和 Amazon Project Kuiper 等星座營運商的衛星持續機動避開已目錄威脅，但較小碎片構成無法緩解的碰撞風險。一枚已耗盡的 Falcon 9 上級段已展示無控火箭本體在長時間無導引軌跡下的行為。

太陽週期引入的變異性使碰撞評估複雜化。預測在太陽極小期維持軌道 3 年的碎片，在太陽極大期可能不到 1 年即再入——但再入窗口有數天至數週的不確定性，令傷亡風險預測困難。具高面積質量比的物體，如耗盡上級段和廢棄衛星，對熱層密度變化最敏感。 精準熱層密度預測仍是太空情勢感知的難題。現有經驗模型——包括美國海軍研究實驗室的 NRLMSISE-00 和 Jacchia 系列——使用如 F10.

7 等太陽通量指數參數化密度，但不確定性隨高度和太陽活動水準增長。新研究將太陽黑子數量與觀測碎片衰減速率的關聯，可為下一代高保真阻力模型提供資訊，特別若此關係在多個太陽週期及充足碎片追蹤數據下成立。NASA 和 ESA 等機構進行主動碎片移除可行性研究，但尚未有運作移除任務升空。在移除成為常態前，大氣阻力模型的預測準確性是降低再入預測不確定性的主要工具——太陽週期不再能視為背景變數。