国立极地研究所片冈龙峰副教授与情报通信研究机构（NICT）盐田大幸主任研究员、阵英克主任研究员、垰千寻主任研究员、品川裕之研究员、成蹊大学藤原均教授、九州大学三好勉信准教授等人的共同研究显示，经过分析2022年2月上旬发生的磁暴发生机制，以及模拟磁暴引起的大气密度增加现象，明确了同年2月上旬Space X公司发射的数十颗低轨道卫星重新进入大气层并丢失的原因。此成果于2022年12月23日刊登在欧洲科学杂志《Journal of Space Weather and Space Climate》上。
图1：引发磁暴的两次日冕物质抛射（黄色部分和橙色部分。供图：国立极地研究所）
美国Space X公司的卫星丢失事件发生于2022年2月上旬磁暴的产生期间。同年2月3日，该公司发射的49颗星链卫星中，有多颗重新进入大气层并丢失。太阳发生大规模爆炸时，会产生大量的等离子体并释放出来（日冕物质抛射），当这些等离子体到达地球后，在全球范围内会出现数日地磁减弱现象。这种现象就是磁暴。
根据Space X公司发布的信息，卫星发射后，大气阻力（卫星从周围大气中受到的空气阻力）增加了50%左右，虽然卫星被转移到了约210公里的低高度轨道安全模式以降低大气阻力，但最终有多达40颗卫星无法重新回复轨道，未能上升到目标高度的350公里就丢失了。
此次发生的磁暴规模属于每月都会发生一次的常见水平，即使这样，还是有多颗卫星重新进入了大气层，这一点备受研究人员关注。另外，对于卫星被投放的200公里高度附近的大气观测较少，对磁暴影响的了解也不充分，过往研究中只知道某些局部地区会出现25%左右的大气密度增减。
此次，片冈准教授等人的研究团队分析了这场磁暴的发生机制，根据太阳风观测数据的分析结果指出，可能是由于两次太阳的日冕物质抛射同时来到地球，导致了不规则、难以预测的磁暴发生。
研究团队认为，磁暴连续发生两次是罕见的，并且第二次难以预测。分析结果表明，太阳先后发生了两次日冕物质抛射，并引发了两次磁暴。
此外，研究团队在进行大气物理过程实时模拟（GAIA）后得知，在高度200公里处，大气阻力增加现象会在比以往认知的更大范围内发生，即使是非大规模的弱磁暴，也会影响低轨道卫星的航行。
以过往研究为基础的经验模型中，大气密度增加为25%左右，而通过本次大气模拟模型的实时预测发现，被磁暴加热膨胀的大气从局部地区扩展到低纬度，并在全球范围内增加了50%的密度。
研究团队认为，此次研究结果表明，为了能事先预测磁暴引起的大气阻力增加，需要进一步加深理解太阳风的构造，提高对磁暴的预测精度，并且需要开发、使用更为先进的高精度再现大气阻力的地球大气模型。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Journal of Space Weather and Space Climate
论文：Undexpected space weather causing the reentry of 38 Starlink satellites in February 2022
DOI：10.1051/swsc/2022034
