8 Minute
Cercetătorii au descoperit că rețelele seismice terestre — folosite de obicei pentru a „asculta” cutremurele — pot de asemenea să surprindă semnătura sonică a resturilor spațiale necontrolate atunci când acestea străbat atmosfera. Prin analizarea acelor semnale acustice, oamenii de știință pot reconstrui viteza, altitudinea, momentul fragmentării și zona probabilă de cădere a obiectelor care reiau traiectoria către Pământ, oferind astfel un instrument suplimentar pentru conștientizarea situațională spațială și monitorizarea resturilor spațiale.
Fotografie observată a reintrării modulului Shenzhou-15 realizată din Ventura, SUA.
How seismic networks caught Shenzhou‑15's fall
Pe 2 aprilie 2024, modulul orbital abandonat Shenzhou‑15 a reintrat în atmosferă deasupra sudului Californiei. Având un diametru de aproximativ 2,2 metri și o masă în jur de 1,5 tone metrice, modulul era suficient de mare pentru a reprezenta un risc pentru aviație și, potențial, pentru persoane sau infrastructură la sol — ceea ce l-a transformat într-un studiu de caz ideal pentru metode alternative de urmărire și monitorizare a reintrărilor atmosferice.
Planetologul Benjamin Fernando (Johns Hopkins University) și inginerul Constantinos Charalambous (Imperial College London) au testat ipoteza că stațiile seismice pot înregistra conul acustic Mach generat de obiectele care călătoresc cu viteză supersonică sau hipersonică. Ei au accesat înregistrările publice ale Southern California Seismic Network și Nevada Seismic Network și au identificat semnale seismoacustice care corespundeau urmărilor sonore așteptate pentru modul.
Ilustrație a urmărilor sonice lăsate de obiectul aflat în cădere.
Când un obiect pătrunde în atmosferă la viteze supersonice sau hipersonice, acesta generează un con larg de unde de presiune comprimată, nu un singur „boom” izolat. Instrumentele de la sol sensibile la cuplarea aer‑sol — în acest caz, seismometrele — pot detecta impulsul de presiune acolo unde conul intersectează suprafața terenului. Prin cronometrarea sosirii acelor impulsuri la multiple stații distribuite geografic, echipa a putut reconstrui o traiectorie precisă a coborârii modulului, incluzând variațiile de viteză și punctele în care au avut loc evenimentele de fragmentare.
Analiza seismoacustică sugerează că Shenzhou‑15 se deplasa la aproximativ Mach 25–30 în timpul reintrării — valoare consistentă cu viteza orbitală pre‑intrare de ~7,8 km/s (≈4,8 mile/s). În primele momente ale căderii, înregistrările seismice au arătat un șoc singular și puternic; pe măsură ce modulul s‑a încălzit și s‑a dezmembrat, semnalul s‑a degradat într‑o succesiune de „boom‑uri” mai mici. Această semnătură armonizează cu relatările martorilor oculari și cu telemetria care indicau fragmentarea și dezintegrarea componentelor modulului pe măsură ce se supuneau stresului aerodinamic și termic.
O animație care arată cum undele de șoc au fost înregistrate la locații diferite în timp.
Why seismoacoustic tracking matters
Problematică resturilor spațiale este în accelerare. Agenția Spațială Europeană estima în aprilie 2025 că aproximativ 1,2 milioane de obiecte suficient de mari pentru a produce daune sunt deja catalogate pe orbită în jurul Pământului, iar acest număr va continua să crească pe măsură ce tot mai multe sateliți ajung la sfârșitul ciclului lor de viață. Reintrările necontrolate sunt în mod special dificile: o navă moartă nu poate fi dirijată sau comandată, iar coborârea finală se poate desfășura în mod imprevizibil din cauza fragmentării, variațiilor atmosferice și a efectelor aerodinamice complexe.
Rețelele seismice sunt extinse, înregistrează continuu și, în multe cazuri, au date publice accesibile. Utilizarea lor pentru detectarea conului Mach creat de un obiect care reintră oferă mai multe avantaje operaționale: permite cronometrarea precisă a evenimentelor de fragmentare, determinarea unghiului de coborâre și a benzilor de altitudine, precum și estimări rafinate ale vitezei. Aceste informații pot îmbunătăți semnificativ modelele care prezic unde ar putea ajunge fragmentele supraviețuitoare sau particulele aerosolizate, sprijinind planificatorii de urgență, autoritățile aviatice și responsabilii în gestionarea riscului și cordonarea zonelor potențial afectate.
De asemenea, utilizarea datelor seismoacustice completează metodele existente de supraveghere spațială, cum ar fi radarul, urmărirea optică și simulările de reintrare atmosferică. În multe cazuri, aceste rețele pot localiza și restrânge rapid zonele de căutare, reducând timpul necesar pentru a mobiliza echipe la sol și pentru a direcționa aviația; acest lucru este deosebit de important în regiuni cu acoperire radar limitată sau atunci când condițiile meteorologice afectează observarea vizuală sau optică.
Cercetătorii subliniază însă că pentru fragmente foarte mari care ajung la sol, impactul fizic poate avea loc înainte ca boom‑urile sonore asociate să fie înregistrate la stații îndepărtate. Totuși, detectările seismoacustice pot oferi rapid coordonate aproximative și pot reduce aria de căutare mai eficient decât multe metode tradiționale, devenind astfel o capabilitate complementarã valorosã pentru supravegherea reintrărilor necontrolate.
Scientific and operational implications
Dincolo de atenuarea riscurilor imediate, abordarea furnizează date valoroase despre dinamica fragmentării — cum și când obiectele se dezintegrează sub stres aerodinamic și termic extrem. Aceste date empirice pot fi introduse în simulările numerice de reintrare pentru a valida sau ajusta modele fizice: coeficienți de frecare atmosferică, legături între densitatea materialului și rezistența la strivire, precum și procese de vaporizare și ablație. Rezultatul sunt simulări de reintrare mai exacte, evaluări de risc îmbunătățite pentru regiunile populate situate sub coridoarele frecvente de degradare orbitală și planuri de gestionare mai eficiente pentru eliminarea sateliților ajunși la sfârșitul vieții.
Detectarea particulelor de dimensiuni aerosoli eliberate în timpul dezmembrării este un alt beneficiu potențial. Particulele foarte fine pot avea implicații locale asupra mediului sau sănătății, în funcție de compoziția lor chimică și de altitudinea la care au fost eliberate; prin cuplarea detectărilor seismoacustice cu modele de dispersie atmosferică (atmospheric dispersion modelling) se pot schița hărți ale zonelor probabile de expunere, utile pentru autorități de sănătate publică și pentru evaluări de mediu post‑eveniment.
Lucrările lui Fernando și Charalambous demonstrează că infrastructura existentă — rețele seismice instalate inițial pentru geologie și monitorizarea cutremurelor — poate fi reutilizată cu analize suplimentare relativ modeste pentru a servi conștientizării situaționale spațiale. Această reutilizare are o valoare deosebită pentru senzori distribuiți la nivel global, cu costuri reduse, mai ales în zone unde rețeaua tradițională de supraveghere spațială este limitată sau inexistentă. Rețelele seismice reprezintă astfel o resursă complementaryă, scalabilă și durabilă pentru monitorizarea resturilor spațiale și pentru abordarea riscurilor asociate reintrărilor necontrolate.
Expert Insight
„Această tehnică nu înlocuiește radarul sau urmărirea optică, dar oferă un flux de date independent și puternic,” spune Dr. Elisa Moreno, un astrophysician ipotetic și specialist în reintrări. „Rețelele seismice pot completa golurile, confirma cronologia fragmentării și pot ajuta la localizarea câmpurilor probabile de resturi atunci când ferestrele de reintrare sunt incerte. Pentru țările fără infrastructură densă de supraveghere spațială, metodele seismoacustice pot reprezenta o schimbare de paradigmă.”
Analiștii avertizează că detecția seismoacustică funcționează cel mai bine pentru fragmente suficient de mari și dense, care produc semnături clare de presiune. Fragmentele mici pot genera semnale sub pragul de zgomot, iar eficiența transferului de energie dintre presiunea aerului și mișcarea solului depinde puternic de geologia locală și de sensibilitatea stațiilor. De exemplu, substraturi sedimentare moi pot atenua semnalele cu frecvență înaltă, în timp ce roci tari pot transmite impulsuri mai clare; cunoașterea acestor condiții locale este esențială pentru interpretarea corectă a înregistrărilor seismice.
Cu toate acestea, așa cum arată cazul Shenzhou‑15, metoda poate oferi rezultate cantitative — estimări ale vitezei, intervale de altitudine și cronologia fragmentării — care se aliniază bine cu predicțiile orbitale și cu alte surse de date. Integrarea acestor informații într‑un cadru multi‑sensor (radar + optic + seismoacustic) sporește siguranța, reduce incertitudinile și îmbunătățește capacitatea decizională în situații de reintrare necontrolată.
Conclusion
Reintrările necontrolate vor continua atâta vreme cât resturile spațiale vor popula orbita terestră, dar instrumentarul pentru monitorizarea lor se extinde constant. Prin „ascultarea” urmărilor sonice cu ajutorul rețelelor seismice, cercetătorii pot extrage detalii noi și aplicabile despre modul în care obiectele se dezintegrează și despre locul în care fragmentele ar putea ajunge. Această fuziune între geofizică și știința spațială adaugă o capacitate ieftină și larg disponibilă pentru urmărirea resturilor spațiale, reducând incertitudinile asociate reintrărilor și completând instrumentele tradiționale de supraveghere spațială.
Sursa: sciencealert
Lasă un Comentariu