A circa 500 chilometri sopra la Terra c’è ancora abbastanza atmosfera da rallentare un satellite. L’effetto è minuscolo, ma misurabile: proprio osservando queste variazioni dell’orbita un gruppo di ricercatori è riuscito a ricostruire come cambia la densità della termosfera in diverse zone attorno al nostro pianeta.
Per farlo gli scienziati hanno utilizzato i dati orbitali di circa 1.200 satelliti Starlink. Un punto va chiarito subito: i satelliti Starlink non stanno misurando l’atmosfera e non contengono, per questo lavoro, particolari sensori meteorologici. Sono i ricercatori che analizzano il modo in cui le loro orbite vengono modificate dalla resistenza dell’atmosfera residua e da questi dati ricavano indirettamente informazioni sulla sua densità.
Il vantaggio è evidente: invece di avere pochi satelliti scientifici che attraversano determinate zone, gli scienziati possono sfruttare una costellazione composta da moltissimi oggetti distribuiti attorno al pianeta, trasformando dati nati per altri scopi in una sorta di rete di osservazione dell’alta atmosfera.
Come si può misurare l’atmosfera osservando un satellite
La regione interessata è la termosfera, una parte estremamente rarefatta dell’atmosfera terrestre che si estende per centinaia di chilometri sopra la superficie. A 500 chilometri di quota la quantità di materia presente è minuscola rispetto a quella che respiriamo al livello del mare, ma non è zero.
Un satellite in orbita bassa viaggia a circa 7-8 chilometri al secondo e continua quindi a incontrare atomi e molecole. Queste collisioni producono una piccola forza di resistenza, chiamata atmospheric drag.
Se la densità atmosferica aumenta, aumenta anche la resistenza. Il satellite perde leggermente energia orbitale e la sua traiettoria cambia. Misurando questa variazione e tenendo conto delle altre forze che agiscono sul veicolo, i ricercatori possono procedere a ritroso e stimare la densità del gas attraversato.
È importante quindi distinguere causa e misura: Starlink subisce il fenomeno fisico; sono gli scienziati a trasformare le conseguenze del fenomeno in un dato sulla termosfera.
Il precedente esperimento con i dati TLE
Il nuovo lavoro amplia una ricerca precedente condotta da Mamoru Yamamoto e Takuya Sori della Kyoto University, pubblicata nel 2026 su Earth, Planets and Space.
In quel caso gli scienziati avevano utilizzato i cosiddetti Two-Line Element, o TLE, dati standard che descrivono matematicamente l’orbita di un satellite e che vengono comunemente utilizzati per seguirne e prevederne il movimento.
In particolare veniva osservata la variazione del mean motion, cioè il numero di orbite completate dal satellite in un giorno. Quando la resistenza atmosferica fa scendere lentamente un satellite, l’oggetto entra in un’orbita leggermente più bassa e completa più rapidamente il giro attorno alla Terra.
La velocità con cui cambia questo parametro contiene quindi informazioni sul drag e, indirettamente, sulla densità atmosferica.
Quel primo studio utilizzava soprattutto satelliti che stavano perdendo quota naturalmente e permetteva di osservare come la densità variasse nel tempo e con l’altitudine. Gli autori precisavano inoltre che, non conoscendo con sufficiente precisione il coefficiente balistico di ogni satellite Starlink, il metodo era più affidabile per studiare le variazioni relative della densità che per assegnare un valore assoluto perfettamente preciso.
Con 1.200 satelliti si aggiunge una mappa geografica
Il passo successivo consiste nello sfruttare il grande numero di satelliti disponibili per capire non soltanto quando cambia la termosfera, ma anche dove cambia.
Analizzando circa 1.200 satelliti distribuiti su numerose orbite, i ricercatori hanno ricostruito le variazioni della densità in funzione anche di latitudine e longitudine. In questo modo l’analisi acquista una dimensione geografica e consente di osservare una parte molto più ampia della struttura della termosfera intorno ai 500 chilometri di quota.
È questo il vantaggio particolare delle megacostellazioni dal punto di vista scientifico: i satelliti non sono stati costruiti come strumenti atmosferici, ma il loro numero e la distribuzione delle orbite producono una quantità di dati che può essere sfruttata come “signal of opportunity”, un segnale disponibile per uno scopo completamente diverso da quello per cui l’infrastruttura era stata progettata.
Un’altra ricerca pubblicata nel 2026 su Space Weather ha mostrato un approccio simile utilizzando dati di oltre 1.500 satelliti Starlink. In quel caso la perdita di energia orbitale veniva analizzata insieme a dati di navigazione e a modelli delle forze aerodinamiche per ricavare misure della densità efficace lungo l’orbita.
Il controllo con i satelliti scientifici Swarm
Per verificare che le variazioni ricostruite siano realmente legate all’atmosfera serve però un termine di paragone indipendente.
Qui entrano in gioco i satelliti Swarm dell’Agenzia Spaziale Europea. La missione è stata progettata principalmente per studiare il campo magnetico terrestre, ma dalle precise osservazioni delle orbite dei satelliti è possibile ottenere anche dati sulla densità della termosfera.
I modelli prodotti utilizzando i dati orbitali Starlink hanno mostrato una buona corrispondenza con le variazioni osservate da Swarm. Questo confronto è importante perché consente di verificare un metodo indiretto basato sul comportamento della costellazione Starlink usando dati provenienti da una missione scientifica indipendente.
Perché la densità a 500 km può cambiare rapidamente
La termosfera è tutt’altro che immobile. L’attività solare e quella geomagnetica possono riscaldarla e farla espandere, aumentando la quantità di materia che un satellite incontra alla stessa quota.
Le conseguenze possono essere concrete. Nel febbraio 2022 una tempesta geomagnetica aumentò il drag incontrato da un gruppo di satelliti Starlink appena lanciati a una quota molto inferiore a quella operativa. 38 dei 49 satelliti lanciati rientrarono successivamente nell’atmosfera.
Quell’episodio ha mostrato quanto sia importante prevedere correttamente la densità della termosfera, soprattutto durante periodi di forte attività solare.
Chi volesse approfondire può consultare lo studio sulle condizioni termosferiche associate alla perdita dei satelliti Starlink del 2022.
Una misura migliore aiuta anche a prevedere le collisioni
Conoscere meglio la densità della termosfera ha un’utilità che va oltre lo studio dell’atmosfera.
La resistenza atmosferica influenza continuamente le orbite dei satelliti e dei detriti presenti nella fascia più bassa dello spazio terrestre. Se il drag reale è diverso da quello previsto dal modello, dopo un certo tempo anche la posizione prevista dell’oggetto diventa meno accurata.
Una mappa più aggiornata della densità può quindi contribuire a migliorare le previsioni orbitali, rendendo più affidabili i calcoli utilizzati per stabilire se due satelliti, oppure un satellite e un detrito, rischiano di passare troppo vicini.
Il beneficio potrebbe riguardare anche il meteo spaziale: seguire quasi in tempo reale le variazioni della termosfera permetterebbe di capire più rapidamente come l’alta atmosfera sta reagendo all’attività del Sole.
Starlink fornisce i punti, gli scienziati costruiscono la mappa
Definire i satelliti Starlink “sensori atmosferici” è quindi una semplificazione utile soltanto se si tiene presente come funziona realmente il procedimento.
I satelliti non osservano direttamente la densità dell’aria. Seguono le proprie orbite e subiscono le normali forze presenti nell’ambiente spaziale. Gli scienziati raccolgono i dati sul loro movimento, modellano gravità, drag e altri effetti e da queste variazioni ricavano informazioni sull’atmosfera attraversata.
La particolarità sta nella scala. Una singola traiettoria offre informazioni limitate; centinaia o migliaia di orbite distribuite attorno alla Terra possono diventare una rete di campionamento molto più estesa.
È un esempio interessante di riutilizzo scientifico di un’infrastruttura nata per tutt’altro scopo: la costellazione Starlink serve a fornire connettività satellitare, mentre sono i ricercatori che stanno scoprendo come utilizzare le tracce lasciate dall’atmosfera sulle sue orbite per osservare una regione della Terra altrimenti molto difficile da monitorare.
