日本研究指出磁暴是 SpaceX 一夕损失 40 枚卫星的主要原因，发射机制亦成隐患

去年（2022 年）2 月，SpaceX 发射的一批 Starlink 共 49 枚卫星，受到太阳表面爆发的闪焰（solar flare）所引发的磁暴（geomagnetic storm，地球磁层扰动）影响，共有 40 枚卫星失能、只能坠回大气层烧毁。事件让全球关注这一轮太阳活跃年是否风险更高、以及太空天气预报是否充分，但磁暴是事件唯一的真因吗？

日本学术机构「国立极地研究所」团队研究指出，当时发生的磁暴规模，是平均每个月都会发生一次、极普遍常见的磁暴。原因可能出于 Starlink 一度停留在约 200 公里处的高空，而该高度在磁暴发生时的空气阻力高于预期 50%，最后致使卫星失能。该仿真数据与 SpaceX 所发表的空气阻力吻合。

根据 SpaceX 当初（2022 年 2 月 8 日） 发表的说明，49 颗 Starlink 卫星由猎鹰 9 号（Falcon 9）发射至 210 公里的预定轨道，这些卫星具备有可控飞行（controlled flight）的能力，并准备自该处上升至部署位置。

可以藉太空天气预报避险吗？「无预警的第二次磁爆」

事实上，引起该磁暴的太阳风暴发生在 1 月 29 日。包含主导本次研究的「极地研」片冈龙峰副教授，也在第一时间预报数日后将发生磁暴。

到了（世界时） 2 月 3 日，磁暴如预期般的发生了。

SpaceX 选在这一波磁暴结束后的时间点，发射 49 枚卫星升空。这是因为，当太阳闪焰发生、从太阳喷射出的电浆体与物质（CME，Coronal mass ejection，コロナ质量放出。下图黄色与橙色区块）在地球引发一波磁暴后，再度发生第二波磁暴的案例极其罕见；此外，过去对 200 公里高度的大气所知较少，对磁暴发生时理解仅限于极地附近会发生约 25% 左右大气密度的改变。

然而，卫星却遭遇罕见的第二波磁暴而失能了。为什么？

Photo Credit：极地研

分析复数组探测机、以及卫星的太阳与太阳风观测数据后，团队发现并非 CME 到达地球、引发第一波磁暴后再引发第二波，而是在极短的时间内，太阳依序喷发了两次 CME（上图黄色为第一次、橙色为第二次），两波 CME 之间相隔极短的时间，并且先后引发了两波磁暴。

低成本 Starlink 卫星的启示：弱磁暴也可能因高度不足受损

即使如此，根据日经新闻报导，两波磁暴都不是直接扑向地球，只是轻擦而过而已。磁暴会增加大气的密度、以及人造卫星所从大气受到的空气阻力。据说明，SpaceX 在卫星脱离火箭、到达缺省的 210km 高空时，增加了约 50% 的阻力，因此为了减缓阻力、而让卫星移至安全模式。该研究使用日本的学术单位「情报通信研究机构」的模型、进行仿真后，计算出即使是弱磁暴，也会在全球的尺度造成大气密度增加 50% 的结果。

Photo Credit：极地研

（上图为经过模式仿真计算、2 月 4 日的 200km 高度的大气质量密度。与磁暴发生前的变化以 % 表示）

日经指出，目前类似 Starlink 这类型离地数百米的「低轨道卫星」，普遍做法都是一口气升空到目标高度。然而，Starlink 为了节省燃料等更高效的运用目的，尝试了先将卫星发射到 210km 的高度、之后再让卫星自行上升到目标高度。空气阻力在高度越低的空中就会越大，因此像这种运作方式，也很可能是本次让卫星失能的影响因素之一。

本次研究也显示，更高频率的发射、以及寻求更低成本时，在偶然发生磁暴时就可能出状况。因此在采取对策时，不只是大规模的太阳活动、较弱的太阳闪焰也必须列为观测与防备的对象。