Les débris spatiaux – allant des satellites défunts aux étages de fusée abandonnés en passant par les fragments de collisions – constituent une menace toujours croissante pour les engins spatiaux actifs et les vols spatiaux habités. De nouvelles recherches montrent que les augmentations de l’activité solaire peuvent accélérer la descente des débris spatiaux, remodelant ainsi la façon dont les scientifiques prédisent la durée de vie des satellites et les risques de collision.
Une orbite terrestre basse (LEO) entre 400 et 2 000 km d’altitude est idéale pour les satellites d’imagerie et de surveillance et les « méga-constellations » Internet telles que Starlink.
Malheureusement, de nos jours, il regorge également de « déchets » comme de vieux débris de satellites et des étages de fusées, qui menacent les nouveaux lancements spatiaux. Par exemple, même une seule collision peut provoquer des dégâts par effet domino.
Étant donné que les missions de capture de débris spatiaux avec des robots en sont encore à leurs balbutiements, les scientifiques se concentrent aujourd’hui principalement sur le suivi plus précis des débris afin d’identifier les objets les plus dangereux en vue d’un retrait futur.
« Nous montrons ici que les débris spatiaux autour de la Terre perdent de l’altitude beaucoup plus rapidement lorsque le Soleil est plus actif », a déclaré le Dr Ayisha Ashruf, chercheuse au Centre spatial Vikram Sarabhai.
« Pour la première fois, nous constatons qu’une fois que l’activité solaire dépasse un certain niveau, cette perte d’altitude se produit sensiblement plus rapidement. »
« Cette observation devrait être essentielle pour planifier des opérations spatiales durables à l’avenir. »
Le Soleil a un cycle de 11 ans de phases actives et calmes – corrélées au nombre de taches solaires – ce qui entraîne des changements dans l’intensité avec laquelle il émet.
Rayonnement UV et particules chargées, par exemple noyaux d’hélium et ions lourds.
Lorsque ce courant sortant culmine, comme le plus récemment en 2024, les émissions solaires se réchauffent et se propagent vers le haut dans la thermosphère terrestre (située entre environ 100 et 1 000 km, avec une température comprise entre 500 et 2 500 degrés Celsius).
Cela augmente à son tour la densité atmosphérique autour des corps en orbite (entre 350 et 36 000 km) et augmente la résistance ou la « traînée » sur eux, les ralentissant ainsi et les faisant tomber plus rapidement.
Dans cette étude, le Dr Ashruf et ses collègues ont suivi la trajectoire historique de 17 objets spatiaux LEO sur une période de 36 ans depuis les années 1960, du 22e au 24e cycle solaire.
Ces objets tournent autour de la Terre toutes les 90 à 120 minutes à une altitude comprise entre 600 et 800 km, et ne sont pas encore rentrés dans l’atmosphère, où ils finiront par brûler.
Étant donné que les débris spatiaux n’effectuent pas de manœuvres actives de maintien en position comme le font les satellites, les changements dans la vitesse de leur descente (décroissance orbitale) ne dépendent que des fluctuations de la densité thermosphérique.
« Cela fait des débris spatiaux un excellent outil pour retracer l’effet à long terme de l’activité solaire sur la traînée atmosphérique », ont déclaré les chercheurs.
Ils ont lié les trajectoires aux données à long terme du Centre allemand de recherche en géosciences qui suivent le nombre de taches solaires et les changements quotidiens dans les émissions radio et ultraviolettes extrêmes (EUV) du Soleil.
Les résultats montrent que lorsque le nombre de taches solaires est supérieur aux deux tiers de son maximum, les débris spatiaux franchissent une « limite de transition », un seuil au-delà duquel ils commencent à tomber beaucoup plus rapidement.
« Ce seuil ne semble pas être lié à une valeur fixe du rayonnement solaire, mais plutôt à la proximité du Soleil par rapport à son activité maximale », a déclaré le Dr Ashruf.
« Autour de ce point, le Soleil produit un rayonnement EUV plus intense, qui peut être dû à des changements dans les processus solaires qui deviennent plus forts près du pic. »
Les scientifiques soulignent que leurs résultats devraient aider les scientifiques spatiaux à mieux planifier les trajectoires des satellites, en évitant les collisions avec des débris spatiaux.
« Nos résultats impliquent que lorsque l’activité solaire dépasse un certain niveau, les satellites – tout comme les débris spatiaux – perdent de l’altitude plus rapidement, ce qui nécessite davantage de corrections d’orbite », a déclaré le Dr Ashruf.
« Cela affecte directement la durée pendant laquelle les satellites restent en orbite et la quantité de carburant dont ils ont besoin, en particulier pour les missions lancées à proximité d’un maximum solaire. »
« Le plus intéressant, c’est que toutes ces informations proviennent d’objets lancés dans les années 1960. »
« Ils contribuent toujours à la science, constituant des outils précieux pour étudier les effets à long terme de l’activité solaire sur la thermosphère. »
