双胞胎探测器，两种不同的命运

2012年8月，两个完全相同的航天器一同离开地球：范艾伦探测器A和B，它们是为研究环绕地球的辐射带而建造的。它们有着同样的八角形外形、同样的四块太阳能板、同样倾角为10.2度的高度椭圆轨道。科学任务结束后，探测器B于2019年7月19日关机，探测器A于2019年10月18日关机。根据任务前的预测，两者都应在轨道上停留到2034年。

事实并非如此。探测器A于2026年3月11日再入大气层。探测器B仍在轨道上——尽管它关机还早了几个月。两个发射到同一轨道、沐浴在同样空间天气中的双胞胎，寿命怎么会如此不同？

重建八年的轨道

印度特里凡得琅的维克拉姆·萨拉巴伊航天中心和印度空间科学技术研究所的Ayisha Ashruf及其同事，利用公开轨道数据重建了每个探测器的路径，每15秒一个点。对于每个位置，一个大气模型根据当时太阳和地球磁场的活动，估算出高层大气——热层——中稀薄空气的密度。

在椭圆轨道的低处，靠近距地球最近的那个点——称为近地点——探测器掠过这层稀薄的空气。每次经过都会让它们减速一点。这就是大气阻力，它是让卫星坠落的主要力量。

一个不断扩大的小差距

直到2022年，两个探测器的演化都保持同步。但从2021年起，它们的近地点开始分开。奇怪的是，起初探测器B下降得更深——约180公里，而A约为200公里——但探测器A在低处停留的时间更长：它的近地点在每个周期的底部附近徘徊。

上图：探测器A（深红色）和B（蓝色）的轨道大小及其差值（粉色）。下图：它们近地点的高度。阴影带：差距跃升的阶段；橙色线：2024年5月的风暴。——图1，Ashruf et al. (2026)，arXiv:2610.05372。

从2022年底开始，差距变得明显。探测器A的近地点降到约190公里以下，而B的仍保持在其上方。从2023年年中到2025年，A降到约160公里，B降到约180公里。根据论文正文，到2025年，探测器A在263公里以下停留的时间比它的双胞胎多出约39小时。

即使在同一高度，两个探测器遇到的空气也不再相同：它们此时穿越低层大气时所处的纬度、经度和当地时间都不一样。同样的太阳，同样的风暴，却不是同样的大气。

阻力的恶性循环

空气随高度下降而迅速变稠。在低处多待一点时间，就意味着多得多的阻力。更大的阻力降低轨道，使探测器下降到更低的地方，那里的空气更稠密。作者把这种放大反馈描述为整个故事的核心：一个微小的初始差异不断自我强化。

风暴充当加速器

空间天气也朝同一方向推动：

• 2022年10月，一系列温和的地磁暴与差距的第一次明显跃升同时发生。当时探测器A已接近180公里，B则在200公里以上。作者回顾说，2022年2月的一场中等风暴已经因为让200公里附近的空气膨胀而导致38颗星链卫星损失。
• 2023年12月以及2024年3月和8月的强风暴，每一次都与差距的再次扩大同时发生。
• 在2024年5月的“甘农”（Gannon）风暴期间，探测器A的恢复似乎被延缓了，而B没有。当时两个探测器经过的时间分别处于傍晚的不同时刻，这一点可能有影响。
• 在背景中，太阳正在苏醒：随着新的太阳活动周期开始，其紫外辐射自2019年以来不断增强，使高层大气变稠，让每一个微小的轨道差异代价都更高。

对拥挤轨道的启示

没有哪一场风暴能单独解释这一切：两者的分道扬镳，源于微小的轨道差异，被风暴以及空气密度随高度降低而急剧增加的特性一再放大。作者承认其工具的局限——一个低估风暴影响的平均大气模型、在最后坠落阶段变得模糊的轨道数据，以及一个必须缩小十倍才能与观测相符的计算能量损失。尽管如此，他们得出结论：在同一片天空下，两个处于几乎相同轨道上的航天器，寿命可能大相径庭——这对预测卫星和太空碎片何时坠落是一个教训。