Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) ustalili, że emisje gazów cieplarnianych wpłyną na zmniejszenie liczby satelitów, które będą mogły krążyć wokół naszej planety. W niektórych miejscach nawet o ponad połowę.
Inżynierowie zajmujący się lotnictwem i kosmonautyką na MIT odkryli, że emisje gazów cieplarnianych zmieniają środowisko w przestrzeni kosmicznej bliskiej Ziemi. W rezultacie z czasem doprowadzi to do zmniejszenia liczby satelitów, które mogą tam działać w bezpieczny sposób. Ich badanie opublikowano w czasopiśmie „Nature Sustainability”.
Kosmiczna ekspansja
Dwutlenek węgla i inne gazy cieplarniane mogą powodować kurczenie się górnych warstw atmosfery. Szczególnie interesująca jest termosfera, bo to wokół niej krąży Międzynarodowa Stacja Kosmiczna i większość satelitów. „Gdy termosfera się kurczy, zmniejszająca się gęstość zmniejsza opór atmosferyczny – siłę, która ściąga stare satelity i inne śmieci na wysokości, na których napotkają cząsteczki powietrza i spłoną” – wyjaśnia MIT.
Mniejszy opór oznacza zaś dłuższe życie kosmicznych odpadów, które przez dziesięciolecia będą zaśmiecać przestrzeń i zwiększać ryzyko kolizji na orbicie.
Zespół przeprowadził symulacje wpływu emisji dwutlenku węgla na górną atmosferę i dynamikę orbity. Pozwoliło to oszacować „nośność satelitów” niskiej orbity okołoziemskiej (odległość od 200 do 2000 km od powierzchni planety), a więc ilość takich obiektów możliwych do umieszczenia w niej w bezpieczny sposób.
Tak przeprowadzone symulacje wykazały, że na skutek emisji do roku 2100 „nośność” najpopularniejszych regionów może zostać zmniejszona o 50-66 proc.
– Nasze emisje gazów cieplarnianych na Ziemi w ciągu ostatnich 100 lat mają wpływ na sposób, w jaki będziemy obsługiwać satelity w ciągu następnych 100 lat – komentuje Richard Linares, jeden z autorów badania.
William Parker, główny autor analizy, wyjaśnia: – Górna atmosfera jest w kruchym stanie, ponieważ zmiana klimatu zakłóca status quo. Jednocześnie nastąpił ogromny wzrost liczby wystrzelonych satelitów, zwłaszcza w celu dostarczania szerokopasmowego Internetu z kosmosu. Jeśli nie będziemy ostrożnie zarządzać tą działalnością i pracować nad zmniejszeniem emisji, przestrzeń kosmiczna może stać się zbyt zatłoczona. To zaś doprowadzi do większej liczby kolizji i śmieci.
Dowód na wpływ człowieka
Termosfera naturalnie kurczy się i rozszerza co 11 lat. Jest to odpowiedź na regularny cykl aktywności słońca. Gdy jest ona niska, Ziemia otrzymuje mniej promieniowania, a jej najbardziej zewnętrzna atmosfera tymczasowo się ochładza i kurczy. Później, wraz z przechodzeniem do maksimum słonecznego, znów się rozszerza.
O ile gazy cieplarniane podnoszą temperaturę przy powierzchni Ziemi, tak na znacznie większych wysokościach doprowadzają do jej ochładzania. Na skutek tego ochładzania termosfera ulega kurczeniu, a gęstość atmosfery – zmniejszeniu.
W ostatniej dekadzie naukowcy zdołali jednak zmierzyć dodatkowe zmiany oporu stawianego satelitom. Dostarczyło to dowodów, że termosfera kurczy się na skutek czegoś więcej niż tylko naturalnego, 11-letniego cyklu słonecznego.
– Obserwujemy ocieplanie atmosfery przy powierzchni Ziemi, ale ochładzanie górnych warstw (…). W rezultacie satelity na niskich orbitach nieco niżej są spowalniane przez tarcie o atmosferę. Takie zachowanie atmosfery to dowód wprost na to, że ocieplenie nie jest powodowane przez Słońce. Wtedy górne warstwy by „puchły” – tłumaczy w rozmowie ze SmogLabem prof. Szymon Malinowski, fizyk atmosfery i współzałożyciel portalu „Nauka o Klimacie”.
„Niekontrolowana niestabilność”
W 2021 r. Syukuro Manabe otrzymał nagrodę Nobla za udowodnienie tego zjawiska już ponad pół wieku temu. Jak zwraca uwagę Piotr Florek, kolejny z ekspertów „Nauki o Klimacie”, nowością płynącą z analizy MIT jest jednak przeniesienie tych przewidywań do przemysłu kosmicznego. A dokładniej potraktowanie niskiej orbity ziemskiej jako zasobu, którego „odnawialność” zmniejszamy poprzez emisję CO2. – Zmniejszając gęstość termosfery, wydłużamy czas życia orbitalnych śmieci – tłumaczy Florek.
Tymczasem w ciągu ostatnich pięciu lat wystrzelono więcej satelitów niż wszystkich w ciągu poprzednich 60 lat razem. W rezultacie po niskiej orbicie okołoziemskiej dryfuje obecnie już ponad 10 tys. satelitów. Te satelity dostarczają niezbędne usługi, w tym Internet, komunikację, nawigację, prognozowanie pogody i bankowość.
W związku z „kosmiczną ekspansją” operatorzy muszą regularnie wykonywać manewry, które służą unikaniu kolizji. Gdy mimo to do nich dochodzi, oznacza to, że odpady zostaną w przestrzeni na dziesięciolecia lub stulecia.
Zdaniem naukowców MIT, jeśli przepustowość satelitów zostanie przekroczona, dany region może doświadczyć „niekontrolowanej niestabilności”. Możliwa jest kaskada kolizji, która wytworzy tak dużo śmieci, że satelity nie będą mogły tam bezpiecznie działać.
–
Zdjęcie tytułowe: Alones/Shuterstock
