Inżynierowie lotniczy i kosmiczni z MIT odkryli, że z powodu zwiększonej emisji gazów cieplarnianych, na orbicie może dochodzić do większej liczby kolizji pomiędzy satelitami. Z roku na rok coraz bardziej zmniejsza się bowiem przepustowość orbity. Co nam grozi? Jakie będą skutki tej sytuacji w najbliższych latach?
Dalsza część artykułu pod materiałem wideo
Zatrważające odkrycie naukowców z MIT
Badacze z MIT zaobserwowali, że dwutlenek węgla oraz inne gazy cieplarniane przyczyniają się do kurczenia się górnych warstw atmosfery. Szczególną uwagę poświęcili termosferze, w której poruszają się Międzynarodowa Stacja Kosmiczna oraz większość satelitów. Gdy termosfera ulega zmniejszeniu, jej gęstość spada, co skutkuje mniejszym oporem aerodynamicznym. To właśnie ten opór powoduje, że kosmiczne śmieci, takie jak szczątki nieaktywnych satelitów, opadają ku Ziemi i spalają się w atmosferze. Jeśli opór będzie mniejszy, odpady te pozostaną na orbicie przez dłuższy czas, co doprowadzi do ich nagromadzenia i zwiększy ryzyko kolizji z funkcjonującymi satelitami oraz innymi obiektami.
W ramach badań, których wyniki opublikowano w Nature Sustainability, przeprowadzono symulacje, mające na celu określenie wpływu emisji dwutlenku węgla na wyższe warstwy atmosfery oraz dynamikę obiektów kosmicznych. Uzyskane wyniki wskazują, że do 2100 roku pojemność najbardziej eksploatowanych obszarów orbity zmniejszy się o 50-66 procent na skutek działania gazów cieplarnianych.
- Nasze zachowanie na Ziemi w ciągu ostatnich 100 lat wpływa na to, w jaki sposób będziemy używali satelitów przez kolejnych 100 lat - mówi profesor Richard Linares z Wydziału Aeronautyki i Astronautyki MIT.
- Emisja gazów cieplarnianych niszczy delikatną równowagę górnych warstw atmosfery. Jednocześnie gwałtownie rośnie liczba wystrzeliwanych satelitów, szczególnie telekomunikacyjnych, zapewniających dostęp do internetu. Jeśli nie będziemy mądrze zarządzali satelitami i nie ograniczymy emisji, orbita stanie się zbyt zatłoczona, co będzie prowadziło do większej liczby kolizji i większej liczby krążących na niej szczątków - dodaje główny autor badań, William Parker.
Czy niebo "spadnie nam na głowy"?
Termosfera podlega cyklicznym zmianom swojej objętości, rozszerzając się i kurcząc w rytmie 11-letnich cykli aktywności słonecznej. Gdy aktywność Słońca jest niska, do naszej planety dociera mniej promieniowania, co powoduje ochłodzenie i tymczasowe skurczenie się najbardziej zewnętrznych warstw atmosfery. Natomiast w okresach wzmożonej aktywności słonecznej warstwy te nagrzewają się i rozszerzają.
Już w latach 90. naukowcy opracowali modele sugerujące, że wraz z globalnym ociepleniem górne warstwy atmosfery będą się stopniowo ochładzać. Proces ten miał prowadzić do kurczenia się termosfery oraz spadku jej gęstości. W ciągu ostatnich dziesięciu lat rozwój technologii umożliwił dokładne pomiary oporu aerodynamicznego, działającego na satelity. Uzyskane dane wykazały, że termosfera zmniejsza swoją objętość nie tylko w wyniku naturalnego cyklu słonecznego, lecz także pod wpływem dodatkowego, długoterminowego zjawiska.
- Niebo dosłownie spada, w tempie liczonym w dziesięcioleciach. A widzimy to na podstawie zmian oporów doświadczanych przez satelity - wyjaśnia Parker.
Naukowcy z MIT postanowili sprawdzić, w jaki sposób to zmierzone zjawisko wpłynie na liczbę satelitów, które można bezpiecznie umieścić na niskiej orbicie okołoziemskiej. Do jakich wniosków doszli?
Co dalej z kosmicznymi śmieciami?
W ciągu ostatnich 5 lat ludzkość umieściła na LEO więcej satelitów niż przez wcześniejszych 60 lat. Jednym z głównych celów badań było sprawdzenie, czy sposób, w jaki obecnie prowadzimy działania na niskiej orbicie okołoziemskiej, można będzie utrzymać w przyszłości.
Obliczenia wskazują, że jeśli emisja gazów cieplarnianych nadal będzie wzrastać, liczba satelitów, które będzie można umieścić na orbitach na wysokości od 200 do 1000 kilometrów nad Ziemią, zmniejszy się o 50-66 procent w porównaniu do scenariusza, w którym emisje utrzymałyby się na poziomie z roku 2000. Przekroczenie "zdolności ładunkowej" orbity, nawet w ograniczonym zakresie, może doprowadzić do serii kolizji, generując ogromną ilość odłamków. W efekcie przestrzeń orbitalna mogłaby stać się niezdatna do użytku.
Autorzy badań zwracają uwagę, że niektóre obszary orbity już teraz zbliżają się do granicy swojej przepustowości. Głównym czynnikiem przyspieszającym to zjawisko jest rosnąca liczba megakonstelacji, składających się z tysięcy niewielkich satelitów, takich jak system Starlink firmy SpaceX.
- Polegamy na atmosferze, która oczyszcza orbitę z pozostawionych przez nas odpadów. Jeśli atmosfera się zmienia, zmienia się też środowisko, w którym znajdują się odpady. Pokazujemy, że długoterminowe możliwości usuwania odpadów z orbity są uzależnione od zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych - podsumowuje Richard Linares.
Zobacz także:
- Katy Perry poleci w kosmos. "Jest zaszczycona"
- Polski astronauta chce głosować z kosmosu. Co na to prawo?
- Ubezpieczenie od upadku rakiety. Czy to możliwe? "Jest jeden warunek"
Autor: RŁ
Źródło: Nature Sustainability
Źródło zdjęcia głównego: Tetra Images/GettyImages