مطالعه جدید: انتشار گاز گلخانه‌ای سبب آلودگی مدار پایین زمین با زباله‌های فضایی می‌شود
مقاله جدیدی نشان می‌دهد ادامه انتشار گازهای گلخانه‌ای در جو زمین می‌تواند ماندگاری زباله‌های فضایی در مدار پایین زمین را افزایش دهد.
پژوهشی جدید نشان می‌دهد ادامه انتشار گازهای گلخانه‌ای در جو زمین ممکن است ماندگاری زباله‌های فضایی در مدار پایین زمین را افزایش دهد. پیش‌بینی می‌شود با ادامه روند انتشار این گاز تا سال ۲۱۰۰، تعداد ماهواره‌هایی که می‌توانند ایمن در مدار پایین زمین (لئو) فعالیت کنند، به‌طور چشمگیری کاهش یابد.
این محدودیت‌ها به میزان قابل‌توجهی توانایی بشر را برای ارسال ماهواره‌ها به این مدار کاهش می‌دهد؛ زیرا خطر آغاز واکنش زنجیره‌ای کسلر (runaway Kessler cascade) از برخوردهای فزاینده و مهارنشدنی زباله‌های فضایی وجود خواهد داشت.
تیمی به سرپرستی مهندس هوانوردی «ویلیام پارکر» از مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) می‌نویسد:
«تغییرات اقلیمی و انباشت زباله‌های مداری 2 مسئله فوری و جدایی‌ناپذیر با ابعاد جهانی هستند که نیاز به اقدامات هماهنگ دارند.»
این تیم می‌افزاید:
«درک و احترام به تأثیری که محیط طبیعی بر توانایی جمعی ما برای فعالیت در مدار پایین زمین دارد، برای جلوگیری از بهره‌برداری بیش از حد از این حوزه و حفاظت از آن برای نسل‌های آینده ضروری است.»
فضا بسیار پهناور است اما آن بخش اطراف زمین که می‌توانیم برای عملیات ماهواره‌ای از آن استفاده کنیم، محدود است. فقط تعداد مشخصی از اجرام آسمانی را می‌توان در ارتفاعی بین حدود ۲۰۰ تا ۱۰۰۰ کیلومتر قرار داد.
فراتر از این ظرفیت، فضای مدار پایین زمین آن‌قدر شلوغ خواهد شد که برخورد اجرام فضایی اجتناب‌ناپذیر می‌شود. این برخوردها باعث شکستن و خردشدن اجرام می‌شود و منطقه را با قطعات بیشتری از زباله‌های فضایی پر می‌کند. این قطعات در مسیرهایی غیرقابل‌کنترل و پیش‌بینی‌ناپذیر حرکت کرده و به‌تدریج مدار پایین زمین را بیش‌ازپیش ناپایدار می‌کنند. این سناریو با نام سندرم کسلر شناخته می‌شود.
یکی از نکاتی که درباره فضای مدار پایین زمین می‌دانیم این است که ظرفیت آن می‌تواند بسته به عواملی که بر جو زمین تأثیر می‌گذارند، تغییر کند.
برای مثال، در دوره بیشینه فعالیت خورشیدی، زمانی که خورشید با شراره‌ها و فوران‌های شدید فعال‌تر می‌شود، ماهواره‌ها برای باقی‌ماندن در مدار با چالش بیشتری مواجه می‌شوند؛ زیرا افزایش انرژی خورشیدی باعث انبساط جو زمین شده و مقاومت هوا (درَگ) را در مدار پایین زمین افزایش می‌دهد که درنتیجه، ماهواره‌ها سریع‌تر ارتفاع خود را از دست می‌دهند.
پیامدهای انتشار عظیم گازهای گلخانه‌ای ناشی از فعالیت‌های انسانی بر مدار پایین زمین دقیق بررسی نشده است. آنچه می‌دانیم این است که این گازها باعث کوچک شدن ترموسفر (لایه‌ای از جو که در ارتفاعی بین حدود ۸۵تا ۶۰۰ کیلومتر قرار دارد) می‌شوند.
پارکر و همکارانش تلاش کردند این شکاف اطلاعاتی را پر کنند. آنها با مدل‌سازی جو تلاش کردند تعداد ماهواره‌هایی را که ممکن است سال ۲۱۰۰ در مدار پایین زمین تحت سناریوهای مختلف انتشار گازهای گلخانه‌ای مطرح شده است، تعیین کنند.
آنها دریافتند کاهش چگالی ترموسفر که درنتیجه افزایش انتشار گازهای گلخانه‌ای رخ می‌دهد، منجر به کاهش مقاومت (درگ) قابل‌حس توسط ماهواره‌ها می‌شود.
نیروی مقاومت مداوم بر ماهواره‌ها تأثیر گذاشته و باعث می‌شود ارتفاع آنها به‌تدریج کاهش یابد. برای یک ماهواره عملیاتی، این موضوع به معنای نیاز مداوم به اصلاح ارتفاع است؛ بنابراین، کاهش درگ مفید محسوب می‌شود. از سوی دیگر، درگ اعمال‌شده بر زباله‌های فضایی باعث می‌شود آنها به‌آرامی به سمت زمین سقوط کنند.
زمانی که ماهواره از نظر فنی دیگر مفید نباشد، مهندسان ممکن است طوری برنامه‌ریزی کنند که نیروی درگ باعث سقوط آن به زمین شود؛ جایی که هنگام ورود مجدد به جو، بی‌خطر می‌سوزد و به‌این‌ترتیب ایمن از مدار خارج می‌شود. وقتی درگ کاهش یابد، این فرایند زمان برتر خواهد شد و ماهواره ازدورخارج‌شده مدتی طولانی‌تری در مدار پایین زمین باقی می‌ماند و خطراتی برای سایر اجرام ایجاد می‌کند.
براساس این مدل، انتشار متوسط تا بالای دی‌اکسیدکربن به‌شدت تعداد ماهواره‌هایی را که از مدار خارج می‌شوند، کاهش می‌دهد؛ مدار پایین زمین پر از زباله فضایی باقی‌مانده و تعداد ماهواره‌های جدیدی که می‌توانیم به آن ارسال کنیم، محدود می‌شود.
در بدترین سناریوی انتشار گازهای گلخانه‌ای، محدوده ارتفاعی بین ۴۰۰ تا هزار کیلومتر تا سال ۲ هزار و ۱۰۰ در دوران بیشینه فعالیت خورشیدی کاهش ظرفیت به میزان ۶۰ درصد و در دوران کمینه فعالیت خورشیدی کاهش ظرفیت به میزان ۸۲ درصد را تجربه خواهد کرد.
بااین‌همه ما هنوز به ظرفیت سندرم کسلر نزدیک نشده‌ایم. محاسبات تیم نشان می‌دهد میلیون‌ها ماهواره می‌توانند به‌طور ایمن در پایین‌ترین ارتفاع مداری فعالیت کنند بدون آنکه ناپایداری کسلر رخ دهد؛ در زمان نگارش این مطلب، ۱۱ هزار و ۹۰۱ ماهواره در مدار زمین فعالیت دارند و تخمین زده می‌شود که حدود ۲۰ هزار قطعه زباله فضایی نیز آنجا سرگردانند.
باتوجه‌به اقدامات کنونی برای پرکردن آسمان زمین با گروه‌های ماهواره‌ای، پژوهشگران می‌گویند بهتر است قبل از وقوع این مشکل، فکری برای آن شود.
نویسندگان این مطالعه می‌نویسند:
«باتوجه‌به گسترش سریع تعداد ماهواره‌ها در مدار پایین زمین درک تغییرپذیری محیطی و تأثیر آن بر عملیات پایدار، برای جلوگیری از بهره‌برداری بیش از حد از این منطقه ضروری است.»
این پژوهش در مجله Nature Sustainability منتشر شده است.
