Zmiana klimatu może wpłynąć na liczbę satelitów na orbicie
Naukowcy odkryli, że zmiana klimatu może zmienić środowisko kosmiczne w pobliżu Ziemi w sposób, który z czasem zmniejszy liczbę satelitów orbitujących wokół naszej planety.
.W badaniu opublikowanym w czasopiśmie Nature Sustainability, naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) odkryli, że dwutlenek węgla i inne gazy cieplarniane mogą powodować kurczenie się górnej warstwy atmosfery. Astronomowie skupili się głównie na termosferze, w której obecnie orbituje Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS) i większość satelitów.
Kiedy termosfera się kurczy, zmniejszająca się gęstość zmniejsza opór atmosferyczny – siłę, która ściąga stare satelity i inne kosmiczne śmieci na wysokość, na której napotkają cząsteczki powietrza i spalą się. Mniejszy opór, zdaniem naukowców, oznacza to wydłużony czas życia kosmicznych śmieci, które będą potencjalnym zagrożeniem przez dziesięciolecia, zwiększając prawdopodobieństwo kolizji na orbicie.
Astronomowie przeprowadzili symulacje tego jak zmiana klimatu może wpłynąć na górną atmosferę i dynamikę orbitalną, aby oszacować „nośność satelitów” na niskiej orbicie okołoziemskiej. Modele te przewidują, że do 2100 r. nośność najpopularniejszych regionów może zostać zmniejszona o 50-66 proc. z powodu wpływu gazów cieplarnianych.
„Zmiana klimatu spowodowana emisją gazów cieplarnianych tutaj na Ziemi w ciągu ostatnich 100 lat ma wpływ na to, jak będziemy obsługiwać satelity w ciągu przyszłych 100 lat. Górna atmosfera jest w delikatnym stanie, ponieważ zmiany klimatyczne wpływają na nią, a jednocześnie nastąpił ogromny wzrost liczby wystrzeliwanych satelitów, zwłaszcza w celu dostarczania szerokopasmowego Internetu z kosmosu. Jeśli nie będziemy ostrożnie zarządzać tą działalnością i pracować nad ograniczeniem emisji, przestrzeń kosmiczna może stać się zbyt zatłoczona, co doprowadzi do większej liczby kolizji i śmieci” – mówi William Parker z MIT.
Termosfera naturalnie kurczy się i rozszerza co 11 lat w odpowiedzi na regularny cykl aktywności słonecznej. Kiedy aktywność gwiazdy jest niska, Ziemia otrzymuje mniej promieniowania, a jej najbardziej zewnętrzna część atmosfery tymczasowo ochładza się i kurczy, a następnie ponownie rozszerza się podczas maksimum słonecznego.
W latach 90. naukowcy zastanawiali się, jaka może być reakcja termosfery na gazy cieplarniane. Ich wstępne modelowanie wykazało, że podczas gdy zatrzymują one ciepło w dolnej atmosferze, gdzie doświadczamy globalnego ocieplenia i pogody, te same gazy wypromieniowują ciepło na znacznie większych wysokościach, skutecznie chłodząc termosferę. Naukowcy przewidywali, że wraz z tym chłodzeniem termosfera powinna się kurczyć, zmniejszając gęstość atmosfery na dużych wysokościach.
W ciągu ostatniej dekady badacze byli w stanie zmierzyć zmiany w oporze satelitów, dostarczając pewnych dowodów na to, że termosfera kurczy się w odpowiedzi na coś więcej niż naturalny 11-letni cykl słoneczny.
„Niebo dosłownie spada – tylko w tempie dziesięcioleci. Widzimy to po tym, jak zmienia się opór na naszych satelitach” – podkreśla Parker.
Naukowcy przeanalizowali, jak może to wpłynąć na liczbę satelitów, która mogłaby bezpiecznie działać na orbicie Ziemi. Obecnie ponad 10 tysięcy satelitów dryfuje na niskiej orbicie okołoziemskiej – przestrzeni kosmicznej do 2 tysięcy kilometrów od powierzchni naszej planety.
Satelity te zapewniają podstawowe usługi, w tym Internet, komunikację, nawigację i prognozowanie pogody. Populacja satelitów wzrosła w ostatnich latach, co wymaga od operatorów wykonywania regularnych manewrów w celu uniknięcia kolizji. Wszelkie zderzenia, które mają miejsce, mogą generować szczątki, które pozostają na orbicie przez dziesięciolecia lub stulecia, zwiększając ryzyko dalszych kolizji z satelitami, zarówno starymi, jak i nowymi.
W nowym badaniu naukowcy przeprowadzili symulację, tego jak zmiana klimatu, spowodowana emisją gazów cieplarnianych, może w ciągu następnego stulecia, zmienić gęstość atmosfery i opór powietrza. Następnie, dla każdego zakresu wysokości od Ziemi, modelowali dynamikę orbitalną i ryzyko kolizji satelitów w oparciu o liczbę obiektów. Wykorzystali to podejście do określenia „pojemności środowiska” każdej wysokości – terminu, który jest zwykle używany w badaniach ekologicznych do opisania liczby osobników, które ekosystem może utrzymać.
Naukowcy porównali kilka scenariuszy – jeden, w którym stężenie gazów cieplarnianych pozostaje na poziomie z 2000 r. i inne, w których emisje ulegają zmianie. Stwierdzili, że scenariusze z ciągłym wzrostem emisji doprowadziłyby do znacznego zmniejszenia nośności na całej niskiej orbicie okołoziemskiej.
.Astronomowie oszacowali, że do końca tego stulecia liczba satelitów bezpiecznie umieszczonych na wysokościach 200 i 1000 kilometrów nad Ziemią może zostać zmniejszona o 50 do 66 porc. w porównaniu ze scenariuszem, w którym emisje pozostają na poziomie z 2000 roku. Jeśli ta pojemność zostanie przekroczona, nawet w lokalnym regionie, naukowcy przewidują, że obszary te doświadczą „niekontrolowanej niestabilności” lub kaskady kolizji, które spowodują powstanie tak dużej ilości śmieci, że infrastruktura nie będą już mogła tam bezpiecznie działać. Prognozy dotyczą roku 2100, ale badacze twierdzą, że niektóre powłoki w atmosferze są już zatłoczone satelitami.
Oprac. EG
