"Kosmiczne popioły". Kolejny problem środowiskowy może nadejść z kosmosu

Wczesnym rankiem wrześniowej niedzieli 2024 roku, na lotnisku na Wyspie Wielkanocnej, oddalonej o ponad 2 300 kilometrów od wybrzeży Chile, zebrała się grupa badaczy. Chcieli zarejestrować ostatnie chwile satelity Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), znanego jako Salsa, który miał spłonąć w górnych warstwach atmosfery.

Badacze mieli do dyspozycji precyzyjne wyliczenia trajektorii, przygotowane przez kontrolerów lotu ESA. Na pokładzie wypożyczonego odrzutowca zainstalowali 25 kamer i spektrometrów zamontowanych przy oknach, licząc, że uchwycą moment rozpadu i rejestrować proces spalania satelity w czasie rzeczywistym. Celem było zrozumienie reakcji fizycznych i chemicznych zachodzących przy spalaniu satelitów w atmosferze – danych, których dziś w zasadzie nie mamy.

Jeszcze 15 lat temu wokół Ziemi krążyło zaledwie około tysiąca satelitów. Dziś jest ich około 10 tysięcy, a z uwagi na powstawanie megakonstelacji, takich jak Starlink należący do SpaceX, prognozuje się, że do końca lat 20. XXI wieku ich liczba wzrośnie dziesięciokrotnie. Gdy satelity kończą swoją misję, operatorzy sprowadzają je z orbity, aby spaliły się w atmosferze, unikając tym samym rosnącej liczby śmieci kosmicznych. Ta praktyka ogranicza zagrożenie na orbicie, ale pył i gazowe produkty spalania trafiają do warstw atmosfery, których wpływ na klimat i środowisko jest wciąż nieznany.

„Jeśli będzie coraz więcej obiektów wchodzących w atmosferę, to musi to mieć konsekwencje” – podkreśla w rozmowie z “MIT Technology Review” Stijn Lemmens, starszy analityk w ESA, który nadzorował misję obserwacyjną spalenia Salsy. Cząstki powstałe ze spalonych satelitów mogą zawierać substancje szkodliwe dla warstwy ozonowej i wpływać na temperaturę w stratosferze. Modelowanie sugeruje, że część składników może ją ochładzać, inne – ocieplać. Niektórzy eksperci podejrzewają, że pył z satelitów może nawet wpływać na pole magnetyczne Ziemi.

Największy wzrost liczby satelitów wiąże się z megakonstelacjami, takimi jak Starlink firmy SpaceX. Obecnie Starlink liczy około 6 500 satelitów, a do lat 30. może ich być ponad 40 tysięcy. W podobnym kierunku zmierzają projekty Amazon Kuiper, E-Space z Francji czy chińskie programy G60 i Guowang. Te tysiące satelitów mają żyć wyjątkowo krótko. Zamiast dziesięcioleci, jakie na orbicie spędzały dotychczasowe pojazdy, te mają być wymieniane co 5 lat. Stare urządzenia będą kierowane do atmosfery, gdzie spłoną.

Wraz z tym trendem rośnie liczba obiektów spalanych w atmosferze. Jonathan McDowell z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, który zajmuje się śledzeniem śmieci kosmicznych, zauważa lawinowy wzrost: jeszcze niedawno rocznie rejestrowano 50–100 spadających do atmosfery stopni rakiet, teraz to już około 300 rocznie. W 2019 r. spłonęło w atmosferze 115 satelitów, a do listopada 2024 r. już 950 – rekord, który najpewniej będzie regularnie bity.

Szacunki zaprezentowane na wrześniowych warsztatach na Uniwersytecie Southampton sugerują, że do 2033 roku masa spalanych w atmosferze satelitów i fragmentów rakiet może sięgnąć 4 000 ton rocznie. Co więcej, powstałe w ten sposób cząstki mogą utrzymywać się w rozrzedzonych warstwach atmosfery przez dekady lub nawet stulecia, wciąż oddziałując na jej chemię i rozprowadzanie ciepła.

Obszary, w których spalają się satelity – na wysokości od 60 do 80 kilometrów – są wyjątkowo trudno dostępne dla badaczy. Są zbyt wysoko dla balonów meteorologicznych, a zbyt nisko dla instrumentów satelitarnych. Jedynym rozwiązaniem jest próba obserwacji tego procesu z ziemi lub z samolotu, co udało się zespołowi śledzącemu spalenie Salsy.

„Zachodzą tam złożone reakcje chemiczne. Na przykład spalanie aluminium z satelitów przekształca się w tlenek glinu, który może przyczyniać się do niszczenia ozonu. Szokowa fala wywołana ogromną prędkością obiektu zmusza azot w powietrzu do reagowania z tlenem, tworząc tlenki azotu, również szkodliwe dla warstwy ozonowej” – wyjaśnia McDowell. Związki te mogą zmieniać bilans termiczny stratosfery, wpływając na cyrkulację mas powietrza, a co za tym idzie – na klimat. Niektóre badania wskazują nawet, że rozpylane w najwyższych partiach atmosfery cząsteczki mogą wpływać na częstotliwość burz na powierzchni Ziemi.

Atmosfera od zawsze stykała się z pyłem kosmicznym pochodzącym z meteorów. Rocznie trafia do niej około 18 000 ton materiału meteorytowego. Nawet jeśli floty megakonstelacji się rozrosną, naturalne źródła pozostaną głównym dostawcą pyłu. Tyle że meteory mają inny skład i spalają się szybciej, wytwarzając mniej niebezpiecznych dla ozonu tlenków azotu. W dodatku meteory prawie nie zawierają aluminium.

Obecnie udział spalania satelitów i rakiet w procesach niszczących ozon to zaledwie 0,1 proc. ogólnej działalności człowieka. Jednak z gwałtownym wzrostem liczby spalanych satelitów nikt nie jest w stanie powiedzieć, jak ten udział wzrośnie za 10, 20, czy 50 lat. Modele są niepewne, a badacze nie mają wystarczających danych.

„Musimy zdecydować jako społeczeństwo, czy priorytetem jest zmniejszenie ruchu satelitarnego, czy ograniczenie emisji z tych procesów” – mówi “MIT Technology Review” Connor Barker z University College London, autor katalogu zanieczyszczeń atmosferycznych pochodzących z satelitów opublikowanej niedawno w „Scientific Data”. „Potrzebujemy zrozumieć ich wpływ na środowisko, aby podejmować świadome decyzje.”