Когда космос становится мал: как парниковые газы готовы устроить столкновение в небе

Столкновения в космосе могут стать большим риском из-за загрязнения парниковыми газами. Повышение выбросов парниковых газов может повлиять на запуски спутников в будущем, как показывает новое исследование. По мере их накопления, загрязнение вызывает сжатие верхних слоёв атмосферы Земли, что потенциально увеличивает риск столкновений спутников на орбите.
Это ещё один способ, которым выбросы ископаемого топлива оказывают ощутимое влияние на вещи, от которых люди зависят каждый день, особенно когда телекоммуникационные компании запускают мегасозвездия спутников. Оказывается, космос — это有限ный ресурс, и его нужно лучше управлять, по мере того как изменения климата делают всё ещё более ограниченным, утверждают авторы исследования.
"Мы действительно достигли конца эпохи 'космос велик', и, думаю, нам стоит перестать это говорить," говорит Уильям Паркер, ведущий автор исследования, опубликованного сегодня в Nature Sustainability и аспирант Массачусетского технологического института. "Люди не осознают, что проблема устойчивости космоса напрямую затрагивает их."
"Мы действительно достигли конца эпохи 'космос велик'"
Выбросы парниковых газов задерживают тепло в нижней атмосфере, повышая глобальные средние температуры на Земле. Другим побочным эффектом является то, что меньше тепла попадает в верхние слои атмосферы, а тепло, которое попадает, рассеивается более легко в космос. Это приводит к охлаждению и сжатию верхней атмосферы. Можно представить это как сжатие воздушного шара, если положить его в морозильник, говорит Паркер.
Люди зависят от сильной атмосферы, чтобы в конечном итоге захватывать мёртвые спутники и другие космические обломки, большинство из которых в конечном итоге сгорает при падении через атмосферу. Но по мере того как атмосфера становится менее плотной, это уменьшает сопротивление космическим обломкам, позволяя им дольше оставаться на орбите — и увеличивая срок, в течение которого они могут столкнуться с другими объектами.
По данным исследования, грузоподъемность спутников может сократиться на 50–66% на высотах от 200 до 1 000 км над Землёй. Это произойдёт через 75 лет в худшем случае при высоких выбросах парниковых газов из продолжающегося развития ископаемого топлива и всё более энергоемкого образа жизни на Земле. К счастью, это значит, что у нас ещё есть время ограничить риски, которые выбросы парниковых газов могут представлять для спутников. В сценарии, который считается более вероятным, с умеренными выбросами парниковых газов до конца века грузоподъемность на тех же высотах сократится на 24–33%.
Это всё равно будет значительным изменением, к которому операторы спутников должны подготовиться, особенно поскольку низкая орбита Земли становится всё более многолюдной. С 1957 года человечество запустило около 20 650 спутников в космос, из которых около 11 100 всё ещё функционируют. Эти числа стремительно возросли за последнее десятилетие с появлением интернет-услуг на основе спутников. SpaceX планирует запустить до 42 000 спутников только в своей программе Starlink.
Столкновения становятся всё более актуальной проблемой, поскольку мусор накапливается в космосе. Спутники SpaceX пришлось провести 50 000 маневров избегания столкновений всего за первую половину 2024 года, чтобы избежать других космических аппаратов и обломков. И по мере роста выбросов парниковых газов им, возможно, придётся избегать ещё большего количества препятствий.
Ранее проводились исследования, как выбросы парниковых газов вызывают сжатие и охлаждение верхней атмосферы. Исследование, опубликованное сегодня, вероятно, было первой попыткой количественно оценить влияние снижения плотности атмосферы на орбитальную ёмкость в нижней орбите Земли, по словам Петра Шахи, исследователя отдела атмосферной физики Карлова университета, не участвовавшего в новой работе. Паркер и его коллеги использовали атмосферные модели, чтобы оценить, сколько спутников может безопасно находиться на орбите в зависимости от различных сценариев выбросов парниковых газов. Шаха отмечает, что есть и другие факторы, которые могут вызывать краткосрочные аномалии в плотности, особенно учитывая, что учёные мало понимают, как гравитационные волны будут реагировать на изменения атмосферы, вызванные выбросами парниковых газов.
Паркер хочет убедиться, что мы можем избежать критического момента, когда всё движение в нижней орбите Земли вызывает каскадные столкновения, что может привести к утрате людьми доступа к определенным частям космоса, как если бы это было закрытие дороги после массового ДТП. В данный момент люди зависят от спутников для повседневных услуг — от GPS до прогнозов погоды.
"Мы все хотим убедиться, что будущие поколения смогут воспользоваться теми преимуществами, которые мы получили от космоса," говорит Паркер. "Я думаю, что цель этой статьи — привлечь внимание общественности ... устойчивость космоса затрагивает их. И убедиться, что в сообществе операторов спутников люди осознают, что этот ресурс ограничен и меняется."