انتشار گازهای گلخانه ای آینده مدار نزدیک به زمین را تهدید می‌کند
توسط مهرانه راجعی ·
· ۰
مقاله‌ای جدید نشان می‌دهد که انتشار مداوم گازهای گلخانه ای به جو زمین می‌تواند باعث افزایش طول عمر زباله‌های فضایی در مدار نزدیک به زمین شود.
در سناریوی انتشار بیش‌ازحد گازهای گلخانه ای ، این موضوع می‌تواند تا سال 2100 منجر به کاهش چشمگیری در تعداد ماهواره‌هایی شود که می‌توانند به‌طور ایمن در مدار نزدیک به زمین فعالیت کنند. این محدودیت‌ها خطر وقوع یک واکنش زنجیره‌ای خطرناک موسوم به پدیده کسلر را افزایش خواهد داد؛ جایی که برخوردهای پی‌درپی، تعداد زباله‌های فضایی و احتمال برخوردها را به‌طور فزاینده‌ای افزایش می‌دهد.
تیمی به سرپرستی مهندس هوافضا، ویلیام پارکر از مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT)، می‌نویسد: تغییرات آب‌وهوایی و تجمع زباله‌های فضایی دو مسئله مهم جهانی و به‌هم‌پیوسته هستند که نیاز به اقدامات یکپارچه دارند. فهم و احترام به تأثیری که محیط طبیعی بر توانایی جمعی ما برای فعالیت در مدار نزدیک به زمین دارد، برای جلوگیری از بهره‌برداری از این فضا و حفاظت از آن برای نسل‌های آینده ضروری است.
فضا بزرگ است، اما بی‌نهایت نیست
فضا اصلا کوچک نیست، اما میزان فضای قابل‌استفاده اطراف زمین برای عملیات ماهواره‌ای محدود است. در ارتفاع بین 200 تا 1000 کیلومتر (125 تا 620 مایل)، قبل از اینکه شرایط برای فعالیت ایمن خطرناک شود، تعداد محدودی از اشیاء می‌توانند در مدار قرار گیرند.
در ظرفیت خاصی، فضای مدار نزدیک به زمین آن‌قدر شلوغ می‌شود که برخوردها اجتناب‌ناپذیر می‌شوند. این برخوردها اجسام در حال برخورد را شکسته و خرد کرده و منطقه را با تکه‌های بیشتری از زباله‌های فضایی پر می‌سازند که در مسیرهای غیرقابل کنترل و پیش‌بینی‌ناپذیر حرکت می‌کنند. این وضعیت، به‌مرور مدار نزدیک به زمین را ناپایدارتر می‌کند. این سناریو با نام سندروم کسلر شناخته می‌شود.
عوامل تأثیرگذار بر ظرفیت مدار نزدیک به زمین
یکی از مواردی که در مورد مدار نزدیک به زمین می‌دانیم این است که ظرفیت آن بسته به عواملی که جو زمین را تحت تأثیر قرار می‌دهند، تغییر می‌کند.
برای مثال، در دوره اوج فعالیت خورشیدی، زمانی که خورشید پر از شعله‌ورشدن‌ها و فوران‌های فعال است، ماهواره‌ها سخت‌تر در مدار باقی می‌مانند. دلیل این اتفاق این است که افزایش انرژی خورشید باعث زیادشدن ضخامت جو می‌شود و در نتیجه، مقاومت در برابر ماهواره‌ها در مدار نزدیک به زمین افزایش می‌یابد.
وضعیت کنونی اقلیم زمین بی‌سابقه است. اثرات حجم عظیم انتشار گازهای گلخانه ای انسانی بر مدار نزدیک به زمین هنوز به‌طور کامل بررسی نشده است. اما می‌دانیم که این گازها باعث انقباض ترموسفر می‌شوند؛ لایه‌ای از جو که بین ارتفاعات 85 تا 600 کیلومتر قرار دارد.
کاهش مقاومت جو و پیامدهای آن
پارکر و همکارانش تلاش کردند تا این خلأ دانش را پر کنند. آن‌ها از مدل‌سازی جوی استفاده کردند تا بار ماهواره‌ای که مدار نزدیک به زمین می‌تواند در سال 2100 تحمل کند را تحت سناریوهای مختلف انتشار بررسی کنند.
آن‌ها دریافتند که کاهش چگالی ترموسفر که با افزایش انتشار گازهای گلخانه‌ای اتفاق می‌افتد، باعث کاهش مقاومت وارد بر ماهواره‌ها می‌شود؛ یعنی تأثیر ترمزی که به‌طور مداوم بر جسمی که در یک محیط سیال حرکت می‌کند اعمال می‌شود.
مقاومت جوی نیرویی مداوم بر ماهواره‌ها وارد می‌کند که باعث می‌شود ارتفاع آن‌ها به‌تدریج کاهش یابد. برای یک ماهواره عملیاتی، این به معنای نیاز به اصلاح ارتفاع است؛ بنابراین کاهش مقاومت جوی به‌ظاهر چیز خوبی است. اما از سوی دیگر، مقاومت جوی باعث می‌شود که زباله‌های فضایی به‌آرامی به‌سمت زمین سقوط کنند.
وقتی یک ماهواره عمر مفید خود را تمام می‌کند، مهندسان برنامه‌ریزی می‌کنند تا مقاومت جوی آن را به داخل جو زمین بکشد، جایی که بدون خطر برای زمین، هنگام ورود مجدد می‌سوزد. اما وقتی مقاومت جوی کاهش می‌یابد، این فرآیند بسیار طولانی‌تر می‌شود و ماهواره‌های غیرعملیاتی برای مدت بیشتری در مدار باقی می‌مانند و خطر برخورد با سایر اجسام را افزایش می‌دهند.
طبق مدل‌های آن‌ها، انتشار متوسط تا بالای دی‌اکسیدکربن باعث کاهش چشمگیر تعداد ماهواره‌هایی می‌شود که می‌توانند از مدار خارج شوند و مدار نزدیک به زمین مملو از زباله‌های فضایی می‌شود که تعداد ماهواره‌های جدیدی که می‌توانیم به آنجا ارسال کنیم را محدود می‌کند.
در بدترین سناریوی انتشار، محدوده ارتفاعی بین 400 تا 1000 کیلومتر با کاهش ظرفیت 60 درصدی در دوره اوج فعالیت خورشیدی و 82 درصدی در دوره حداقل فعالیت خورشیدی تا سال 2100 روبه‌رو می‌شود.
هنوز به نقطه بحران نرسیده‌ایم
گفتنی است که ما هنوز به ظرفیت کسلر نرسیده‌ایم. محاسبات این تیم نشان می‌دهد که میلیون‌ها ماهواره می‌توانند در پوسته‌های پایین‌تر مداری بدون ایجاد ناپایداری کسلر فعالیت کنند. در حال حاضر، 11,901 ماهواره در مدار زمین فعالیت می‌کنند و حدود 20,000 قطعه زباله فضایی نیز در همان‌جا شناورند.
با تلاش‌های کنونی برای پرکردن آسمان زمین با مجموعه‌های عظیم ماهواره‌ای، پژوهشگران هشدار می‌دهند که بهتر است پیش از وقوع این مشکل به آن فکر کنیم. آن‌ها می‌نویسند: با توجه به گسترش سریع و اخیر تعداد ماهواره‌ها در مدار نزدیک به زمین، درک تغییرات محیطی و تأثیر آن بر عملیات پایدار ضروری است تا از بهره‌برداری بیش از حد این منطقه جلوگیری شود.
تصاویر نویسندگان دیدگاه از Gravatar گرفته می‌شود.