ขยะอวกาศจากดาวเทียมอาจสร้างความเสียหายให้กับชั้นสตราโตสเฟียร์

ขยะอวกาศของโลกอาจสร้างความหายนะให้กับชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์

การเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของกลุ่มดาวดาวเทียมขนาดใหญ่กำลังเชื่อมต่อโลกส่วนใหญ่เข้ากับอินเทอร์เน็ตบรอดแบนด์ แต่ในแต่ละปี ดาวเทียมหลายร้อยดวงเหล่านั้นตาย และลุกไหม้ในชั้นบรรยากาศขณะที่พวกมันตกลงมา และในแต่ละปี มีการส่งดาวเทียมเข้ามาแทนที่มากขึ้นเรื่อยๆ

ดาวเทียมที่กำลังจะตาย ปรากฎว่า ไม่ใช่แค่กระพริบตาเป็นอีเธอร์ แต่ละคนทิ้งตัวเองไว้ข้างหลังเล็กน้อย

นักวิจัยกล่าวว่าการเสียชีวิตอันร้อนแรงของดาวเทียมเหล่านี้พร้อมกับจำนวนการปล่อยจรวดที่เพิ่มขึ้นอย่างมากกำลังเพิ่มมลพิษที่ทำลายโอโซนและเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศให้กับชั้นสตราโตสเฟียร์ การเปลี่ยนแปลงทางเคมีในชั้นบรรยากาศของโลก ซึ่งรวมถึงชั้นโอโซนที่ป้องกันแสงอัลตราไวโอเลตนั้น ยังไม่ชัดเจนนัก แต่นักวิทยาศาสตร์กำลังเร่งค้นหาคำตอบ

Daniel Murphy นักวิทยาศาสตร์ด้านชั้นบรรยากาศจากห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์เคมีของ National Oceanographic and Atmospheric Administration ในเมืองโบลเดอร์ รัฐโคโล กล่าวว่า “การปล่อยจรวดมีการเติบโตอย่างรวดเร็วมาก” “ในช่วงสองสามปีที่ผ่านมา มีเหตุการณ์กลับเข้ามาใหม่ประมาณ 500 ครั้งต่อปี และผู้คนกำลังพูดถึง 10,000 คนในอนาคตอันใกล้นี้ นั่นคือประมาณหนึ่งชั่วโมง ดังนั้นเราจึงต้องการทำความเข้าใจผลกระทบโดยเร็วที่สุด”

กลุ่มดาวเชิงพาณิชย์

ปัจจุบันมีดาวเทียมที่ใช้งานอยู่ประมาณ 10,000 ดวงในวงโคจรรอบโลก สองในสามเป็นของ-SN: 3/3/23- อีก 630 แห่งเป็นส่วนหนึ่งของ Eutelsat OneWeb ในลอนดอน และโครงการอินเทอร์เน็ตอื่นๆ ตั้งใจจะตามให้ทันอย่างรวดเร็ว: ในเดือนสิงหาคม จีนได้เปิดตัวดาวเทียม 18 ดวงแรกสำหรับกลุ่มดาวเฉียนฟานหรือ "Thousand Sails" ซึ่งท้ายที่สุดแล้วมีแผนจะประกอบด้วยดาวเทียมอย่างน้อย 12,000 ดวง โครงการหงหู-3 ของจีนที่วางแผนไว้อีกโครงการหนึ่ง ตั้งเป้าที่จะเชื่อมโยงดาวเทียมได้มากถึง 10,000 ดวง

ตามการประมาณการ อาจมีดาวเทียมมากถึง 100,000 ดวงในวงโคจรใกล้โลกภายในปี 2030 และอาจมีดาวเทียมอีกครึ่งล้านดวงโคจรรอบโลกในอีกหลายทศวรรษต่อๆ ไป

ดาวเทียมอินเทอร์เน็ตเหล่านี้ได้รับการออกแบบให้ใช้แล้วทิ้ง: พวกมันอาจให้บริการไม่กี่ปีในเครือข่ายกลุ่มดาวก่อนที่จะถูก "ปลดประจำการ" - จมลงในวงโคจรที่ต่ำกว่าจนกระทั่งตกลงสู่ความตายด้วยไฟในท้องฟ้าในที่สุด ดาวเทียมที่สลายตัวแต่ละดวงจะอัดฉีดโลหะเข้าไปในชั้นบรรยากาศ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นโลหะซึ่งมักไม่พบในนั้นหรือเป็นโลหะที่ถูกเติมเข้าไปในปริมาณที่มากกว่าที่ปล่อยออกมาตามธรรมชาติ

ร่องรอยปากโป้ง

ขั้นตอนแรกในการทำความเข้าใจขอบเขตของปัญหาคือการระบุร่องรอยของยานอวกาศที่ถูกไฟไหม้ และร่องรอยเหล่านั้นสามารถเทียบเคียงหรือตรวจพบได้กับพื้นหลังของเศษอุกกาบาตตามธรรมชาติจากอวกาศหรือไม่

การวิจัยนั้นเพิ่งเริ่มต้น

ในปี 2023 Murphy และเพื่อนร่วมงานได้นำเสนอหลักฐานที่แน่ชัดว่าโลหะโดยเฉพาะจากยานอวกาศแทนที่จะเป็นเพียงแหล่งธรรมชาติ จริงๆ แล้วตั้งอยู่สูงในสตราโตสเฟียร์ ซึ่งเป็นชั้นบรรยากาศที่ทอดยาวจากพื้นผิวโลกตั้งแต่หกถึง 20 กิโลเมตร อนุภาคสตราโตสเฟียร์ของกรดซัลฟิวริกในบรรยากาศชั้นบนเหนืออาร์กติกปรากฏว่ามีองค์ประกอบที่แตกต่างกันมากกว่า 20 องค์ประกอบที่สอดคล้องกับการผลิตยานอวกาศ เมอร์ฟี่กล่าวว่าองค์ประกอบเหล่านั้นรวมถึงไนโอเบียมและแฮฟเนียม ทั้งคู่กลั่นจากแร่แร่เพื่อใช้ในโลหะผสมทนความร้อน โลหะอื่นๆ เช่น ลิเธียม ตะกั่ว อลูมิเนียม และทองแดง ซึ่งสามารถมีอยู่ตามธรรมชาติ พบในปริมาณมากเกินกว่าสิ่งที่อาจลอยเข้ามาโดยฝุ่นจักรวาล

และหลักฐานของยานอวกาศในอดีตก็สะสมอยู่ ตั้งแต่ปี 2020 ถึง 2022 นักวิทยาศาสตร์ติดตามการเพิ่มขึ้นของมลพิษในชั้นสตราโตสเฟียร์ ซึ่งสอดคล้องกับการปล่อยดาวเทียมที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

การปล่อยอะลูมิเนียมและไนโตรเจนออกไซด์จากการกลับเข้ามาของดาวเทียมเพิ่มขึ้นเกือบสองเท่าจาก 3.3 พันล้านกรัมในปี 2563 เป็น 5.6 พันล้านกรัมในปี 2565 นักเคมีด้านบรรยากาศ Connor Barker จาก University College London และเพื่อนร่วมงานรายงานเมื่อเดือนเมษายนที่กรุงเวียนนาในการประชุมของ European Geophysical Union พวกเขาพบว่าภายในปี 2565 ไนโตรเจนออกไซด์ที่กลับเข้ามาใหม่นั้นเทียบเท่ากับประมาณหนึ่งในสามของก๊าซธรรมชาติที่มาจากอุกกาบาต และอินพุตอะลูมิเนียมออกไซด์มีมากกว่าอินพุตตามธรรมชาติถึงเจ็ดเท่า

บาร์คเกอร์และเพื่อนร่วมงานของเขาพบว่าการปล่อยมลพิษจากการปล่อยจรวดก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน การบริโภคจรวดเพิ่มขึ้นเกือบสองเท่าในช่วงปี 2563 ถึง 2565 จาก 38 พันล้านกรัมเป็น 67 พันล้านกรัม การปล่อยก๊าซเรือนกระจกเหล่านั้นอาจรวมถึงสารมลพิษ เช่น คาร์บอนดำ ไนโตรเจนออกไซด์ คาร์บอนมอนอกไซด์ อลูมิเนียมออกไซด์ และก๊าซคลอรีนหลายชนิด

ผลกระทบทางเคมี

เศษยานอวกาศอาจมีเอฟเฟกต์ระลอกคลื่นที่หลากหลายผ่านคุณสมบัติทางเคมีของชั้นสตราโตสเฟียร์

มันสามารถสะกดได้ข่าวร้ายสำหรับชั้นโอโซนโดยเฉพาะ- ตัวอย่างเช่นอะลูมิเนียมออกไซด์คือผลพลอยได้จากการเกิดออกซิเดชันระหว่างการกลับเข้ามาใหม่ของส่วนประกอบยานอวกาศที่ใช้อะลูมิเนียม José Ferreira วิศวกรการบินและอวกาศที่ University of Southern California ในลอสแองเจลิสกล่าว “และเรารู้ว่าอะลูมิเนียมออกไซด์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการทำลายโอโซน”

ภัยคุกคามใหม่ต่อชั้นโอโซนนี้น่าหงุดหงิดอย่างยิ่งข้อตกลงปี 1987 ที่จะห้ามการผลิตและการปล่อยสารเคมีที่ทำลายโอโซน (SN: 21/02/21- ภายในปี 2559 หลุมประจำปีในชั้นโอโซนที่ก่อตัวเหนือทวีปแอนตาร์กติกาที่กำลังจะปิดตัวลงอย่างสมบูรณ์ภายในเวลาประมาณ 50 ปี (SN: 12/14/59-

มีวิธีอื่นอีกมากมายที่มลพิษในยานอวกาศอาจส่งผลต่อการผลิตสารเคมีที่ซับซ้อนในชั้นบรรยากาศ เมอร์ฟี่กล่าว เขม่าที่ปล่อยออกมาจากเครื่องยนต์จรวดจะดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งทำให้บรรยากาศอบอุ่นขึ้น ทองแดงและโลหะอื่นๆ ที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาสายไฟและโลหะผสมของยานอวกาศเป็นที่รู้กันว่าเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทรงพลังสำหรับปฏิกิริยาเคมีในชั้นบรรยากาศ เหนือสิ่งอื่นใด โลหะเหล่านี้สามารถส่งเสริมการสร้างอนุภาคเล็กๆ ที่ทำหน้าที่เป็นเมล็ดพันธุ์เมฆได้

ไม่มีข้อมูลโดยตรงมากนักว่าปฏิกิริยาใดที่อาจเกิดขึ้นอยู่แล้ว ข้อมูลที่มีอยู่ถูกกำหนดไว้สำหรับการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อติดตามวงจรชีวิตของสารมลพิษเหล่านี้และการโต้ตอบของพวกมันในชั้นบรรยากาศ ทีมงานของเมอร์ปีห์กำลังวางแผนเที่ยวบินเพิ่มเติมในปี 2568 เพื่อติดตามปริมาณเศษยานอวกาศที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

ในขณะเดียวกัน Ferreira กำลังพิจารณาวิธีที่จะรวมการประเมินผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมเข้ากับขั้นตอนการออกแบบภารกิจอวกาศ “หากเราระบุล่วงหน้าว่าส่วนประกอบหรือสารเคมีจะเป็นอันตรายต่อบรรยากาศ เราก็สามารถหาทางเลือกอื่นหรือลงทุนในการวิจัยเพื่อหาตัวเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น” Ferreira กล่าว

ในตอนนี้ คำถามเกี่ยวกับผลกระทบจากสิ่งที่กระจัดกระจายของดาวเทียมนั้นเป็นเรื่องใหม่มากจนยังไม่มีเงินทุนมากนักในการแก้ไขปัญหานี้ เมอร์ฟี่กล่าว แต่เขาเสริมว่า “ผมคิดว่ามันต้องเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว คงจะดีจริงๆ หากได้รู้สิ่งเหล่านี้ก่อนที่ดาวเทียมเหล่านี้จะถูกสร้างและปล่อยสู่อวกาศ”