«آزمایش بدون کنترل»: مطالعه‌ای ارتباط فلزات مضر جوی را با بازگشت فضاپیماها نشان می‌دهد

گلدن، کلرادو — افزایش چشمگیر ترکیب‌های ماگاساتلیت‌ها مشکلاتی فراتر از تشدید پسماندهای فضایی در مدار زمین به‌وجود می‌آورد، بر پایهٔ تحقیقات جدید. بازگشت فضاپیماها و مراحل موشکی می‌تواند جو زمین را آسیب‌پذیر کند و خطر برخورد زباله‌های فضایی با زمین را نیز افزایش دهد.

تحقیقات جدیدی که به پایگاه پیش‌چاپ ArXiv ارسال شده است، نشان می‌دهد که «زباله فضایی»، یعنی فضاپیماهایی که به جو باز می‌گردند، مقدار قابل‌توجهی از ماده خود را به مزوسفر و لایهٔ حرارتی زیرین تزریق می‌کند — به حدی که می‌تواند لایهٔ اوزون زمین را تضعیف کند. اگرچه این مطالعه هنوز توسط همتا مرور نشده یا توسط مجله‌ای پذیرفته نشده است، اما بخشی از مسیر پژوهشی رو به رشد دانشمندان دربارهٔ تأثیرات جوی و محیط‌زیستی فعالیت‌های فضا محور افزایشی است.

اصطلاح «زباله فضایی» در تضاد با «آشغال‌های فضایی» که در مدار می‌چرخند به کار می‌رود. پژوهشگران زبالهٔ فضایی را به‌عنوان مادهٔ ساختهٔ دست بشر که به جو زمین وارد می‌شود و اثرات ناشی از آن را تعریف می‌کنند.

مطالعه‌ای که توسط دانشمندانی از مؤسسهٔ ژئوفیزیک و فیزیک فرازمینی دانشگاه فنی براونشویگ در براونشویگ، آلمان رهبری می‌شود، نشان داد که فلزات انتقالی بازگشتی — مانند تیتانیوم و مس که به‌دلیل خواص کاتالیستی خود شناخته شده و در فضاپیماها و مراحل موشکی به کار می‌روند — می‌توانند «اثرات مخرب بلندمدت بر جو، از جمله کاهش لایهٔ اوزون، اثرات تابشی و تغییرات در شکل‌گیری ابرها» را در پی داشته باشند، در صورتی که اقدامی صورت نگیرد.

علاوه بر این، فولادهای ضد‌زنگ و سایر عناصر فلزی در سخت‌افزارهای مهندسی‌شده برای فضا به‌کار گرفته می‌شوند، مانند مخازن سوخت، مونتاژهای الکترونیکی، نازل‌ها و موتورهای دفعی، فعال‌کننده‌ها، همان‌طور که مقاله توضیح می‌دهد. آلومینیوم عنصر اصلی در زبالهٔ فضایی است و دانشمندان بیان می‌کنند که تأثیرات احتمالی آن شایستگی بررسی بیشتری دارد.

مشکل در حال گسترش

لئونارد شولتز، پژوهشگر مؤسسهٔ ژئوفیزیک و فیزیک فرازمینی دانشگاه فنی براونشویگ، براونشویگ، آلمان، بیان کرد که تحقیقات باید به درک مقیاس این مشکل بپردازند. این شامل جستجوهای اختصاصی برای زبالهٔ فضایی است که پس از بازگشت بقا یافته و به سطح زمین برخورد می‌کند.

«افزایش مقدار ماده‌ای که به جو زمین تزریق می‌شود، واقعاً بی‌سابقه است»، شولتز به SpaceNews گفت. «ما اکنون اولین اثرات دوران جدید فعالیت‌های فضایی، دورهٔ مجموعه‌های بزرگ ماهواره‌ای، را می‌بینیم. پژوهش باید واقعاً بر تأثیرات احتمالی این مواد بر لایهٔ اوزون تمرکز کند»، او افزود.

اگرچه برای بررسی دقیق‌تر اثرات ممکن بر جو نیاز به کار بیشتری است، شولتز اظهار داشت که خطر مرتبط قابل‌توجه است.

بر اساس مقاله، جریان جرمی «زبالهٔ فضایی» بیش از دو برابر شده است؛ از ۳ تن در سال به ۷٫۸ تن در سال بین سال‌های ۲۰۲۰ و ۲۰۲۴، در حالی که در سال‌های پیشین تقریباً ثابت مانده بود؛ این افزایش عمدتاً به‌دلیل عناصری است که در فضاپیماها به کار می‌روند نه شهاب‌سنگ‌های طبیعی. پژوهشگران همچنین دریافتند که تزریق ماده از فضاپیماهای بازگشتی — و تأثیرات زیست‌محیطی ناشی از آن — در حالیکه بر شهاب‌سنگ‌ها پیشی می‌گیرد.

«این نشان می‌دهد که آغاز دورهٔ مجموعه‌های بزرگ ماهواره‌ای، عامل اصلی افزایش ورود زبالهٔ فضایی به جو است»، مقاله می‌گوید که به نشریه Advances in Space Research ارسال شده است.

«اجازه دادن به این آزمایش بدون کنترل بر جو ما برای ادامه یافتن نامناسب است»، شولتز گفت. «ما باید هم‌اکنون برای کاهش ورودی جرم به جو اقدام کنیم، در حالی که توانایی ادامه بهره‌برداری و اکتشاف فضا را نیز حفظ کنیم».

شولتز توصیه کرد که دانشمندان و صنعت باید برای یافتن راه‌هایی که این اهداف را متعادل می‌کند، همکاری کنند.

«یک قدم اولیه این است که داده‌ها، مثلاً دربارهٔ ترکیب فضاپیماها، به‌اشتراک گذاشته شوند. در حالی که برخی از اعضای صنعت با به‌اشتراک‌گذاری این داده‌ها به‌ما کمک شایان‌تقدیری کردند، بسیاری مایل به این کار نیستند»، شولتز گفت.

لیتیوم مرتبط با آلودگی فضایی

شولتز همچنین در مطالعه‌ای دیگر که بر بازگشت بدون کنترل مرحلهٔ بالایی موشک SpaceX Falcon 9 در اوایل امسال متمرکز بود، مشارکت داشت.

این مطالعه که هنوز تحت بازنگری همتاها نیست و به‌صورت پیش‌چاپ آنلاین به‌اشتراک گذاشته شده است، توسط رابین وینگ از مؤسسهٔ لِیبنیتز فیزیک جوی در دانشگاه رستاک، کوهلونگز‌بورن، آلمان هدایت شد. او آلودگی لایهٔ بالایی جو ناشی از بازگشت پسماندهای فضایی را اندازه‌گیری کرد. این تحقیق بر روی مرحلهٔ بالایی موشک SpaceX Falcon 9 متمرکز شد که در ۱۹ فوریهٔ امسال به جو زمین بازگشت و در طول عبور از مرکز اروپا یک توپ‌آتش چشم‌نوازی ایجاد کرد. این رویداد مخلفات، از جمله یک مخزن سوخت، را که در نزدیکی شهر پوزنان، لهستان بازیابی شد، به‌دست آورد؛ یک جرقهٔ آتش‌ساز قابل مشاهده و یک گرداب ماندگار بخار لیتیوم در ارتفاع بالا ایجاد کرد که به‌قدری قابل‌تشخیص بود که در شمال آلمان مشاهده شد.

پژوهشگران بر لیتیوم تمرکز کردند زیرا این عنصر به‌عنوان نشان‌گری مؤثر برای آلودگی پسماندهای فضایی در نظر گرفته می‌شود و در صنایع هوافضا به‌طور گسترده استفاده می‌شود. آن‌ها همچنین نشان دادند که تبخّر پسماندهای فضایی، چه در بازگشت کنترل‌شده و چه در بازگشت بدون کنترل، می‌تواند با تجهیزات لیدار ثابت‌پایه کشف شود.

مشاهدۀ لِیدار از یک پلوم لیتیوم متراکم و گذرا در ارتفاع بالای کوهلونگز‌بورن، آلمان — که شامل زمان‌سنجی، ارتفاع و تحلیل مسیر بازگشت پلوم بود — «شواهد قوی» ارائه داد تا این رویداد را به مرحلهٔ بالایی Falcon 9 مرتبط سازد، طبق مقاله.

«این یافته نگرانی‌های رو به رشد مبنی بر اینکه ترافیک فضایی ممکن است آلودگی لایهٔ بالایی جو را به‌صورت‌هایی که هنوز به‌طور کامل درک نشده‌اند، ایجاد کند»، وینگ و همکارانش در پایان مقاله نتیجه‌گیری کردند. «رشد مستمر پرتاب ماهواره‌ها و بازگشت‌های آن‌ها ممکن است به اثرات تجمیعی منجر شود که تأثیرات آن بر ترکیب طولانی‌مدت جو و تعاملات اقلیمی قابل‌توجه است».

مشاهدات طولانی‌مدت

وینگ به SpaceNews اطلاع داد که ساخت یک لِیدار چندفلزی جدید برای پسماندهای فضایی در دست ساخت است. این سامانه در این زمستان عملیاتی خواهد شد.

لیدار جدید به پژوهشگران امکان پیگیری نسبت لیتیوم و سدیم که از مواد شهاب‌سنگی به دست می‌آید و یک کانال سوم برای بررسی تمامی فراوانی‌های عنصری در مزوسفر می‌دهد، گفت وینگ. او افزود: «امیدواریم با انجام مشاهدات بلندمدت نسبت لیتیوم/سدیم بتوانیم تأثیر اجسام فضایی بازگشتی بر جو را تعیین کنیم».

علاوه بر این، کانال نظرسنجی به دانشمندان امکان می‌دهد اولین مطالعهٔ نظام‌مند تمام فلزات دیگر در مزوسفر را انجام دهند. «بعضی از این فلزات بیشتر طبیعی هستند»، وینگ گفت، «اما سایرین مثل مس، تیتانیوم، آلومینیوم ممکن است به‌قوة به صنعت فضای

ی مرتبط باشند».

نگرانی واقعی

بیان نظریهٔ قطعی دربارهٔ پیامدهای این پدیده برای سیاره دشوار است، وینگ افزود.

«به‌طور ساده، ما هنوز به‌صورت کافی اطلاعات نداریم. تحقیقات بیشتری لازم است. اما می‌توانم بگویم که نگرانی واقعی برای شیمی لایهٔ میانی جو، به‌ویژه لایهٔ اوزون، وجود دارد، زیرا مقدار زیادی از مواد و عناصری که به‌صورت طبیعی در جو وجود ندارند، وارد می‌شود»، گفت وینگ.

نه تنها تأثیر آلودگی ناشی از قطعات بازگشتی موشک و ماهواره‌ها، بلکه تأثیر شدید گازهای خروجی موشک که برای رسیدن به مدار لازم است، نیز مطرح است.

«تزریق بخار آب، سوخت، زباله و سایر عناصر مرتبط با پرتاب‌های موشکی می‌تواند به‌عنوان یک نگرانی قابل‌توجه مطرح شود اگر روندهای فعلی پرتاب ادامه یابد»، گفت وینگ.