Космічне сміття з’їдає озоновий шар Землі

Коли супутники, що надають доступ до Інтернету, які зараз запускаються тисячами, досягнуть кінця свого терміну служби, залишки від їх спалювання в атмосфері Землі почнуть хімічні реакції, які руйнують стратосферний озон.

Коли застарілі супутники знову входять в атмосферу Землі та розпадаються, вони випускають дрібні частинки оксиду алюмінію, які руйнують озоновий шар Землі. Нещодавнє дослідження показує, що присутність цих частинок зросла у вісім разів з 2016 по 2022 рік і, як очікується, буде продовжувати зростати разом зі зростанням кількості супутників на низькій навколоземній орбіті.

Монреальський протокол 1987 року успішно регулював шкідливі для озону фреони для захисту озонового шару, скорочуючи озонову діру над Антарктидою, відновлення якої очікується протягом наступних п’ятдесяти років. Однак несподіване збільшення оксидів алюмінію може перервати прогрес, досягнутий у відновленні озону в найближчі десятиліття.

З 8100 об’єктів на низькій навколоземній орбіті 6000 – супутники Starlink, запущені за останні кілька років. Попит на глобальне покриття Інтернетом сприяє стрімкому нарощуванню запусків невеликих роїв супутників зв’язку. SpaceX є лідером у цьому підприємстві, отримавши дозвіл на запуск ще 12 000 супутників Starlink і ще 42 000 запланованих. За словами авторів дослідження, Amazon та інші компанії по всьому світу також планують створення сузір’їв із 3000 до 13 000 супутників.

Інтернет-супутники на низькій навколоземній орбіті живуть недовго, близько п’яти років. Потім компанії повинні запускати супутники на заміну, щоб підтримувати інтернет-послуги, продовжуючи цикл запланованого старіння та незапланованого забруднення.

Оксиди алюмінію викликають хімічні реакції, які руйнують стратосферний озон, який захищає Землю від шкідливого УФ-випромінювання. Оксиди не реагують хімічно з молекулами озону, натомість викликають руйнівні реакції між озоном і хлором, які руйнують озоновий шар. Оскільки оксиди алюмінію не споживаються цими хімічними реакціями, вони можуть продовжувати руйнувати молекулу за молекулою озону протягом десятиліть, коли вони дрейфують вниз крізь стратосферу.

Проте забруднюючих речовин, які утворюються, коли супутники падають у верхні шари атмосфери та згорають, ще мало уваги приділено. Попередні дослідження забруднення супутників здебільшого зосереджувалися на наслідках виведення ракети-носія в космос, наприклад, на викид ракетного палива. За словами авторів, нове дослідження, проведене дослідницькою групою з інженерної школи Вітербі Університету Південної Каліфорнії, є першою реалістичною оцінкою масштабів цього довготривалого забруднення у верхніх шарах атмосфери.

«Лише в останні роки люди почали думати, що це може стати проблемою», — сказав Джозеф Ван, дослідник астронавтики з Університету Південної Каліфорнії та автор нового дослідження. «Ми були однією з перших команд, які розглянули, якими можуть бути наслідки цих фактів».

Дослідження було опубліковано у відкритому журналі AGU Geophysical Research Letters , який публікує вражаючі короткоформатні звіти з безпосередніми наслідками, що охоплюють усі науки про Землю та космос.

Спляча загроза

Оскільки фактично неможливо зібрати дані з космічного корабля, який горить, попередні дослідження використовували аналіз мікрометеороїдів для оцінки потенційного забруднення. Але мікрометеороїди містять дуже мало алюмінію, металу, який становить від 15% до 40% маси більшості супутників, тому ці оцінки не стосуються нових «ройових» супутників.

Щоб отримати точнішу картину забруднення від повторного входу супутника, дослідники змоделювали хімічний склад і зв’язки всередині матеріалів супутників, коли вони взаємодіють на молекулярному та атомному рівнях. Результати дали дослідникам зрозуміти, як матеріал змінюється з різними витратами енергії.

Дослідники виявили, що у 2022 році супутники, що повертаються, збільшили вміст алюмінію в атмосфері на 29,5% порівняно з природним рівнем. Моделювання показало, що типовий 250-кілограмовий (550-фунтовий) супутник, 30% маси якого становить алюміній, генеруватиме близько 30 кілограмів (66 фунтів) наночастинок оксиду алюмінію (розміром 1-100 нанометрів) під час занурення. Більшість цих частинок утворюється в мезосфері, на висоті 50-85 кілометрів (30-50 миль) над поверхнею Землі.

Потім команда підрахувала, що, виходячи з розміру частинок, знадобиться до 30 років, щоб оксиди алюмінію перенеслися до стратосферних висот, де знаходиться 90% земного озону.

Дослідники підрахували, що до моменту завершення запланованих супутникових угруповань щороку на Землю потраплятиме 912 метричних тонн алюмінію (1005 тонн США). Щорічно в атмосферу буде викидатися близько 360 метричних тонн (397 тонн США) оксидів алюмінію, що на 646% більше, ніж у природних умовах.