Учені розкрили правду про космічне сміття: частота його падіння на Землю залежить від Сонця

Чому активність Сонця змушує уламки падати швидше?

Низька навколоземна орбіта, що розташована на висоті від 400 до 2 000 кілометрів, сьогодні є найбільш затребуваним регіоном космосу. Саме тут працюють супутники спостереження, системи інтернет-зв'язку на кшталт Starlink та наукові апарати. Проте цей простір переповнений космічним сміттям – відпрацьованими ступенями ракет та уламками старих супутників, які загрожують новим місіям через ризик виникнення ефекту доміно після зіткнень. Нове дослідження, результати якого опублікували 6 травня в журналі Frontiers in Astronomy and Space Sciences, проливає світло на те, як природні цикли Сонця допомагають очищувати орбіту, але водночас створюють проблеми для діючих місій.

Науковиця Аїша М. Ашруф з космічної фізики Космічного центру імені Вікрама Сарабхаї в Індії разом із колегами проаналізувала траєкторії 17 об'єктів космічного сміття за 36-річний період. Об'єкти, за якими спостерігали, були запущені ще у 1960-х роках і перебувають на висоті від 600 до 800 кілометрів, роблячи повний оберт навколо планети за 90 – 120 хвилин.

Тут ми показуємо, що космічне сміття навколо Землі втрачає висоту набагато швидше, коли Сонце активніше,
– прокоментувала Аїша М. Ашруф.

За її словами, вперше вдалося встановити, що після досягнення певного рівня сонячної активності процес втрати висоти значно прискорюється. Це спостереження, як очікується, стане ключовим для планування сталих космічних операцій у майбутньому.

Причина такого явища криється в 11-річному циклі сонячної активності. Коли кількість сонячних плям зростає, зірка випромінює більше ультрафіолетового світла та заряджених частинок, таких як ядра гелію та важкі іони. Це випромінювання нагріває земну термосферу, розташовану на висоті від 100 до 1 000 кілометрів. Нагріта атмосфера розширюється вгору, що підвищує щільність повітря на висотах, де рухаються супутники. Це створює додатковий опір, який гальмує об'єкти, змушуючи їх опускатися нижче, буквально падаючи вниз, пише Phys.org.

Де межа

Використовуючи дані Німецького дослідницького центру геонаук у Потсдамі, вчені виявили критичний поріг: як тільки сонячна активність досягає приблизно 67% від свого піку, космічне сміття перетинає так звану межу переходу. Після цього швидкість падіння об'єктів різко зростає.

Цей поріг, здається, пов'язаний не з фіксованим значенням сонячної радіації, а скоріше з тим, наскільки Сонце близьке до піку своєї активності,
– пояснює Ашруф.

Вона зазначає, що в цей період Сонце виробляє інтенсивніше екстремальне ультрафіолетове випромінювання, що може бути спричинено змінами в сонячних процесах.

Навіщо це нам потрібно

Це відкриття має критичне значення для сучасних супутників, які змушені виконувати активні маневри для утримання своєї позиції.

Наші результати свідчать про те, що коли сонячна активність перевищує певні рівні, супутники – як і космічне сміття – швидше втрачають висоту, тому потрібно більше корекцій орбіти,
– каже Аїша М. Ашруф.

Це безпосередньо впливає на тривалість перебування апаратів у космосі та обсяги палива, необхідного для місій, особливо тих, що запущені поблизу сонячного максимуму.

Проблема космічного сміття: наскільки "брудна" наша орбіта

Космічне сміття – одна з найсерйозніших і найменш помітних для широкої публіки проблем сучасної космонавтики. Починаючи з 1957 року, коли на орбіту вивели перший штучний супутник Землі, людство поступово перетворило навколоземний простір на справжнє звалище.

Скільки сміття зараз на орбіті

Станом на квітень 2025 року Європейське космічне агентство зафіксувало понад 40 000 штучних об'єктів на орбіті, які регулярно відстежуються мережами космічного спостереження. Але це лише верхівка айсберга – об'єкти, достатньо великі для відстеження.

За статистичними моделями, на орбіті перебуває близько 54 000 об'єктів розміром понад 10 сантиметрів, понад 1,2 мільйона уламків від 1 до 10 сантиметрів і приблизно 140 мільйонів фрагментів розміром від 1 міліметра до 1 сантиметра. Загальна маса всіх об'єктів на орбіті становить понад 13 000 тонн – приблизно як вага Ейфелевої вежі, пише Polytechnique Insights.

Важливо розуміти, звідки береться це сміття. Основними джерелами є відпрацьовані ступені ракет-носіїв, виведені з ладу супутники, фрагменти від зіткнень та навмисного знищення космічних апаратів. Сьогодні 96% усього орбітального сміття – відповідальність трьох країн: США, Росії та Китаю, кожна з яких відповідає приблизно за третину.

Як воно відстежується

Відстеження космічного сміття – надзвичайно складне завдання. Командування космічних сил США (USSPACECOM) веде публічно доступний каталог об'єктів на орбіті через платформу space-track.org. До нього входять активні супутники, виведені з ладу апарати, ракетні ступені та уламки діаметром понад 10 сантиметрів на низькій орбіті.

Дрібніші уламки зазвичай не відстежуються через обмеження засобів спостереження. NASA також має спеціальну програму CARA (Conjunction Assessment Risk Analysis), яка оцінює ризики зіткнень для власних космічних апаратів.

ESA відзначає, що через зростаючу орбітальну завантаженість кількість подій, які потребують маневрів ухилення, щороку збільшується.

Загрози для супутників і космічних місій

На орбіті навіть крихітний уламок є смертоносним снарядом. Близько 130 мільйонів фрагментів орбітального сміття мчать навколо планети з величезними швидкостями – це залишки вибухів ракетних ступенів, покинутих супутників і фрагменти від розгортання різного обладнання. В діапазоні низьких орбіт близько 550 кілометрів кількість уламків, що становлять загрозу, вже порівнянна з кількістю активних супутників, пише Space.com.

Наслідки цього цілком реальні. У 2025 році китайські астронавти на борту корабля "Шеньчжоу" виявили мікроскопічні тріщини на ілюмінаторі через удар космічного сміття – це спричинило першу в історії китайської пілотованої програми екстрену місію з відправки незапланованого корабля.

Загроза синдрому Кесслера

Найбільш катастрофічним сценарієм є так званий синдром Кесслера, описаний ученими NASA ще у 1978 році: кожне зіткнення породжує нові уламки, які провокують нові зіткнення – і так по ланцюжку. У найбільш переповнених орбітальних зонах кількість уламків від зіткнень вже перевищує кількість об'єктів, що природно сходять з орбіти. За розрахунками, кількість космічного сміття може подвоїтися менше ніж за 50 років, якщо не вживати активних заходів.

Загрози для людей на Землі

Безпосередня загроза для людей на Землі є значно меншою, але не нульовою. Більшість уламків згорає в атмосфері під час сходження з орбіти. Однак чим вища орбіта об'єкта, тим повільніше він сходить: супутнику на висоті 400 кілометрів потрібно близько десяти років, на висоті 800 кілометрів – двісті років, а на висоті 1000 кілометрів – тисяча років.

Вчені закликають частіше закривати повітряний простір для авіації, щоб уникнути зіткнень літаків з уламками, які входять в атмосферу – і це на тлі зростаючого обсягу як авіаційного, так і космічного трафіку. Деякі великі фрагменти можуть долітати до поверхні Землі, хоча шанс ураження людини залишається надзвичайно малим.