احتراق المركبات الفضائية في الغلاف الجوي العلوي: ما هي العواقب على المناخ؟

هذه البند تم نشره في البداية بتاريخ المحادثة فبراير 23، 2024.

أعلنت شركة SpaceX التابعة لشركة Elon Musk أنها ستتخلص من 100 قمر صناعي من نوع Starlink خلال الأشهر الستة المقبلة، بعد أن اكتشف عيبًا في التصميم مما قد يتسبب في فشلهم. وبدلاً من المخاطرة بتشكيل تهديد للمركبات الفضائية الأخرى، ستقوم شركة SpaceX "بإخراج" هذه الأقمار الصناعية من مدارها لتحترق في الغلاف الجوي.

لكن علماء الغلاف الجوي يشعرون بقلق متزايد من أن هذا النوع من الطقس انقلاب واضح من قبل قطاع الفضاء سوف يسبب المزيد من تغير المناخ على الأرض. تم العثور على فريق واحد مؤخرًا وبشكل غير متوقع المعادن المحتملة المستنفدة للأوزون من المركبات الفضائية في طبقة الستراتوسفير، وهي طبقة الغلاف الجوي حيث تتشكل طبقة الأوزون.

"المدار الأرضي المنخفض" النسبي حيث الأقمار الصناعية مراقبة الأرض النظم البيئية أصبحت الأماكن المكتشفة مزدحمة بشكل متزايد - لدى ستارلينك وحدها أكثر من 5,000 مركبة فضائية في المدار. ولذلك فإن إزالة الحطام تمثل أولوية لقطاع الفضاء. ويجب أيضًا إزالة المركبات الفضائية التي تم إطلاقها حديثًا من المدار في غضون 25 عامًا (نفذت الولايات المتحدة مؤخرًا إجراءً أكثر صرامة حكم الخمس سنوات) إما عن طريق التحرك لأعلى إلى ما يسمى "مدار المقبرة" أو نزولاً إلى الغلاف الجوي للأرض.

عادةً ما يتم تصميم الأقمار الصناعية ذات المدار المنخفض لاستخدام أي وقود متبقي وسحب جاذبية الأرض للعودة إلى الغلاف الجوي. وفي عملية إعادة دخول خاضعة للتحكم، تدخل المركبة الفضائية الغلاف الجوي في وقت محدد مسبقًا لتهبط في أبعد جزء من المحيط الهادئ عند الساعة نقطة نيمو (ويعرف أيضًا باسم مقبرة المركبات الفضائية). وفي عملية إعادة دخول غير منضبطة، تُترك المركبة الفضائية لتتبع "الزوال الطبيعي" وتحترق في الغلاف الجوي.

تعمل وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية على الترويج لهذا النوع من التخلص كجزء من فلسفة تصميم تسمى "التصميم من أجل الزوال". إن بناء وإطلاق وتشغيل قمر صناعي قوي بما يكفي ليعمل في ظل عداء الفضاء، ولكنه أيضًا قادر على التكسر والاحتراق بسهولة عند عودته لتجنب وصول الحطام الخطير إلى سطح الأرض، يعد تحديًا بيئيًا. لا يزال العمل مستمرًا.

يجب على مشغلي الأقمار الصناعية أن يثبتوا أن خطط التصميم وإعادة الدخول الخاصة بهم تحتوي على معدل منخفض من "الإصابة البشرية" قبل أن يتم منحهم الترخيص. ولكن هناك قلق محدود فيما يتعلق بالتأثير على الغلاف الجوي العلوي للأرض أثناء مرحلة العودة. هذه ليست سهواً.

في البداية، لم يعتبر قطاع الفضاء ولا مجتمع الفيزياء الفلكية أن حرق الأقمار الصناعية عند عودتها يشكل تهديدا بيئيا خطيرا - للغلاف الجوي على الأقل. وبعد كل شيء، فإن عدد الجسيمات المنبعثة من المركبات الفضائية صغير مقارنة بـ 440 طنًا النيازك التي تدخل الغلاف الجوي يومياً، إلى جانب الرماد البركاني والتلوث الناتج عن العمليات الصناعية على الأرض.

أخبار سيئة لطبقة الأوزون؟

فهل يبالغ علماء المناخ في رد فعلهم تجاه وجود جزيئات المركبات الفضائية في الغلاف الجوي؟ وتعتمد مخاوفهم على 40 عامًا من البحث في سبب ثقوب الأوزون فوق القطبين الجنوبي والشمالي، والتي تم ملاحظتها لأول مرة على نطاق واسع في الثمانينيات.

واليوم، أصبحوا يعرفون الآن أن فقدان الأوزون ناجم عن أسباب بشرية الغازات الصناعيةوالتي تجتمع مع الارتفاعات الطبيعية والعالية جدًا السحب الستراتوسفيرية القطبية أو أم اللؤلؤ الغيوم. تعمل أسطح هذه السحب الأثيرية كمحفزات، وتحول المواد الكيميائية الحميدة إلى أشكال أكثر نشاطًا يمكنها بسرعة تدمير الأوزون.

دان تشيكزو هو عالم الغلاف الجوي في جامعة بوردو في الولايات المتحدة، ومؤلف مشارك للدراسة الحديثة التي وجدت مواد مستنفدة للأوزون في طبقة الستراتوسفير. ويوضح لي أن السؤال هو ما إذا كانت الجزيئات الجديدة القادمة من المركبات الفضائية ستساعد في تكوين هذه السحب وتؤدي إلى فقدان الأوزون في الوقت الذي يكون فيه الغلاف الجوي للأرض مجرد بداية للتعافي.

ما يثير قلق علماء الغلاف الجوي مثل تشيكزو هو أن عددًا قليلاً فقط من الجسيمات الجديدة يمكن أن تخلق المزيد من هذه الأنواع من السحب القطبية - ليس فقط في الغلاف الجوي العلوي، ولكن أيضًا في الغلاف الجوي السفلي، حيث تتشكل السحب الرقيقة. الغيوم الرقيقة هي السحب الجليدية الرقيقة التي يمكن أن تراها عالياً في السماء، على ارتفاع يزيد عن ستة كيلومترات. فهي تميل إلى السماح للحرارة المنبعثة من الشمس بالمرور عبرها ثم تحبسها في طريق خروجها، لذا من الناحية النظرية، فإن المزيد من السحب الرقيقة يمكن أن تضيف المزيد من الاحتباس الحراري بالإضافة إلى ما نشهده بالفعل من غازات الدفيئة. ولكن هذا غير مؤكد و لا يزال قيد الدراسة.

يوضح تشيكزو أيضًا أنه من خلال الأدلة المتناقلة، نعلم أن السحب العالية الارتفاع فوق القطبين تتغير، لكننا لا نعرف حتى الآن سبب هذا التغيير. هل هي جزيئات طبيعية مثل النيازك أو الحطام البركاني، أم جزيئات غير طبيعية من المركبات الفضائية؟ هذا ما نحتاج إلى معرفته.

رحلة الفضاء الجديدة: الموازنة بين المصالح الخاصة والعلوم العالمية

إن إضفاء الطابع الديمقراطي على الفضاء وخصخصته يقدمان للعلماء فرصًا وتحديات جديدة. ومع اشتداد المنافسة ونمو المصالح الاقتصادية، ينشأ سؤال: كيف يمكننا ضمان بقاء الفضاء بيئة مستدامة تعود بالنفع على البشرية جمعاء؟

الأبراج الاصطناعية التي تؤثر على العلوم الفلكية

يتحدث مركز الدراسات الدولي مع بييرو بنفينوتي ، الأمين العام السابق للاتحاد الفلكي الدولي ، حول السماء المظلمة والهادئة ، والتدخلات الاصطناعية الثلاثة التي تؤثر على علم الفلك.

قلقة، ولكن غير متأكدة

إذن كيف نجيب على هذا السؤال؟ لدينا بعض الأبحاث من علماء الغلاف الجوي وبناة المركبات الفضائية وعلماء الفيزياء الفلكية، لكنها ليست صارمة أو مركزة بما يكفي لاتخاذ قرارات مستنيرة بشأن الاتجاه الذي يجب اتخاذه. يزعم بعض علماء الفيزياء الفلكية أن جزيئات الألومينا (أكسيد الألومنيوم) المنبعثة من المركبات الفضائية سوف تسبب تفاعلات كيميائية في الغلاف الجوي من المرجح أن تؤدي إلى تدمير طبقة الأوزون.

علماء الغلاف الجوي الذين يدرسون هذا الموضوع بالتفصيل لم يقموا بهذه القفزة لعدم وجود أدلة علمية كافية. نحن نعلم أن جزيئات المركبات الفضائية موجودة في طبقة الستراتوسفير. لكن ما يعنيه هذا بالنسبة لطبقة الأوزون أو المناخ لا يزال مجهولا.

من المغري المبالغة في نتائج الأبحاث للحصول على المزيد من الدعم. ولكن هذا هو الطريق إلى جحيم البحث ــ وسوف يستخدم المنكرون النتائج الضعيفة في وقت لاحق لتشويه سمعة البحث. كما أننا لا نريد استخدام الآراء الشعبوية. ولكننا تعلمنا أيضاً أننا إذا انتظرنا حتى تتوفر أدلة لا تقبل الجدل، فقد يكون الوقت قد فات، كما هي الحال مع فقدان الأوزون. إنها معضلة مستمرة.