Внезапно выяснилось, что падающие спутники портят атмосферу Земли, и это будет иметь последствия
Сгорающие в атмосфере спутники и ракетные ступени не просто исчезают бесследно. Новое исследование группы американских физиков под руководством Дэниела Мерфи (NOAA) доказывает: космический мусор уже начал необратимо менять химический состав стратосферы. Вместо того чтобы сгорать без остатка, тысячи тонн металлов оседают в виде микроскопических частиц в аэрозольном слое, и это грозит непредсказуемыми последствиями для климата и озонового слоя.
Стратосфера под ударом: что показал анализ полумиллиона частиц
Высотный самолёт-лаборатория NASA WB-57, оснащённый спектрометром PALMS, в течение нескольких миссий собрал и проанализировал более 500 тысяч аэрозольных частиц из стратосферы. Обычно эти аэрозоли — капли серной кислоты, образующиеся естественным путём. Однако учёные обнаружили в них следы почти 20 металлов, причём происхождение многих из них явно не метеорное. Концентрация лития, алюминия, меди и свинца значительно превысила фоновые значения, ожидаемые от испарения метеоритов. Соотношение элементов в точности совпало с пропорциями, характерными для сплавов, используемых в ракетостроении.
Особую тревогу вызывает присутствие ниобия и гафния — элементов, которые никогда не встречаются в метеоритах, но активно применяются в производстве космических аппаратов. По оценкам исследователей, уже сейчас около 10% стратосферных аэрозолей определённого размера содержат частицы, образовавшиеся при сгорании космической техники.
Прогноз на десятилетия: алюминий догонит метеоритное железо
Авторы работы, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences, моделируют динамику загрязнения. В ближайшие 10–30 лет, с учётом планируемого запуска мегасозвездий спутников и увеличения числа космических миссий, количество алюминия в стратосферных аэрозолях станет сравнимым с содержанием метеоритного железа или превысит его. «Тугоплавкий материал в стратосферных частицах сейчас представлен в основном железом, кремнием и магнием из естественного источника, — поясняют учёные. — Однако прогнозируется резкое увеличение количества материала, образующегося при входе в атмосферу разгонных блоков и спутников. Это приведёт к неизвестным последствиям для включений и зарождения льда».
Цепная реакция: от размера аэрозоля до климатических сдвигов
Присутствие посторонних металлов в стратосферных каплях может запустить каскад изменений. Во-первых, инородные частицы влияют на процесс кристаллизации воды — лёд в стратосфере начинает формироваться иначе, что меняет состав и свойства перистых облаков. Во-вторых, металлы увеличивают размер самих аэрозольных частиц и повышают содержание солей. Это напрямую сказывается на преломлении солнечного света, то есть на инсоляции — количестве солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. Изменение альбедо стратосферы способно повлиять на глобальный температурный баланс, причём в какую сторону — пока неясно.
Около 40 лет интенсивного освоения космоса — и, по прогнозам, содержание «земных» металлов в стратосферных аэрозолях сравняется с количеством металлов метеорного происхождения. Человечество впервые за всю историю начинает системно влиять на химию верхних слоёв атмосферы, и масштаб этого влияния только предстоит оценить.
Ранее считалось, что проблема космического мусора ограничивается риском столкновений на орбите и необходимостью сводить отработавшие спутники с орбиты для сохранения доступа в космос. Однако новое исследование переводит дискуссию в иную плоскость: даже «безопасное» сжигание аппаратов в атмосфере оказывается небезопасным для планеты. Японские инженеры, экспериментирующие с заменой алюминия в корпусах спутников на древесину, возможно, оказались дальновиднее остальных — такой материал при сгорании не оставляет металлических частиц в стратосфере.
Пока не существует международных норм, регулирующих химический состав космической техники с точки зрения её атмосферных последствий. Каждый новый запуск, каждая миссия по утилизации спутников — это эксперимент над стратосферой, результаты которого мы увидим лишь через десятилетия.
