Загрязнение атмосферы космическим мусором может стать большой проблемой

Ракета SpaceX, сгоревшая после повторного входа в атмосферу, выбросила шлейф испаренных металлов над Европой. Ожидается, что этот тип загрязнения будет увеличиваться по мере роста космических кораблей и спутников.

Верхняя ступень Falcon 9, которая предназначалась для падения в Тихий океан для возможного повторного использования, потеряла управление из-за отказа двигателя и упала с орбиты над Северной Атлантикой в ​​феврале 2025 года.

Люди по всей Европе видели летящие в небо огненные обломки, некоторые из которых упали за складом в Польше. Увидев эту новость, Робин Винг и его коллеги из Института физики атмосферы Лейбница в Германии включили свой лидар — инструмент для измерения атмосферы. Двадцать часов спустя он обнаружил 10-кратный всплеск содержания лития, ключевого компонента ракеты, в верхних слоях атмосферы, когда над ним дрейфовал шлейф испаренного металла.

Атмосферное моделирование показало, что шлейф прошел на 1600 километров от места, где Falcon 9 снова вошел в атмосферу. Это исследование является первым, которое отслеживает высотное загрязнение при входе в атмосферу конкретного космического корабля.

Крошечные металлические частицы могут «катализировать разрушение озона, создавать облака в стратосфере и мезосфере и влиять на то, как солнечный свет проходит через атмосферу», — говорит Винг. «Но все это было изучено».

Обеспокоенность по поводу этого типа загрязнения растет по мере того, как коммерческие космические запуски стремительно растут, а компании расширяют свои мегасозвездия спутников, таких как Starlink от SpaceX и LEO от Amazon. Около 14 500 спутников уже находятся на орбите, и в прошлом месяце SpaceX подала заявку на запуск еще 1 миллиона спутников для достижения цели Илона Маска по созданию орбитальных центров обработки данных для обеспечения искусственного интеллекта.

Чтобы избежать цикла столкновений, приводящих к образованию большего количества космического мусора, спутникам обычно позволяют падать и сгорать в конце своего срока службы. Эксперты говорят, что количество частиц космического мусора может увеличиться в 50 раз в течение следующего десятилетия и превысить 40 процентов массы, которую в настоящее время приносят в атмосферу метеориты.

Дэниел Зикзо из Университета Пердью, штат Индиана, который не принимал участия в исследовании, говорит, что существует ошибочное представление о том, что космический мусор сгорает в атмосфере и исчезает. «Давайте нажмем на тормоза и действительно проведем глубокий анализ того, какое влияние может оказать эта штука».

Шлейф Falcon 9 содержал примерно 30 килограммов лития. Но, учитывая состав сплавов корпусов ракет, он будет содержать гораздо большее количество алюминия.

Испаренный алюминий вступает в реакцию с кислородом воздуха с образованием частиц оксида алюминия, которые создают поверхность, на которой соединения хлора могут легче разрушаться. Частицы хлора, выделяющиеся в результате этого процесса, вступают в реакцию с молекулами озона в стратосфере и разрушают их.

По оценкам исследователей, при горении космических кораблей в атмосферу ежегодно выбрасывается 1000 тонн оксида алюминия, и эта цифра увеличивается. Это угрожает расширением озоновой дыры в Южном полушарии, которая сокращается по мере того, как страны постепенно отказываются от озоноразрушающих хладагентов. Из-за разрушения озона ультрафиолетовые лучи солнца могут проникать в больших количествах, что вызывает рак кожи.

«Что касается металлов, мы как бы движемся к этой новой парадигме, согласно которой верхние слои атмосферы больше страдают от антропогенного загрязнения, чем от природных источников», — говорит Алоис Марэ из Университетского колледжа Лондона. «Космический мусор начинает разрушать развитие озоновой дыры».

Частицы оксидов металлов также могут служить ядрами, на которых водяной пар может конденсироваться в капли, образуя перистые облака в верхней тропосфере, которые удерживают тепло.

Ученые измерили частицы сгоревшего космического корабля в перистых облаках. Если они будут способствовать образованию перистых облаков, это может усугубить глобальное потепление, хотя эффект все равно будет небольшим по сравнению с парниковыми газами, такими как углекислый газ.

«Существует множество научных доказательств того, что этот материал может оказывать вредное воздействие на нашу атмосферу, и теперь нам, ученым, предстоит выяснить, происходят ли эти эффекты и насколько они плохи», — говорит Зиццо.

Могут быть некоторые решения, такие как строительство спутников из таких материалов, как дерево (хотя это все равно может оставить черную углеродную сажу при входе в атмосферу) или перевод большего количества их на высотные «кладбищные орбиты».

«Нам нужно потратить немного времени и подумать о том, что мы делаем, прежде чем делать это», — говорит Винг. «Этот взрыв спутников… он происходит очень быстро, и мы не знаем последствий».