اصطلاح انگلیسی «House of Cards» یا «خانهای از کارتها» عبارتی بسیار گویا و زیباست؛ عبارتی که امروز بیشتر با یک سریال سیاسی نتفلیکس شناخته میشود، اما معنای اصلی آن به سیستمی اشاره دارد که ذاتاً ناپایدار است و با کوچکترین اختلال ممکن است بهطور کامل فرو بریزد. دقیقاً همین تعبیر را سارا تیل، که در زمان انجام این پژوهش دانشجوی دکتری دانشگاه بریتیش کلمبیا بود و اکنون در دانشگاه پرینستون فعالیت میکند، بههمراه همکارانش برای توصیف وضعیت کنونی منظومههای عظیم ماهوارهای به کار بردهاند. آنها در مقالهای تازه که نسخه پیشچاپ آن در arXiv منتشر شده، نشان میدهند که زیرساخت فعلی ماهوارههای مدار پایین زمین، بیش از آنچه تصور میکنیم شکننده است.
نویسندگان این مقاله برای انتخاب چنین عنوانی، دلایل محکمی دارند. محاسبات آنها نشان میدهد که در مجموع تمام منظومههای بزرگ ماهوارهای در مدار پایین زمین (LEO)، رویدادی به نام «نزدیکگذر»—که به عبور دو ماهواره از فاصلهای کمتر از یک کیلومتر از یکدیگر گفته میشود—بهطور متوسط هر ۲۲ ثانیه یکبار رخ میدهد. اگر فقط منظومه استارلینک را در نظر بگیریم، این عدد بهتنهایی به حدود هر ۱۱ دقیقه یکبار میرسد.
از سوی دیگر، یکی از آمارهای شناختهشده درباره استارلینک این است که هر یک از هزاران ماهواره آن، بهطور میانگین سالانه ۴۱ مانور انجام میدهد تا از برخورد با سایر اجسام مداری جلوگیری کند. در نگاه اول، این آمار شاید نشانهی یک سامانه بسیار پیشرفته و دقیق به نظر برسد؛ سیستمی که دقیقاً همانطور که طراحی شده، در حال کار است.
اما هر مهندسی به شما خواهد گفت که اغلب شکستهای بزرگ سیستمها نه در شرایط عادی، بلکه در مواجهه با «حالتهای لبهای» یا همان شرایط نادر و غیرمعمول رخ میدهند؛ شرایطی که معمولاً در طراحیهای روزمره کمتر به آنها توجه میشود. بر اساس این مقاله، طوفانهای خورشیدی یکی از همین حالتهای لبهای خطرناک برای منظومههای عظیم ماهوارهای هستند.
طوفانهای خورشیدی معمولاً از دو مسیر اصلی بر عملکرد ماهوارهها تأثیر میگذارند. نخست اینکه این طوفانها باعث گرم شدن لایههای بالایی جو زمین میشوند. این افزایش دما، چگالی جو را بالا میبرد و در نتیجه، نیروی پسای جوی وارد بر ماهوارهها افزایش مییابد. پیامد این اتفاق دو چیز است: از یکسو ماهوارهها برای حفظ مدار خود مجبور به مصرف سوخت بیشتری میشوند و از سوی دیگر، به دلیل افزایش عدمقطعیت در موقعیت مداری، ناچارند مانورهای اجتنابی بیشتری انجام دهند.
در جریان طوفان «گنون» در ماه مه ۲۰۲۴—که متأسفانه برخلاف نامش ارتباطی با شخصیت منفی مجموعه زلدا ندارد—بیش از نیمی از تمام ماهوارههای مدار پایین زمین مجبور شدند بخشی از سوخت خود را صرف این مانورهای اصلاحی و جابهجایی کنند. این آمار بهخوبی نشان میدهد که حتی یک طوفان خورشیدی نسبتاً نادر چگونه میتواند فشار شدیدی بر کل سامانه وارد کند.
اما اثر دوم طوفانهای خورشیدی، و شاید ویرانگرتر از اولی، آسیبزدن مستقیم به سامانههای ناوبری و ارتباطی ماهوارهها است. در چنین حالتی، ماهواره عملاً توانایی دریافت فرمان یا اجرای مانور برای دوری از خطر را از دست میدهد. اگر این وضعیت با افزایش پسای جوی و عدمقطعیت مکانی همزمان شود، ترکیب آنها میتواند به یک فاجعه آنی منجر شود.
معروفترین تصویر ذهنی از چنین فاجعهای، سندروم کسلر است؛ وضعیتی که در آن، زنجیرهای از برخوردها باعث ایجاد ابری متراکم از آوار فضایی در اطراف زمین میشود، بهطوری که پرتاب هر جسم جدیدی به فضا تقریباً غیرممکن خواهد شد. با این حال، سندروم کسلر معمولاً پدیدهای است که طی دههها شکل میگیرد.
برای نشان دادن فوریت و سرعت بحرانی که طوفانهای خورشیدی میتوانند ایجاد کنند، نویسندگان این مقاله شاخص جدیدی معرفی کردهاند با نام CRASH Clock (ساعت تحقق برخورد و آسیب جدی). این شاخص نشان میدهد که اگر اپراتورهای ماهوارهای توانایی ارسال فرمانهای کنترلی برای انجام مانورهای اجتنابی را از دست بدهند، چه مدت زمان تا وقوع یک برخورد فاجعهبار باقی میماند.
بر اساس محاسبات آنها، تا ژوئن ۲۰۲۵، در چنین شرایطی تنها حدود ۲٫۸ روز طول میکشد تا یک برخورد فاجعهآمیز رخ دهد. این عدد را با وضعیت سال ۲۰۱۸ مقایسه کنید؛ زمانی که هنوز عصر منظومههای عظیم ماهوارهای آغاز نشده بود و این زمان حدود ۱۲۱ روز برآورد میشد. همین مقایسه بهتنهایی نشان میدهد که چرا پژوهشگران تا این حد نگراناند.
حتی نگرانکنندهتر آن است که اگر اپراتورها فقط به مدت ۲۴ ساعت کنترل ماهوارهها را از دست بدهند، احتمال وقوع یک برخورد فاجعهبار حدود ۳۰ درصد خواهد بود؛ برخوردی که میتواند به جرقه آغاز فرایند چند دههای سندروم کسلر تبدیل شود.
مشکل اینجاست که طوفانهای خورشیدی معمولاً هشدار طولانیمدت نمیدهند؛ گاهی فقط یک یا دو روز پیش از وقوع. و حتی در صورت هشدار، کار زیادی جز تلاش برای محافظت نسبی از ماهوارهها نمیتوان انجام داد. از سوی دیگر، محیط پویایی که این طوفانها در جو زمین ایجاد میکنند، نیازمند کنترل و بازخورد لحظهای است. اگر این کنترل لحظهای از کار بیفتد، به گفته نویسندگان مقاله، تنها چند روز فرصت داریم تا آن را بازیابی کنیم؛ در غیر این صورت، این «خانه کارتها» بهطور کامل فرو خواهد ریخت.
این نگرانی صرفاً یک سناریوی خیالی نیست. طوفان گنون ۲۰۲۴ قویترین طوفان خورشیدی در چند دهه اخیر بود، اما ما نمونهای حتی شدیدتر را هم در تاریخ میشناسیم: رویداد کارینگتون در سال ۱۸۵۹، قویترین طوفان خورشیدی ثبتشده در تاریخ. اگر رویدادی مشابه امروز رخ دهد، میتواند کنترل ماهوارهها را برای مدتی بسیار طولانیتر از سه روز از بین ببرد. به بیان ساده، یک رویداد واحد—که سابقه آن در حافظه تاریخی بشر وجود دارد—میتواند کل زیرساخت ماهوارهای ما را از کار بیندازد و انسان را برای آیندهای قابل پیشبینی، زمینگیر کند.
هرچند استفاده از توانمندیهای فنی منظومههای عظیم مدار پایین زمین مزایای بزرگی دارد، اما در کنار آن باید ارزیابی واقعبینانهای از ریسکها نیز انجام شود. وقتی پای از دست دادن دسترسی بشر به فضا برای نسلها، آن هم بر اثر یک طوفان خورشیدی شدید، در میان است، حداقل کاری که میتوان انجام داد، تصمیمگیری آگاهانه است. این مقاله دقیقاً در همین مسیر گام برمیدارد و به شکلگیری چنین آگاهیای کمک میکند.