در سناریوی انتشار بالا، این وضعیت می‌تواند تا سال ۱۴۷۸ منجر به کاهش شدید تعداد ماهواره‌هایی شود که می‌توانند به‌طور ایمن در این مدار فعالیت کنند. این موضوع محدودیت‌های قابل توجهی را برای ارسال ماهواره‌های جدید به فضا ایجاد خواهد کرد و ممکن است باعث ایجاد یک واکنش زنجیره‌ای از برخوردهای کنترل‌ناپذیر، معروف به سندرم کسسلر شود.
یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی ویلیام پارکر، مهندس هوافضا از مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT)، در این باره می‌نویسد:
«تغییرات اقلیمی و انباشت زباله‌های فضایی، دو مسئله جهانی جدی و به‌هم‌پیوسته هستند که نیاز به اقدام هماهنگ دارند. درک و احترام به تأثیر محیط طبیعی بر توانایی جمعی ما برای فعالیت در مدار پایین زمین، برای جلوگیری از بهره‌برداری بیش‌ازحد از این فضا و حفاظت از آن برای نسل‌های آینده ضروری است.»
با اینکه فضا وسیع است، اما بخش قابل استفاده آن برای عملیات ماهواره‌ای محدودیت دارد. بین ارتفاعات ۲۰۰ تا ۱۰۰۰ کیلومتر تنها تعداد مشخصی ماهواره و شیء فضایی می‌توان مستقر کرد، قبل از اینکه شرایط ناایمن شود.
زمانی که این فضا بیش از حد شلوغ شود، برخوردها اجتناب‌ناپذیر خواهند بود. چنین برخوردهایی، اشیای فضایی را متلاشی کرده و منطقه را با قطعاتی از زباله‌های فضایی پر می‌کند که در مدارهایی کنترل‌ناپذیر حرکت می‌کنند. این امر باعث بی‌ثباتی بیشتر مدار پایین زمین می‌شود، پدیده‌ای که سندرم کسسلر نام دارد.
تأثیر تغییرات جوی بر مدار زمین: پیوندی میان اقلیم و گردش سیارات
ظرفیت استفاده از فضای نزدیک زمین می‌تواند تحت تأثیر عواملی که بر جو زمین اثر می‌گذارند، تغییر کند. به‌عنوان مثال، در دوره‌های بیشینه خورشیدی (زمانی که فعالیت خورشید شامل شراره‌ها و فوران‌های شدید است)، ماهواره‌ها با دشواری بیشتری در مدار باقی می‌مانند. دلیل آن این است که افزایش انرژی خورشید، جو زمین را متورم کرده و مقاومت (درگ) وارد بر ماهواره‌ها را افزایش می‌دهد.
اما وضعیت فعلی اقلیم زمین بی‌سابقه است و تأثیر انتشار گسترده گازهای گلخانه‌ای بر مدار پایین زمین هنوز به‌طور کامل بررسی نشده است. می‌دانیم که این گازها باعث کاهش چگالی ترموسفر (لایه‌ای از جو بین ارتفاعات ۸۵ تا ۶۰۰ کیلومتر) می‌شوند.
پارکر و همکارانش برای پر کردن این شکاف دانشی، مدل‌سازی‌های جوی انجام دادند تا ظرفیت تحمل ماهواره‌های مدار پایین زمین را در سال ۱۴۷۸، تحت سناریوهای مختلف انتشار گازهای گلخانه‌ای، برآورد کنند.
کاهش مقاومت جوی و افزایش ماندگاری زباله‌های فضایی: چالش‌ها و راهکارها
نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که کاهش چگالی ترموسفر، که در اثر افزایش انتشار گازهای گلخانه‌ای رخ می‌دهد، باعث کاهش مقاومت جوی بر ماهواره‌ها می‌شود.
مقاومت جوی (درگ) یک نیروی مداوم است که موجب افت تدریجی ارتفاع ماهواره‌ها می‌شود. برای یک ماهواره فعال، این امر نیاز به اصلاحات مداری دارد، بنابراین کاهش درگ می‌تواند مفید باشد. اما برای زباله‌های فضایی، درگ باعث می‌شود که این اشیا به آرامی سقوط کرده و در جو زمین بسوزند.
با کاهش درگ، این فرآیند بسیار کندتر خواهد شد، که به معنی ماندگاری طولانی‌تر زباله‌های فضایی در مدار پایین زمین است. در نتیجه، اشیای غیرقابل استفاده مدت بیشتری در فضا باقی می‌مانند و خطر برخوردهای بیشتر را افزایش می‌دهند.
در مدل محققان، انتشار متوسط تا بالای دی‌اکسید کربن باعث کاهش شدید در تعداد ماهواره‌هایی می‌شود که از مدار خارج می‌شوند، که این امر مدار پایین زمین را پر از زباله کرده و تعداد ماهواره‌های جدیدی که می‌توان به فضا فرستاد را محدود می‌کند.
در بدترین سناریوی انتشار گازهای گلخانه‌ای:
- در محدوده ارتفاعی ۴۰۰ تا ۱۰۰۰ کیلومتر، ظرفیت مداری در دوره‌های بیشینه خورشیدی ۶۰٪ و در دوره‌های کمینه خورشیدی ۸۲٪ کاهش می‌یابد.
آینده فضای نزدیک زمین: چالش‌ها و فرصت‌ها
در حال حاضر، هنوز به ظرفیت بحرانی کسسلر نرسیده‌ایم. محاسبات تیم نشان می‌دهد که میلیون‌ها ماهواره می‌توانند در پایین‌ترین ارتفاعات مدار زمین بدون ایجاد بی‌ثباتی فعالیت کنند. در زمان نگارش این مقاله، ۱۱,۹۰۱ ماهواره در مدار زمین فعال هستند و حدود ۲۰,۰۰۰ قطعه زباله فضایی در آنجا شناورند.
با این حال، با توجه به افزایش سریع تعداد ماهواره‌ها، محققان هشدار می‌دهند که قبل از رسیدن به یک بحران واقعی، باید این مشکل را جدی گرفت.
آن‌ها می‌نویسند:
«با توجه به رشد سریع تعداد ماهواره‌ها در مدار پایین زمین، درک تغییرات محیطی و تأثیر آن بر عملیات پایدار، برای جلوگیری از بهره‌برداری بیش‌ازحد از این فضا ضروری است.»
این پژوهش در مجله Nature Sustainability منتشر شده است.
