تعقیب نمایشی یک فضاپیمای در حال سقوط با هواپیما، بینش‌های جدیدی درباره فرآیندهای سوزان و پرانرژی حاصل از ورود دوباره ماهواره‌های بازنشسته به جو زمین فراهم کرده است. این اندازه‌گیری‌ها به دانشمندان کمک می‌کنند تا درک بهتری از اثرات آلودگی هوایی ماهواره‌ها بر جو زمین داشته باشند.
اوایل شهریور سال گذشته، تیمی از دانشمندان اروپایی با یک جت اجاره‌ای در جزیره ایستر سوار شدند تا ورود دوباره ماهواره “سالسا” ـ یکی از چهار ماهواره همسان مأموریت “کلاستر” متعلق به آژانس فضایی اروپا (ESA) ـ را ردگیری کنند. این هواپیما به ۲۶ دوربین مجهز بود که می‌توانست این پدیده گذرا را در طول‌موج‌های مختلف نور ثبت کند.
نخستین نتایج این عملیات رصدی منحصر به‌فرد در اوایل اردیبهشت، در کنفرانس اروپایی «زباله‌های فضایی» در شهر بن آلمان ارائه شد.
(منبع تصویر: ESA / ROSIE / دانشگاه کوئینزلند جنوبی)
این سوختن ماهواره، که شبیه به یک شهاب‌سنگ بود و کمتر از ۵۰ ثانیه طول کشید، در ظهر روز ۱۸ شهریور ۱۴۰۳ بر فراز اقیانوس آرام روی داد. روشنایی زیاد روز مشاهده را دشوار کرد و مانع استفاده از ابزارهای دقیق‌تر شد که می‌توانستند جزئیات بیشتری از این پدیده ارائه دهند. با این حال، تیم تحقیقاتی موفق شد بینش‌های تازه‌ای درباره فرایند سوختن ماهواره‌ها به دست آورد؛ پدیده‌ای که تا کنون کمتر مورد مطالعه قرار گرفته و درک کمی از آن وجود دارد.
«این رویداد نسبتاً کم‌نور بود، کم‌نورتر از آنچه انتظار داشتیم»، استفان لوله، پژوهشگر مؤسسه سامانه‌های فضایی در دانشگاه اشتوتگارت آلمان، گفت. «ما فکر می‌کنیم این نشان می‌دهد که ماهواره هنگام فروپاشی به قطعاتی تبدیل شده که سرعت کمتری نسبت به بدنه اصلی داشته‌اند و در نتیجه تابش کمتری تولید کرده‌اند.»
پس از فروپاشی اولیه در ارتفاع حدود ۸۰ کیلومتری (۵۰ مایلی)، پژوهشگران توانستند فرایند متلاشی شدن را تا حدود ۲۵ ثانیه ردیابی کنند. آن‌ها در ارتفاع حدود ۴۰ کیلومتری (۲۵ مایلی) رد محو شده قطعات را از دست دادند. با استفاده از فیلترهای رنگی، تیم توانست آزاد شدن ترکیبات شیمیایی مختلف را در طول این سوختن شناسایی کند که سرنخ‌هایی درباره نوع آلودگی هوایی حاصل از این فرآیند در اختیارشان می‌گذارد.
«ما لیتیم، پتاسیم و آلومینیوم را شناسایی کردیم»، لوله گفت. «اما در این مرحله نمی‌دانیم چه مقدار از آن به‌صورت آلودگی بلندمدت در جو باقی می‌ماند و چه مقدار به‌صورت قطرات ریز به زمین سقوط می‌کند.»
ورود مجدد ماهواره‌ها به جو زمین، به موضوعی نگران‌کننده برای جامعه علمی جوّی جهان تبدیل شده است. ماهواره‌ها عمدتاً از آلومینیوم ساخته شده‌اند و سوختن آن‌ها منجر به تولید اکسید آلومینیوم (آلومینا) می‌شود. پژوهشگران می‌دانند که آلومینا می‌تواند موجب تخریب لایه اوزون شود و توانایی زمین در بازتاب نور خورشید را تغییر دهد؛ مسئله‌ای که ممکن است تعادل گرمایی جو را برهم بزند.
با افزایش پرتاب ماهواره‌ها، تعداد بیشتری از آن‌ها به زمین بازمی‌گردند. فرآورده‌هایی که در اثر سوختن این ماهواره‌ها در جو ایجاد می‌شود، احتمالاً در سال‌های آینده در لایه‌های بالایی جو انباشته خواهد شد. با این حال، تأثیرات این آلودگی هنوز به‌خوبی شناخته نشده است. ارتفاع‌هایی که در آن‌ها ماهواره‌ها متلاشی می‌شوند، بسیار بالاتر از محدوده دسترسی بالون‌های هواشناسی و بسیار پایین‌تر از محدوده عملکرد ماهواره‌هاست.
تعقیب هوایی، مانند آنچه برای ماهواره سالسا انجام شد، بهترین راه برای جمع‌آوری داده‌های دقیق درباره فرایندهای شیمیایی هنگام ورود دوباره به جو است. اما چنین مأموریت‌هایی بسیار پرهزینه و دشوار هستند. تاکنون فقط پنج مورد ورود دوباره فضاپیما از هوا پیگیری شده‌اند؛ از جمله یک مرحله موشک آریان و سه فضاپیمای تأمین تدارکات ایستگاه فضایی بین‌المللی.
«در حال حاضر پژوهشگرانی که این پدیده‌ها را مدل‌سازی می‌کنند، واقعاً نمی‌دانند که دقیقاً هنگام متلاشی شدن ماهواره چه اتفاقی می‌افتد»، لوله گفت. «اولین چیزی که باید بدانیم همین است. می‌خواهیم مطمئن شویم چیزی روی سر مردم نمی‌افتد. سپس باید بفهمیم این مواد چقدر برای جو زمین خطرناک هستند.»
داده‌های ثبت‌شده توسط لوله و همکارانش نشان می‌دهد که مخازن سوخت تیتانیومی ماهواره ۵۵۰ کیلوگرمی «کلاستر سالسا» ممکن است از جو عبور کرده و به اقیانوس آرام افتاده باشند. این یک اطلاعات کلیدی است، زیرا طبق گزارشی از آژانس فضایی اروپا، به‌طور میانگین روزانه سه ماهواره به زمین بازمی‌گردند.
بیشتر این ماهواره‌ها به منظومه عظیم Starlink شرکت SpaceX تعلق دارند. نسل اول استارلینک حدود ۲۶۰ کیلوگرم وزن داشتند، اما نسخه فعلی «V2 مینی» حدود ۸۰۰ کیلوگرم است. نسخه آینده V2 حتی بزرگ‌تر بوده و ۱۲۵۰ کیلوگرم خواهد بود. اگرچه اسپیس‌ایکس ادعا می‌کند این ماهواره‌ها به‌طور کامل در جو می‌سوزند، اما پیش‌تر پذیرفته که گاهی ممکن است بقایایی از آن‌ها به زمین برسد.
تیم اروپایی همچنان در حال تحلیل داده‌هاست و امیدوار است مشاهدات خود را با مدل‌های رایانه‌ای هم‌راستا کند تا درک بهتری از روند فروپاشی و سوختن ماهواره‌ها به دست آورد.
«ما داریم مشاهدات خود را با مدل‌های فروپاشی ماهواره‌ها مقایسه می‌کنیم تا بفهمیم چه مقدار جرم در هر مرحله از بین می‌رود»، ییری شیله، مدیرعامل شرکت Astros Solutions در اسلواکی که این عملیات را هماهنگ کرده بود، گفت. «وقتی مدل‌ها با داده‌ها هماهنگ شوند، شاید بتوانیم مدل‌سازی کنیم که فلز مذاب چطور با جو واکنش می‌دهد.»
لوله توضیح داد که در حال حاضر درک بسیار اندکی از فرایند سوختن ماهواره‌ها وجود دارد تا بتوان میزان تأثیر آن‌ها بر جو را تخمین زد. بدنه آلومینیومی یک ماهواره بازگشتی ذوب می‌شود و به قطرات بزرگی از فلز مذاب تبدیل می‌گردد. بخشی از این قطرات به اکسید آلومینیوم تبخیر می‌شوند، در حالی که برخی دیگر پراکنده شده، سرد می‌شوند و به‌صورت ذرات نانو و میکرومتری به زمین می‌افتند. همان بخشی که به اکسید تبدیل می‌شود، عامل تخریب اوزون و اثرات آب‌وهوایی است.
«ما هنوز داده کافی برای مشخص کردن میزان تبدیل آلومینیوم به اکسید نداریم»، لوله گفت. «امیدواریم بتوانیم در آینده توالی فروپاشی یک ماهواره را بازسازی کنیم و بفهمیم هر انفجار چقدر آلومینیوم به جو فوقانی آزاد می‌کند.»
پژوهشگران امیدوارند که هنگام ورود دوباره سه ماهواره دیگر این مجموعه ـ یعنی رومبا، تانگو و سامبا ـ در سال‌های ۱۴۰۴ و ۱۴۰۵ بتوانند داده‌های بیشتری گردآوری کنند. این چهار ماهواره از سال ۱۳۷۸ به دور زمین می‌چرخند و میدان مغناطیسی زمین و تعامل آن با بادهای خورشیدی را بررسی می‌کنند.
با این حال، تمام ورودهای دوباره این ماهواره‌ها نیز در روشنایی روز اتفاق خواهند افتاد. بنابراین، پژوهشگران نخواهند توانست از طیف‌سنجی ـ که می‌تواند جزئیات دقیق‌تری از ترکیبات شیمیایی ابر فروپاشی ارائه دهد ـ استفاده کنند. طیف‌سنجی روشی برای تجزیه نور به طول‌موج‌های جداگانه است، اما در روشنایی روز، نور ساطع‌شده از یک ماهواره در حال سوختن آن‌قدر ضعیف است که در نور خورشید گم می‌شود.
