פצצת זמן מתקתקת: זבל חלל אוכל את שכבת האוזון של כדור הארץ

כאשר לוויינים המספקים אינטרנט – המשוגרים כעת באלפים – יגיעו לסוף חיי השירות שלהם, השרידים משריפתם באטמוספירה של כדור הארץ יניעו תגובות כימיות המדלדלות את האוזון הסטרטוספרי.

כאשר לוויינים מיושנים נכנסים מחדש לאטמוספירה של כדור הארץ ומתפוררים, הם משחררים חלקיקי תחמוצת אלומיניום קטנים השוחקים את שכבת האוזון של כדור הארץ. מחקר שנערך לאחרונה מגלה כי נוכחותם של חלקיקים אלו עלתה פי שמונה מ-2016 עד 2022, והיא צפויה להמשיך ולעלות עם המספר ההולך וגדל של לוויינים במסלול נמוך סביב כדור הארץ.

פרוטוקול מונטריאול משנת 1987 הסדיר בהצלחה CFC הפוגעים באוזון כדי להגן על שכבת האוזון, וכיווץ החור באוזון מעל אנטארקטיקה עם התאוששות צפויה בחמישים השנים הקרובות. עם זאת, העלייה הבלתי צפויה בתחמוצות האלומיניום עלולה לקטוע את ההתקדמות בהתאוששות האוזון בעשורים הקרובים.

מתוך 8,100 עצמים במסלול נמוך סביב כדור הארץ, 6,000 הם לווייני Starlink ששוגרו בשנים האחרונות. הביקוש לכיסוי אינטרנט עולמי גורם לעלייה מהירה בשיגורים של נחילי לווייני תקשורת קטנים. SpaceX הוא המועמד המוביל במפעל הזה, עם הרשאה לשגר עוד 12,000 לווייני Starlink ועד 42,000 מתוכננים. אמזון וחברות אחרות ברחבי העולם מתכננות גם קבוצות כוכבים שנעות בין 3,000 ל-13,000 לוויינים, אמרו מחברי המחקר.

לווייני אינטרנט במסלול נמוך סביב כדור הארץ הם קצרי מועד, כחמש שנים. לאחר מכן חברות חייבות לשגר לוויינים חלופיים כדי לשמור על שירות האינטרנט, להמשיך במעגל של התיישנות מתוכננת וזיהום לא מתוכנן.

תחמוצות אלומיניום מעוררות תגובות כימיות ההורסות את האוזון הסטרטוספרי, המגן על כדור הארץ מקרינת UV מזיקה. התחמוצות אינן מגיבות כימית עם מולקולות האוזון, אלא מעוררות תגובות הרסניות בין אוזון לכלור המדללות את שכבת האוזון. מכיוון שתחמוצות אלומיניום אינן נצרכות על ידי תגובות כימיות אלו, הן יכולות להמשיך להרוס מולקולה אחר מולקולה של אוזון במשך עשרות שנים כשהן נסחפות מטה דרך הסטרטוספירה.

עם זאת, תשומת לב מועטה עדיין ניתנה למזהמים הנוצרים כאשר לוויינים נופלים לאטמוספירה העליונה ונשרפים. מחקרים קודמים על זיהום לוויינים התמקדו בעיקר בהשלכות של הנעת רכב שיגור לחלל, כמו שחרור דלק רקטי. המחקר החדש, על ידי צוות מחקר מבית הספר להנדסה ויטרבי של אוניברסיטת דרום קליפורניה, הוא ההערכה הריאליסטית הראשונה של היקף הזיהום הארוך הזה באטמוספרה העליונה, אמרו המחברים.

"רק בשנים האחרונות אנשים התחילו לחשוב שזה עלול להפוך לבעיה", אמר ג'וזף וואנג, חוקר באסטרונאוטיקה באוניברסיטת דרום קליפורניה ומחבר מקביל של המחקר החדש. "היינו אחת הקבוצות הראשונות שבדקו מה עשויה להיות ההשלכה של העובדות האלה".

המחקר פורסם בכתב העת AGU בגישה פתוחה מכתבי מחקר גיאופיזייםהמפרסמת דוחות בעלי השפעה גבוהה בפורמט קצר עם השלכות מיידיות על פני כל מדעי כדור הארץ והחלל.

איום שינה

מכיוון שלמעשה בלתי אפשרי לאסוף נתונים מחללית שנשרפת, מחקרים קודמים השתמשו בניתוחים של מיקרו-מטאורואידים כדי להעריך זיהום פוטנציאלי. אבל מיקרו-מטאורואידים מכילים מעט מאוד אלומיניום, המתכת שמהווה 15% עד 40% מהמסה של רוב הלוויינים, כך שההערכות הללו לא תאמו היטב לווייני "נחיל" חדשים.

כדי לקבל תמונה מדויקת יותר של זיהום מכניסה חוזרת של לוויינים, החוקרים דגלו את ההרכב הכימי והקשרים בתוך חומרים של לוויינים כשהם מקיימים אינטראקציה ברמות מולקולריות ואטומיות. התוצאות העניקו לחוקרים הבנה כיצד החומר משתנה עם תשומות אנרגיה שונות.

בשנת 2022, כניסה חוזרת של לוויינים הגדילה את האלומיניום באטמוספירה ב-29.5% על פני רמות טבעיות, מצאו החוקרים. המודלים הראו כי לוויין טיפוסי של 250 קילוגרם (550 פאונד) ש-30% מהמסה שלו הם אלומיניום יפיק כ-30 קילוגרם (66 פאונד) של ננו-חלקיקי תחמוצת אלומיניום (בגודל 1-100 ננומטר) במהלך כניסתו מחדש. רוב החלקיקים הללו נוצרים במזוספרה, 50-85 ק"מ (30-50 מייל) מעל פני כדור הארץ.

הצוות חישב אז, בהתבסס על גודל החלקיקים, ייקח עד 30 שנה לתחמוצות האלומיניום להיסחף לגבהים הסטרטוספריים, שם נמצא 90% מהאוזון של כדור הארץ.

החוקרים העריכו כי עד להשלמת קבוצות הכוכבים של הלוויינים המתוכננים כעת, מדי שנה ייפלו 912 טון אלומיניום (1,005 טון ארה"ב) לכדור הארץ. זה ישחרר לאטמוספירה כ-360 טון (397 טון ארה"ב) של תחמוצות אלומיניום בשנה לאטמוספירה, עלייה של 646% ביחס לרמות הטבעיות.

עבודה זו מומנה על ידי נאס"א.