Космічне сміття забруднює верхні шари атмосфери Землі

Наукове дослідження було проведене у лютому 2025 року: наземний лідер (лазерний локатор) зафіксував щільний та чітко виражений шлейф атомів літію, що утворився при руйнуванні другої ступені ракети-носія «Falcon 9» під час неконтрольованого входу в атмосферу. Результати аналізу опубліковані у журналі Communications Earth & Environment.

Під час активного освоєння навколоземного простору проблема космічного сміття стає дедалі актуальнішою. Відпрацьовані щаблі ракет можуть становити загрозу для авіації, падати на будівлі та людей. Збільшення кількості виведених із експлуатації супутників підвищує ризик зіткнень, раптових руйнувань апаратів, засмічення орбіти небезпечними уламками та розвитком синдрому Кесслера.

Інша серйозна, але поки що недостатньо вивчена проблема, пов'язана зі зміною хімічного складу та властивостей верхніх шарів атмосфери Землі внаслідок входу в атмосферу та руйнування елементів ракет і супутників. Очікується стійке зростання надходження до стратосфери (шар атмосфери на висотах приблизно 18 – 50 км) металів антропогенного походження — алюмінію, міді, ніобію, гафнію, олова, літію та молібдену. Протягом найближчих трьох десятиліть їх приріст може перевищити надходження металів із космічного пилу та мікрометеоритів, що здатне вплинути на характеристики аерозольних шарів та концентрації льодяних кристалів. Крім того, збільшення кількості часточок оксиду алюмінію, пов'язане з формуванням великих скупчень супутників, потенційно загрожує озоновому шару. Разом з тим, до цього часу прямих вимірювань впливу космічного сміття на атмосферу, що згоряє у верхніх шарах, не проводилося.

Робін Вінг (Robin Wing) з Інституту атмосферної фізики Асоціації Лейбніца разом із колегами представив результати прямої оцінки забруднення верхніх шарів атмосфери, спричиненого неконтрольованим входом до неї другої ступені «Falcon 9». Подія сталася вночі 19 лютого 2025 на висоті близько 100 кілометрів над західним узбережжям Ірландії. Ступінь повністю зруйнувалася при згорянні, а окремі фрагменти пізніше були виявлені неподалік Познані у Польщі.

В ході роботи вчені проаналізували концентрацію атомів літію у мезосфері (шарі атмосфери Землі, розташованому на висотах в середньому від 50 до 90 км) під час згоряння ступені, використовуючи наземний резонансний флуоресцентний лідар, встановлений у Кюлунгсборні (Німеччина). Літій був обраний як індикатор через його вкрай низький вміст у метеороїдах, широкого застосування у космічній техніці та зручності реєстрації його малих концентрацій за допомогою лідара.

За шість годин спостережень дослідники зафіксували різке, десятикратне збільшення концентрації літію у мезосфері. Цей сплеск тривав близько 40 хвилин та відповідав щільному, чітко окресленому шлейфу на висотах від 94,5 до 96,8 км. Зіставлення спостережень із моделюванням та даними про динаміку мезосфери дозволило виключити природні джерела літію та пов'язати виявлений шлейф із траєкторією входу другої ступені «Falcon 9».

Автори підкреслюють, що зафіксовані лідаром показники слід розглядати як мінімальну оцінку, оскільки частина атомів літію, що утворилися під час згоряння, на висотах нижче 95 кілометрів переходила в молекулярну форму, а на рівні понад 100 кілометрів іонізувалася. Оцінити вплив літієвого шлейфу на хімічні процеси в мезосфері поки що важко, проте результати демонструють, що наземні локатори можуть ефективно використовуватися для моніторингу наслідків згоряння космічного сміття та перевірки атмосферних моделей.