Svemirsko smeće koje ispada iz orbite i pada prema Zemlji predstavlja rastuću prijetnju. Zaista, stari sateliti i dijelovi svemirskih letjelica vraćaju se u atmosferu naše planete više od tri puta dnevno .
Kada ovi objekti sagorijevaju kroz atmosferu, mogu ispuštati štetne tvari, a ako dođu do Zemljine površine, mogu kontaminirati okoliš, kao i sudariti se sa zgradama, drugom infrastrukturom, pa čak i ljudima.
Međutim, praćenje padajućeg svemirskog otpada u nastojanju da se ublaži njegov utjecaj je komplicirano jer svemirski otpad može naglo izaći iz orbite dok se kreće brzinom i do 29.000 kilometara na sat . Trenutne metode za praćenje padajućeg svemirskog otpada koriste radarsko i optičko praćenje , ali teško predviđaju gdje bi većina objekata mogla sletjeti, posebno ako se otpad raspadne tokom ponovnog ulaska u Zemljinu atmosferu. Ovaj nedostatak preciznih podataka o lokaciji može odgoditi ili spriječiti oporavak opasnih toksičnih ostataka iz svemira.
Istraživači sa Univerziteta Johns Hopkins i Imperial Collegea u Londonu sada kažu da su pronašli novi način za uočavanje svemirskog otpada tokom ponovnog ulaska u atmosferu. Njihov pristup koristi seizmometre, instrumente koji obično detektuju zemljotrese u tlu.
Trik je u traženju podataka koji ukazuju na zvučni prasak - udarni val koji nastaje kada objekt premaši brzinu zvuka - koji generiraju ostaci koji padaju dok se kotrljaju kroz atmosferu.
Kompanija TransAstra sa sjedištem u Kaliforniji testira napuhanu "vreću za hvatanje" koja dolazi u različitim veličinama i namijenjena je hvatanju asteroida za rudarenje, kao što je prikazano na konceptu ovog umjetnika.
„Već dugo znamo da svemirski otpad koji ponovo ulazi u atmosferu proizvodi zvučne udare, potpuno na isti način kao što prirodni meteoroidi ili supersonični avioni proizvode zvučne udare“, rekao je Benjamin Fernando, postdoktorski istraživački saradnik na Univerzitetu Johns Hopkins, koji proučava zemljotrese na Marsu, Zemlji i drugim planetama u našem Sunčevom sistemu.
„Mnogo sam radio na NASA-inoj misiji pod nazivom InSight, gdje smo pokušali koristiti meteoroide kao seizmičke izvore na Marsu, s jednim seizmometrom“, dodao je Fernando, koji je koautor rada s Constantinosom Charalambousom, istraživačem na Imperial Collegeu u Londonu, o novoj metodi koji je objavljen u četvrtak u časopisu Science.
InSight lander, koji je sletio na Mars 2018. godine, detektovao je više od 1.300 Marsotresa, od kojih je nekoliko uzrokovano udarom meteoroida o površinu, a ne kretanjem stijena unutar planete. InSight je uspio "čuti" udarne valove koje su meteoroidi proizveli pri ulasku u tanku atmosferu Marsa, a zatim precizno odrediti lokaciju udara. NASA-in Mars Reconnaissance Orbiter je potom preletio preko ovih kratera kako bi ih proučio i fotografisao, otkrivajući važne uvide o površini crvene planete.
„Veliki korak u ovom radu bio je korištenje nekih tehnika koje smo razvili za proučavanje prirodnih meteoroida na Zemlji i Marsu i njihova primjena na proučavanje svemirskog otpada na Zemlji“, rekao je Fernando.
„Ali u mnogim aspektima, svemirski otpad se prilično razlikuje od prirodnih svemirskih objekata, on obično ulazi u atmosferu sporije i pod mnogo manjim uglom. Također se obično raspada na mnogo složeniji način i zaista predstavlja mnogo veći rizik za ljude na zemlji“, dodao je Fernando.
Drugačije predviđanje
Da bi testirali svoju metodu, istraživači su koristili nekontrolisani ponovni ulazak kineske svemirske letjelice Shenzhou-15, misije iz 2022. godine na svemirsku stanicu Tiangong. Orbitalni modul svemirske letjelice, širok oko 1 metar i težak više od 1,5 tona, ponovo je ušao u atmosferu u aprilu 2024. godine iznad Kalifornije.
Dok je letjelica sagorijevala kroz atmosferu, zvučni udari koje je proizvela dosegli su tlo, stvarajući vibracije koje su seizmometri registrovali, ali koje nisu izgledale kao zemljotresi. Studija je proučavala podatke sa 125 takvih instrumenata, koristeći intenzitet očitavanja za rekonstrukciju putanje objekta na nebu.
U poređenju s projekcijom američkih Svemirskih snaga koristeći radarske podatke, metoda zvučnog udara vratila je putanju koja je bila 40 kilometara južnije. „Nisu pronađeni fragmenti krhotina“, rekao je Fernando, „tako da sve što možemo reći je da vidimo nešto što se razlikuje od predviđanja Svemirskih snaga.“
Istraživačima je sada potrebno više testova kako bi potvrdili održivost metode. „Naš krajnji cilj je proizvesti alat koji možemo integrirati u civilni sistem praćenja“, rekao je Fernando. „Recimo da ste zabrinuti da je nešto palo s neba iznad Kalifornije ili iznad Londona - imali biste alat, zasnovan na podacima iz otvorenog koda, koji vam može pomoći da locirate gdje se to dogodilo i potencijalno informirate napore za oporavak“, dodao je, misleći na podatke seizmografa, koji su obično javno dostupni.
Zvučni udari bi se detektovali automatski, rekao je Fernando, što bi ljudima omogućilo da prate padajuće krhotine u roku od nekoliko sekundi ili minuta od početka ponovnog ulaska u atmosferu i prikupe važne podatke o lokaciji potencijalne atmosferske kontaminacije. Procjena mjesta udara bi trajala nešto duže jer bi trebalo uzeti u obzir druge varijable poput vjetra, ali bi alat i dalje mogao predložiti lokaciju dovoljno brzo da podrži brzu reakciju.
Fernando je naveo dva primjera ekoloških problema uzrokovanih padajućim krhotinama. Jedan je ponovni ulazak sovjetskog satelita Kosmos 954 u atmosferu 1978. godine, koji je raspršio radioaktivne krhotine iznad sjeverne Kanade. „Većina nikada nije pronađena“, rekao je. „Još uvijek je radioaktivno.“
Druga je eksplozija rakete SpaceX Starship iznad Kariba početkom 2025. godine, koja je uticala na civilno zrakoplovstvo i raspršila krhotine i teške metale u morsko okruženje i stambena područja.
„Još jedna stvar koje postajemo sve svjesniji je da svi ovi ponovni ulasci u atmosferu počinju mijenjati sastav atmosfere“, dodao je. „Mnoge hemikalije koje se nalaze u svemirskim letjelicama su prilično toksične. Neke od njih imaju jasan potencijal da oštećuju ozonski omotač. Dakle, to je prilično ozbiljna stvar i nismo baš sigurni kakav je utjecaj, jer je ovo još uvijek relativno nov problem.“
Uzbudljiv novi razvoj događaja
Hugh Lewis, profesor astronautike na Univerzitetu u Birminghamu u Engleskoj, istakao je da korištenje postojeće mreže seizmičkih senzora čini novu metodu „skalabilnim, jeftinim i uzbudljivim novim razvojem“. Lewis nije bio uključen u istraživanje.
„Opisuje pristup koji nam pomaže da shvatimo šta se dešava kada svemirska letjelica ili raketni stepen ponovo uđe u atmosferu - proces koji je historijski bilo vrlo teško posmatrati i mjeriti, zbog ograničenja postojećih radarskih sistema koji se koriste za praćenje ovih objekata u orbiti i često zbog udaljenosti lokacije ponovnog ulaska“, rekao je Lewis u e-poruci.
Moriba Jah, profesorica vazduhoplovnog inženjerstva i inženjerske mehanike na Univerzitetu Teksasa u Austinu, rekla je da korištenje seizmičkih mreža za izdvajanje informacija iz atmosferskih ponovnih ulazaka u atmosferu dobar primjer kako se „slučajni“ podaci mogu prenamijeniti. Jah, koja također nije učestvovala u studiji, napomenula je da se podaci mogu koristiti za saznavanje više o objektima koje naučnici inače izgube iz vida tokom najhaotičnije faze svog povratka na Zemlju.
Ovaj umjetnički koncept prikazuje crvenog supergiganta Betelgeuse i zvijezdu pratioca u orbiti. Pratilac, koji kruži u smjeru kazaljke na satu iz ove perspektive, generira gusti trag plina koji se širi prema van. Toliko je blizu Betelgeuseu da prolazi kroz proširenu vanjsku atmosferu supergiganta. Zvijezda pratilac nije u mjerilu; bila bi to sitna tačka u poređenju s Betelgeuseom, koji je stotine puta veći. Udaljenost pratioca od Betelgeusea je u mjerilu u odnosu na promjer Betelgeusea.
Supergigantska zvijezda Betelgeuse puna je misterija. Nova posmatranja bi mogla riješiti najveću.
Međutim, upozorio je na moguća ograničenja. „Ova metoda se oslanja na snažne udarne valove, u suštini zvučne udare, koji se spajaju sa zemljom“, napisao je Jah u e-poruci. „Mnogi objekti koji se vraćaju u atmosferu su premali ili se raspadaju previsoko u atmosferi da bi uopće proizveli ovakve signale. Dakle, neće detektovati većinu krhotina i nije samostalno rješenje za problem svemirskog otpada.“
Također će postojati izazov razlikovanja signala ponovnog ulaska u atmosferu uzrokovanih svemirskim otpadom od onih koji dolaze iz drugih izvora poput aviona, eksplozija ili prirodnih fenomena, rekao je. Uz pažljivo provjeravanje i integraciju s radarom, optičkim i satelitskim praćenjem, metoda bi mogla postati „koristan komplementarni alat, a ne univerzalno rješenje“.
Poboljšanje prikupljanja informacija o objektima koji se vraćaju u atmosferu ključno je ne samo za pravovremene operacije spašavanja, već i za izgradnju dubljeg razumijevanja kako svemirske aktivnosti utiču na društvo na Zemlji, prema riječima Davidea Guzzettija, vanrednog profesora vazduhoplovnog inženjerstva na Univerzitetu Auburn, koji nije bio uključen u studiju.
„Ono što smatram posebno fascinantnim jeste da ova mjerenja mogu pružiti uvid i u dinamiku fragmentacije koja se javlja tokom ponovnog ulaska u atmosferu, ne samo u putanju ponovnog ulaska“, rekao je Guzzetti u e-poruci. „Uz prave alate i pristup seizmičkim podacima, lako je zamisliti nastanak projekata građanske nauke, gdje ljudi pomažu u praćenju i identifikaciji krhotina putem detekcije zvučnih udara.“