ماهوارههای ساخت بشر، زمانی در مدار پایینی زمین (LEO) کمیاب بودند و تنها تعداد انگشت شماری از آنها در دهه 1950 به دور زمین میچرخند. اما امروزه، هزاران ماهواره در اطراف زمین در حال گردش هستند و حتی تعدادی از ماهوارهها در لیست پیوستن به آنها قرار دارند.
اما به راستی چه تعداد ماهواره در مدار زمین در حال چرخش هستند و چه تعداد ممکن است در آینده نزدیک به آنها اضافه شوند؟ هنگامی که همه این ماهواره ها در فضا هستند، چه نوع مشکلاتی ممکن است ایجاد کنند؟
سوپریا چاکرابارتی، استاد فیزیک در دانشگاه ماساچوست لاول در مقاله ای که در سایت Space.com منتشر شد نوشت: پس از پرتاب اولین ماهواره ساخت بشر جهان در سال 1957 به نام اسپوتنیک توسط اتحاد جماهیر شوروی، سیلی آهسته اما پیوسته از ماهواره ها وارد مدار پایینی زمین شدند. تا سال 2010 که سالانه بین 10 تا 60 ماهواره به فضا پرتاب می شد.
چاکرابارتی نوشت: از سال 1957، این میزان به طور سرسام آوری افزایش یافته تا جایی که بیش از 1300 ماهواره جدید در سال 2020 و بیش از 1400 ماهواره در سال 2021 به فضا پرتاب شد و در مدار پایینی زمین قرار گرفت. بر اساس آمار شاخص اشیاء فضایی سازمان ملل متحد، تا سپتامبر 2021 در مجموع حدود 7500 ماهواره فعال در مدار پایینی زمین وجود دارد.
یک بازار داغ
تعداد ماهوارهها در مدار پایینی زمین که 1424 مایل (2000 کیلومتر) از زمین فاصله دارد، در دهههای آینده با سرعت تصاعدی به افزایش خود ادامه خواهند داد. بدین منظور شرکتهای خصوصی در حال راهاندازی مگامنظومه (megaconstellations) خود هستند که هر کدام حاوی هزاران ماهواره جداگانه بوده که جهت توسعه شبکههای آنلاین پرسرعت و ارائه طیف وسیعی از خدمات دیگر مانند نظارت بر تغییرات آب و هوایی استفاده میشوند.
آرون بولی، ستاره شناس دانشگاه بریتیش کلمبیا گفت: این افزایش ماهوارهها در حال حاضر به دلیل کاهش هزینه ها اتفاق می افتد. بولی به سایت لایو ساینس گفت: «شرکتهای SpaceX، OneWeb، Amazon و StarNet/GW [شبکه ماهوارهای چین] مجموعا 65000 ماهواره را با در نظر گرفتن تمام مراحل، برنامههای خود را جهت قرار گرفتن در مدار پیشنهاد کردهاند و در مجموع بیش از 100000 ماهواره قصد پرتاب و چرخش به دور زمین را دارند.
در اکتبر 2021، کشور رواندا نیز مگامنظومه خود را به نام سینامون (Cinnamon) معرفی کرد که می تواند بیش از 320000 ماهواره را در خود جای دهد. مشخص نیست چه زمانی ممکن است این پروژه به واقعیت تبدیل شود اما طبق توییت آژانس فضایی رواندا، این کشور درخواست مجوز برای شروع پروژه را داده است.
بولی درباره این موضوع گفت: «این مسئله باعث ایجاد مشکل مدیریت ترافیک فضایی شده، تکثیر زبالههای فضایی را تشدید کرده، در نجوم و رصد ستارهها اختلال ایجاد کرده، و همچنین پرتاب موشک جدید باعث آلودگی جو میشود. ما هنوز آمار دقیقی از تاثیرات منفی این کار نداریم.»
ترافیک و زباله فضایی
پرتاب شدن ماهوارههای بیشتر به مدار در دهههای آینده، احتمال تعداد برخوردها و ایجاد زبالههای فضایی را افزایش مییابد. در حال حاضر حداقل 128 میلیون قطعه زباله فضایی در مدار پایینی زمین وجود دارد. طبق گفته موزه تاریخ طبیعت لندن، حدود 34000 قطعه از این زبالهها بیش از 4 اینچ (10 سانتی متر) بوده و تعداد آنها در آینده بیشتر هم خواهند شد.
بولی گفت: «حفظ ایمنی این تعداد از ماهواره ها یک چالش بزرگ خواهد بود. یک حادثه کوچک در یک مدار، زبالههای فضایی قابل توجهی ایجاد کرده و می تواند بر طیف گسترده ای از مدارها تاثیر بگذارد.»
تصادفهای ماهوارهها تنها باعث ایجاد زباله های فضایی نخواهند شد. بولی گفت که ماهواره ها همچنین بر اثر قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش شدید در مدار پایینی زمین شکسته و باعث ایجاد زباله خواهند شد.
زباله های فضایی این پتانسیل را دارند که به سایر ماهواره ها و همچنین سایر فضاپیماها آسیب جدی وارد کنند. در ژوئن 2021، تکهای از زباله با ایستگاه فضایی بینالمللی برخورد کرد باعث ایجاد سوراخی در یک بازوی رباتیک شد. لایو ساینس قبلا گزارش داده بود که خوشبختانه ایستگاه فضایی و فضانوردان داخل ایستگاه سریعا مشکل را بررسی و آسیب را ترمیم کردند.
پس تعداد ماهوارههای موجود در مدار پایینی زمین میتواند منجر به زنجیرهای از تصادفها و در نهایت ایجاد زبالههای فضایی شده و ممکن است توانایی پرتاب موشکهای جدید را نیز از ما بگیرد. این احتمال به عنوان سندرم کسلر (Kessler) شناخته شده و بسیاری از ستاره شناسان ابراز نگرانی کردند که اگر نتوانیم زباله های فضایی را کنترل کنیم، بشر قادر به سفرهای فضایی و یا استفاده از فضا نخواهد بود.
بولی گفت: «حادثه کسلر خبر نخواهد کرد. عدم تعادل در تولید و حذف زباله باعث ایجاد یک حادثه تدریجی خواهد شد. اما برخی از شواهد نشان میدهد که حذف برخی زبالهها از مدار پایینی زمین برای جلوگیری از بروز سندرم کسلر امری ضروریست. به گفته ساینتیفیک امریکن، حذف زبالههای فضایی از مدار پایینی زمین از نظر لجستیکی چالش برانگیز بوده و هنوز هیچ روش توافقی برای حذف آنها وجود ندارد.
پرتاب به فضا و بازگشت به جو
صنعت فضایی کربن بسیار کمتری نسبت به سایر صنایع مانند صنعت هوانوردی تولید میکند. طبق گزارشهای روزنامه گاردین، یک پرتاب موشک به طور متوسط بین 220 تا 330 تن کربن را در جو زمین آزاد می کند، ولی یک پرواز تجاری طولانی مدت به طور متوسط حدود 2 تا 3 تن کربن به ازای هر مسافر آزاد خواهد کرد و همانطور که میدانید ده ها میلیون پرواز در سال انجام می شود. به گفته گاردین، با افزایش تقاضا برای پرتاب ماهواره ها، انتشار کربن ناشی از پرتاب موشک سالانه 5.6 درصد افزایش یافته است.
اما تنها پرتاب ماهواره نیست که یک مشکل زیست محیطی ایجاد می کند. بولی گفت:«همانطور که ماهواره ها در نهایت از مدار خارج می شوند و دوباره وارد جو زمین می شوند، مواد شیمیایی را در جو منتشر می کنند.»
مطالعه بولی روی مگامنظومهها نشان داد که در آینده، بازگشت ماهوارهها به جو میتواند بیشتر از شهابسنگها، باعث رسوب عناصر خاصی مانند آلومینیوم را در جو زمین شود. دانشمندان مطمئن نیستند که تأثیرات این رسوب چیست، اما تغییرات ناشی از انسان در شیمی اتمسفر، مانند انتشار کلروفلوئوروکربن ها (CFCs) که باعث ایجاد حفره در لایه اوزون شده است، کم اهمیتتر خواهد شد.
علاوه براین، با ورود مجدد ماهواره ها به جو، می توانند آسیب قابل توجهی بر روی زمین وارد کنند. ماهوارههای مدرن طوری طراحی شدهاند که پس از ورود مجدد به قطعات کوچکتر تقسیم شوند تا مواد کمتری به سطح زمین برسد و معمولا زباله های فضایی در آب فرود می آیند چون حدود 71 درصد از سطح زمین را آب پوشش می دهد.
آلودگی نوری
افزایش فعالیت های ماهواره ای در آینده، به وضوح از زمین قابل مشاهده خواهد بود. اجسام فلزی مانند آینه عمل کرده و نور را به سمت سطح زمین منعکس می کنند و دیدن آسمان شب را برایمان سخت میکند.
تحقیقی که در مورد آلودگی نوری توسط Boley به نگارش درآمده، در سپتامبر 2021 در پایگاه اطلاعات arXiv پست شد و به مجله Astronomical ارسال شد. این تحقیق نشان داد که 8٪ از نور آسمان شب میتواند از وجود ماهوارههای آینده باشد. این مطالعه همچنین نشان داد که موقعیتهای نزدیک به عرض جغرافیایی 50 درجه شمالی و جنوبی، مانند بریتیش کلمبیا و پاتاگونیا، به دلیل وجود مدار مطرح ماهوارهها، باعث ایجاد آلودگی نوری شدیدتر خواهد شد.
هانو راین، اخترشناس دانشگاه تورنتو اسکاربرو در بیانیهای گفت:«از نظر ما این یک تغییر اساسی در آسمان است که نیاز به بررسی دقیقتری دارد. در آینده، از هر 10 “ستاره” در آسمان، یک از آن می تواند ماهواره باشد، که هماهنگ بودن آنها در آسمان قابل مشاهده خواهد بود.”
در حال حاضر ماهوارهها نه تنها با تلسکوپهای آماتور بلکه در رصد ستارهشناسان حرفه ای نیز تداخلی ایجاد نمی کنند. بولی گفت: «برخی از تحقیقات نجومی فقط تأثیرات متوسطی از ماهوارهها را مشاهده خواهند کرد، اما تأثیرات آن در بررسیهای میدانی گسترده میتواند قابل توجه باشد.»
تعادل
درست است که تعداد پیشبینی شده ماهوارههایی که در مدار زمین قرار میگیرند ناپایدار است، اما ماهوارهها نیز خدمات مهمی را به ما ارائه میدهند. بولی گفت: «ما عمیقا به ماهواره ها وابسطه هستیم. ماهواره ها نقش مهمی در زنجیره تامین و تراکنشهای مالی، پیشبینی آب و هوا، هواشناسی، ارتباطات جهانی و غیره… ایفا می کنند. بنابراین، ما باید راهی برای متعادل کردن مزایا و معایب آنها پیدا کنیم. فکر نمیکنم توقف کامل پرتاب ماهوارهها به فضا مشکلی را حل کند؛ اما تا زمانی که قوانین بین المللی بهتری داشته باشیم، بهتر است تا روند پرتاب 100000 ماهواره را کند کرده و یا به تاخیر بیاندازیم.
