كل بضعة أيام الآن، يطلق صاروخ عملاق ذيلًا ناريًا عبر الغلاف الجوي، حاملًا الأقمار الصناعية إلى المدار، أو ينفذ مهام فضائية أو يقوم بمهام أخرى. منذ عام 2017، زاد عدد الإطلاقات وحجم حمولاتها بشكل كبير، حيث تحمل الصواريخ الأكبر أعدادًا متزايدة من الأقمار الصناعية والأجسام الأخرى في كل إطلاق. في عام 2016، تم إطلاق ما مجموعه 221 جسمًا إلى الفضاء؛ وفي عام 2023 كان العدد 2,644. هناك الآن حوالي 10,000 قمر صناعي في مدار الأرض المنخفض، وآلاف أخرى توقفت عن العمل. حوالي 6,000 منها تعود لشركة سبيس إكس وحدها، وقد تعهد مالكها إيلون ماسك بزيادة هذا العدد إلى 40,000. بالإضافة إلى ذلك، هناك أكثر من 130 مليون قطعة من “نفايات الفضاء” بأحجام مختلفة تطفو حولنا نتيجة لتفكك مركبات أكبر.
تؤثر عمليات الإطلاق على البيئة المحلية بشكل كبير رغم أنها مؤقتة وتشمل سحب ضخمة ولكن مؤقتة من التلوث الناتج عن احتراق الوقود وهطول قصير لقطع معدنية وعزل وغيرها من الحطام الناتج عن تفكك مراحل الصواريخ. وبالطبع ما يرتفع يجب أن ينخفض – كل شيء يتم إرساله إلى المدار سيعود في النهاية إلى الأرض ومع زيادة عمليات الإطلاق ستزداد أيضًا عودة المركبات الفضائية التي فشلت أو تم إخراجها عن الخدمة. معظمها يحترق عند دخول الغلاف الجوي لكن ليس دائمًا بالكامل. فقط العام الماضي هبطت مكونات معدنية كبيرة دون أن تسبب ضررًا في غابات شمال كارولينا الريفية وعلى سطح منزل في فلوريدا وفي حقل زراعي بساسكاتشوان وقرب قرية صغيرة في كينيا.
كوستاس تسغاريديس هو عالم أجواء في مركز أبحاث نظم المناخ بمدرسة كولومبيا للمناخ و< a href =" https: // www.giss.nasa.gov / "> معهد غودارد لدراسات الفضاء التابع لناسا . لا يقلق كثيراً بشأن التلوث المحلي قصير الأمد في الغلاف الجوي السفلي ولا بشأن سقوط الحطام السليم الذي لا يزال نادر الحدوث حتى الآن . ومع ذلك ، فهو قلق بشأن المنتجات الثانوية الناتجة عن احتراق الوقود أثناء سفر الصواريخ عبر الغلاف الجوي العلوي ، والمنتجات الثانوية الناتجة عن احتراق الحطام العائد هناك . يمكن أن تؤدي كلاهما إلى تغيير كيمياء الغلاف الجوي العلوي ودرجة الحرارة والدوران ، مما قد يؤثر على المناخ الكوكبي.
هو وزملاؤه يحاولون فهم الإمكانيات المحتملة لمثل هذه التأثيرات . النماذج الأولية التي استخدموها لإجراء تقديرات تفترض أنه بحلول عام 2050 قد يكون هناك ألف أو حتى عشرة آلاف عملية إطلاق سنوية . تحدثنا مع تسغاريديس حول هذا المجال الجديد نسبيًا للدراسة.
لماذا تبحثون تأثيرات محتملة للصواريخ؟
تزداد عمليات إطلاق الصواريخ ودخول الأقمار الصناعية بمعدل غير مسبوق . نظرًا لعدم وجود أي نوع من التنظيم على عددهم ، نتوقع أنهم يمكن أن يبدأوا بالتحول إلى ملوث ملحوظ قريباً جداً . علاوة على ذلك ، فإنهم يشكلون مصدر إنسانى فريد للمواد الكيميائية قصيرة الأجل فى الطبقة العليا للغلاف الجوى . بالنظر للنشاط المتزايد بسرعة ، يجب ألا ننتظر حدوث شيء ثم نقوم بدراسته بعد ذلك بل الأفضل محاولة فهم الأمر بأفضل طريقة ممكنة بدءا الآن.
ما هي أنواع الوقود المستخدمة عادةً للصواريخ وما هي المنتجات الثانوية النموذجية؟
الكيروسين هو الأكثر شيوعاً والوقود الصلب غني بالكربون وينتج الكربون الأسود كمنتج ثانوى تماماً كما تفعل السيارات . الهيدروجين المستخدم بواسطة بلو أوريجين لا يحتوي على الكربون ويحتوى أساسا على الماء كمنتج ثانوى ولكنه يمتلك قدرة رفع أقل لكل كتلة وقود مقارنة بالوقود القائم على الكربون . الغاز الطبيعي المسال (LNG) الذي يتكون أساسا من الميثان يُتوقع له الهيمنة فى السفر الفضائى مستقبلاً حيث أنه لا يزال قائمًاعلى الكربون لكنه يحترق بكفاءة أكبر بكثير مقارنة بالكيروسين ويشكل كمية أقل بكثير من الكربون الأسود.
الكربون الأسود مهم بسبب عمره الطويل فى الطبقة العليا للغلاف الجوّى بالقربمن السطح حيث يتم التخلص منه بسرعة بواسطة الأمطار ولكن فى غياب السحب أو الأسطح الأعلى بما فيها الستراتوسفير فإنّ الوزن والجاذبية فقط هما اللذان يمكنهما إزالة هذا العنصر لاحقا وهذا أمرٌ يستغرق وقتا طويلا جدا لذا فإنه يتجمع مضاعفا تأثيره الكيميائي والمناخي وتقلل وقود LNG الأنظف كمية الكاربونات السوداء لكل عملية اطلاق ولكن بالنظر الى العدد المتوقع للإطلاقات المستقبلية فنحن نتحدث هنا عن كميات كبيرة تُحقن داخل الطبقة العليا للغلاف الجوّي.
هل توجد آثار ملحوظة حتى الآن؟ ماذا قد يحدث مستقبلاً؟
دعني أولاً أشرح لماذا نهتم بالستراتوسفير والتي تبدأ عند ارتفاع الطائرات التجارية هذه المنطقة تحتوي طبقة الأوزونو التي تحمي الحياة علي هذا الكوكب ضد الأشعة الضارة للشمس وهي محصورة بين التروبوسفير وهو الجزء الذي نعيش فيه والميزوسفير أعلاه والتروبوسفير رطب للغاية لذا لدينا سحب وأمطار ورطوبة وما الى ذلك بينما الستراتوسفير جاف للغاية بسبب درجات حرارتها الباردة جداً وأبرد جزء بين التروبوسفير والستراتوسفير يسمى tropopause والذي يمنع دخول الماء إلي الستراتوسفير وهناك العديدمن الميزات الأخرى تجعل الستراتوسفيرة فريدة لكن الماء والأوزونو هما الأكثر أهمية هنا وكما قلت سابقا العنصر الجديد الذي أدخلته عمليات الإطلاق هوالكاربونات السوداء.
كما يوحي اسمها فإنّ carbon black أسود وبالتالي يمتص الأشعة الشمسية مما يؤدي إلي تسخين البيئة المحيطة بها وهذه ظاهرة مفهومة جيداً وقد اكتشفنا مؤخراً وهو أمر جديد أنّ تسخين الستراتوسفيرة بفعل carbon black يسهل تسريب المياه إلي داخل الستراتوسفيرة وهذا يغير التركيب الكيميائي ويدمر طبقة الأوزونو الخاصة بها يبدو أنّ تآكل الأوزونو ليس له تأثير كبير علي نطاق عالمي لكن التحليل المستمر يشير إلي حدوث تدمير متزايد للأوزونو القطبي وعلاوة علي ذلك ستقوم الدورة الجوية الطبيعية بجلب معظم carbon black بالقربمن المناطق القطبية حيث يمكن أن تهبط علي الثلوج والجليد وتسريع ذوبانه بجعل تلك الأسطح أقل انعكاسية وهذه ظاهرة لم تتم دراستها بعد لكن لدينا خطط للتعمق فيها قريباً.
ماذا بالنسبة للحطام الراجع إلي الغلاف الجوّي ـ ماذا ينتج عنه وماذا قد تكون النتائج؟
الحطام الفضائي قصة مختلفة تماماً فلا يوجد carbon black involved ويحترق (يسمى ablation ليكون أكثر دقة) أعلى بكثيرفي الميزوسفر وتكون درجات حرارة ablation مرتفعة بما يكفي لتفكيك النيتروجين الجزيئي وهو أكثر المواد وفرةً بالغلاف الجوّي لدينا ثم تتشكل أكاسيد النيتروجين والتي يمكن أن تؤثر علي التركيب الكيميائي الميزوسفيري أيضاً كما تحتوي الأقمار الصناعية التي نرسلها إلي المدار علي كميات كبيرة جداًمن الألمونيوم بهياكلها ويتأكسد ليصبح أكسيد الألمونيوم والذي يشكل جزيئات صغيرة جداً تعكس ضوء الشمس وتؤثر أيضاً علي التركيب الكيميائي ومن الناحية النظرية تشبه هذه المواد الغاز المنبعث خلال الانفجار البركاني الكبير والذي يعرف بأنه قادرٌ أيضاًعلى عكس ضوء الشمس وتبريد الكرة الأرضية وقد تم الكشفعن هذه الجزئيات وكذلك المعادن الأخري القادمةمن الأقمار الصناعية داخل طبقة الاستراتيجرافيا أثناء طريقهم نحو السطح ودورهم لم يتم تحديده بعد بدقه.
ما هي خطواتكم التالية؟
بينما ننهي عملنا حول دور carbon black وتأثيراته المحتملةعلى مياه ستراتو سفير نحن نستعد لدراسة إعادة دخول الحطام سواء فيما يتعلق بأكاسيد النيتروجين وأيضاً أكسيدات الألمونيوم وننظر أيضاَفي التأثيرات الإقليمية بدلاً مِن العالمية لأن تحليلنا الأولي يظهرأن جو القطب الشمالي سيكون عرضة للتأثّر بشكل غير متناسب.
