Pojedyncze zderzenie satelity może mieć dramatyczne konsekwencje



Na tydzień przed Wigilią firma „Starlink”, spółka zależna amerykańskiej agencji kosmicznej SpaceX, poinformowała o utracie kontaktu z satelitą. Później poinformowano, że „anomalia” spowodowała powstanie „niewielkiej ilości szczątek”. Pocisk, który krążył wokół Ziemi na wysokości 418 kilometrów jako jeden z prawie 10 000 satelitów formacji „Starlink” służącej do obsługi szerokopasmowej sieci internetowej, szybko stracił cztery kilometry wysokości, co wskazuje na eksplozję na pokładzie. Pozostał on jednak w dużej mierze nienaruszony, obecnie dryfuje i w ciągu kilku tygodni ponownie wejdzie w atmosferę ziemską i całkowicie spłonie. Jeszcze poważniejszy incydent miał miejsce latem 2024 r., kiedy to chiński górny stopień rakiety rozpadł się na orbicie, tworząc co najmniej 700 fragmentów szczątek.

To tylko dwa przykłady z niedawnej przeszłości, które wprawdzie nie miały bezpośrednich konsekwencji dla Ziemi, ale pokazują, że sytuacja na orbicie jest „dynamiczna” i wiąże się z ryzykiem, które w niekorzystnym przypadku może wpłynąć na infrastrukturę ziemską, taką jak komunikacja lub nawigacja, lub w dłuższej perspektywie znacznie utrudnić loty kosmiczne.

Amerykańsko-kanadyjski zespół badawczy mówi w tym kontekście o niestabilnym „domku z kart”, który może łatwo się zawalić. W opublikowanym 10 grudnia na portalu arXiv, jeszcze niepoddanym niezależnej recenzji, wstępnym badaniu grupa astrofizyków pod kierownictwem Sarah Thiele z Uniwersytetu Princeton (USA) przedstawia pesymistyczny scenariusz. Autorzy piszą, że istnieje „znaczny potencjał” wystąpienia zdarzeń, które mogą „poważnie wpłynąć na środowisko w orbicie lub doprowadzić do katastrofalnych skutków”. Pojedyncza kolizja między dwoma satelitami może wywołać serię kolejnych wypadków, „z których każdy zwiększyłby prawdopodobieństwo kolejnych kolizji i doprowadziłby do powstania pasa gruzu wokół Ziemi”. W określonych warunkach może on zacząć się tworzyć jeszcze w tym stuleciu „i stać się poważnym problemem w następnym stuleciu”.

Termin „pas gruzu” pojawił się po raz pierwszy w 1978 r., kiedy Donald Kessler, wówczas badacz w amerykańskiej agencji kosmicznej NASA, opublikował pracę na temat „częstotliwości kolizji sztucznych satelitów”. Opisał w niej samonapędzający się efekt kaskadowy, który jest wywoływany przez zderzenie dwóch obiektów i powoduje wykładniczy wzrost liczby fragmentów szczątek, tak że na niektórych orbitach nie można już umieszczać satelitów.

W pewnym momencie loty kosmiczne z załogą stałyby się niemożliwe na dziesięciolecia ze względu na wysokie ryzyko kolizji. Ta katastrofalna reakcja łańcuchowa jest od tego czasu nazywana „syndromem Kesslera”. Głównym czynnikiem ryzyka jest coraz większe zagęszczenie w orbicie okołoziemskiej, gdzie znajdują się nie tylko sprawne, ale także zużyte satelity, zużyte stopnie rakiet i fragmenty szczątek: łącznie prawie 30 000 zarejestrowanych obiektów większych niż dziesięć centymetrów, a także około 670 000 obiektów o wielkości od jednego do dziesięciu centymetrów oraz około 130 milionów jeszcze mniejszych cząstek. Obecnie ponad 13 000 aktywnych satelitów krąży wokół Ziemi. Ich liczba gwałtownie wzrosła od 2018 roku, co wynika przede wszystkim z budowy dużych sieci internetowych. Większość satelitów na orbicie należy do formacji „Starlink”, która docelowo ma liczyć łącznie 20 000 sztuk. Już dziś każdy z satelitów „Starlink” musi wykonywać kilka manewrów unikowych rocznie, aby uniknąć kolizji z innymi obiektami.

Nie musi to od razu być „syndrom Kesslera”: naukowcy zwracają uwagę, że pojedyncza kolizja może spowodować znaczne szkody i mieć dramatyczne konsekwencje, nawet jeśli nie dojdzie do niekontrolowanej reakcji łańcuchowej.

Ponieważ satelita na orbicie okołoziemskiej porusza się z prędkością ponad 25 000 kilometrów na godzinę, nawet zderzenie z obiektem o wielkości zaledwie dziesięciu centymetrów może wyzwolić ogromną energię i rozerwać go na kawałki. Autorzy badania dostrzegają zatem „pilną potrzebę znalezienia lepszych metod kwantyfikacji obciążenia orbity” i sami opracowali wskaźnik, który nazwali „zegarem zderzeń”. Gdyby z jakiegokolwiek powodu operatorzy satelitów nie byli w stanie wykonać manewru omijania, już po 2,8 dniach doszłoby do potencjalnie katastrofalnej kolizji. Obliczenia te odnoszą się do liczby satelitów w czerwcu 2025 r.

Oznacza to również, że w przyszłości, przy jeszcze większej liczbie satelitów, czas do ewentualnej kolizji będzie jeszcze krótszy. Kolejna kalkulacja: gdyby operatorzy satelitów stracili kontrolę nad swoimi satelitami tylko na 24 godziny, prawdopodobieństwo kolizji o katastrofalnych skutkach w ciągu tego jednego dnia wynosiłoby już 30 procent. Ale w jakiej sytuacji może dojść do tego, że satelity nie będą już mogły być sterowane? Zdaniem naukowców wydarzeniem, które mogłoby do tego doprowadzić w krótkim czasie, jest ekstremalnie silna burza słoneczna. Rozumie się przez to intensywną aktywność Słońca, która wyrzuca w kierunku Ziemi duże ilości energii i naładowanych cząstek.

W swoim badaniu naukowcy wskazują, że po silnej burzy słonecznej w maju 2024 r. wiele satelitów musiało skorygować swoje orbity, a wynikające z tego chaotyczne ruchy sprawiły, że „manewry unikania kolizji stały się niezwykle niepewne”. Ta tak zwana burza Gannona była najsilniejszą burzą słoneczną od dziesięcioleci i spowodowała nawet skurczenie się plazmosfery Ziemi o jedną piątą na kilka dni. Plazmosfera to powłoka z naładowanych cząstek, która stabilizuje pole magnetyczne.

Najsilniejsza burza słoneczna, jaką kiedykolwiek zarejestrowano, znana jest jako „zdarzenie Carringtona” i miała miejsce w 1857 roku. Wywołała ona zorzę polarną, którą można było obserwować nawet na Kubie i w Honolulu, oraz spowodowała tak silne zaburzenia geomagnetyczne, że urzędy telegraficzne zgłaszały iskrzenie z urządzeń, które w niektórych przypadkach miało nawet spowodować zapalenie się papieru. Problem polega na tym, że burze słoneczne są trudne do przewidzenia i można je prognozować tylko na bardzo krótką metę. Nawet jeśli widać, że nadchodzą, możliwości reagowania są jak dotąd ograniczone. Dlatego NASA i Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) planują misje, aby lepiej zrozumieć aktywność Słońca, a także móc wcześniej wykrywać nadchodzące burze i reagować na nie.

Gdyby dzisiaj doszło ponownie do „zdarzenia Carringtona”, mogłoby to spowodować nie tylko straty o astronomicznej wartości w wyniku utraty satelitów, ale także potencjalną awarię znacznej części infrastruktury ziemskiej.

---

Amon
www.strefa44.pl
www.strefa44.com.pl