Проблема космического мусора обычно рассматривается в контексте угрозы для спутников и космических аппаратов. Однако новое исследование показало, что последствия могут распространяться и на атмосферу Земли. Международная группа ученых впервые смогла напрямую зафиксировать загрязнение верхних слоев атмосферы веществами, образующимися при сгорании космического аппарата при входе в атмосферу.
Результаты работы стали первым прямым подтверждением того, что возвращающиеся в атмосферу ступени ракет и другие фрагменты космического мусора могут создавать заметные облака химических элементов на большой высоте.
Неожиданное наблюдение в верхней атмосфере
Наблюдения проводились на исследовательской станции в городе Кюлунгсборн в Германии. Ученые использовали высокочувствительную систему резонансного флуоресцентного лидара — лазерный инструмент, который позволяет измерять концентрации различных химических элементов в верхних слоях атмосферы.
Изначально исследователи занимались обычным мониторингом мезосферы — слоя атмосферы на высоте около 80–100 километров. Однако в ночь на 20 февраля 2025 года приборы зарегистрировали резкое увеличение концентрации лития на высоте примерно 94,5–96,8 километра.
В нормальных условиях содержание лития в этой области атмосферы составляет около 3 атомов на кубический сантиметр. Но в ходе наблюдения показатель внезапно вырос до 31 атома на кубический сантиметр — почти в десять раз выше обычного уровня.
Такое увеличение оказалось необычным и потребовало объяснения.
Связь с падением ступени ракеты
Анализ событий показал, что примерно за 20 часов до обнаружения аномалии произошел неконтролируемый вход в атмосферу верхней ступени ракеты Falcon 9.
Эта ступень ранее вывела на орбиту 22 спутника системы Starlink, однако после запуска произошел технический сбой. Ступень не смогла выполнить запланированный маневр схода с орбиты и в течение 18 дней дрейфовала в космосе, прежде чем начать неконтролируемое снижение над Атлантическим океаном примерно в 100 километрах от западного побережья Ирландии.
Фрагменты аппарата позже упали на территории Польши, однако тогда никто не пострадал.
Сначала ученые не могли уверенно связать скачок концентрации лития с этим событием. Для проверки гипотезы они провели масштабное моделирование атмосферных потоков.
Моделирование подтвердило источник загрязнения
Чтобы проверить происхождение обнаруженного облака, исследователи провели около 8000 компьютерных симуляций, моделируя обратные траектории движения воздушных масс от точки наблюдения в Германии.
Все расчеты показали, что воздушные потоки могли перенести облако именно из района входа ракеты в атмосферу у побережья Ирландии. Другие возможные источники — например, метеориты или природные процессы — были исключены.
Ключевую роль сыграл сам химический состав облака. Литий является характерным компонентом ракетной техники. Он используется в аккумуляторах и входит в состав алюминиево-литиевых сплавов, применяемых при производстве ракетных конструкций.
По оценкам ученых, одна верхняя ступень ракеты может содержать около 30 килограммов лития, что значительно больше естественного притока этого элемента на Землю. Для сравнения, все метеориты вместе доставляют на планету примерно 80 граммов лития в сутки.
Также исследование показало, что элементы корпуса ракеты начинают плавиться примерно на высоте около 98 километров, что практически совпадает с высотой обнаруженного облака.
Почему это открытие важно
До сих пор ученые предполагали, что сгорание космического мусора может влиять на химический состав атмосферы. Однако прямых наблюдений, связывающих конкретное событие с конкретным загрязнением, не существовало.
Новое исследование впервые предоставило такое доказательство.
Это особенно важно на фоне стремительного роста количества запусков ракет и спутников. За последние годы число аппаратов на орбите резко увеличилось благодаря созданию больших спутниковых группировок для связи и наблюдения Земли.
Когда срок службы таких спутников заканчивается, многие из них намеренно выводят с орбиты. При входе в атмосферу они сгорают, высвобождая различные химические элементы.
Пока ученые не знают, насколько значительным может стать влияние этих процессов на атмосферную химию.
Возможные последствия для атмосферы
Мезосфера — слой атмосферы, где было обнаружено облако лития — играет важную роль в глобальной циркуляции воздуха и формировании некоторых атмосферных явлений.
Любые дополнительные химические элементы, попадающие в этот слой, могут потенциально влиять на процессы образования аэрозолей, облаков или химических реакций.
Однако на сегодняшний день таких данных недостаточно, чтобы сделать окончательные выводы. Исследователи подчеркивают, что пока речь идет лишь о первом зарегистрированном случае прямого измерения подобного загрязнения.
Космический мусор как растущая проблема
Космический мусор уже давно считается одной из ключевых угроз для космической инфраструктуры. На орбите Земли находятся десятки тысяч отслеживаемых объектов — от неработающих спутников до фрагментов ракетных ступеней.
Большая часть этих объектов не функционирует и не может управляться. Их столкновения могут создавать новые облака обломков, что повышает риск повреждения действующих спутников.
Теперь ученые начинают рассматривать еще одну сторону проблемы — воздействие космической деятельности на атмосферу Земли.
Первый шаг к систематическим измерениям
Авторы исследования отмечают, что их работа стала лишь первым шагом. До сих пор ученые практически не имели прямых инструментальных данных о том, как именно космический мусор влияет на атмосферу после сгорания.
С развитием космической индустрии такие измерения могут стать важным направлением исследований.
Наблюдения за химическим составом верхних слоев атмосферы позволят лучше понять последствия массовых запусков ракет и регулярного возвращения спутников в атмосферу.
По мнению исследователей, подобные измерения будут играть все более важную роль в оценке экологических последствий активного освоения космоса.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
