Często zastanawiamy się ostatnio nad skutkami zaśmiecania środowiska naturalnego – lasów, rzek, oceanów. Niewiele z nas jednak wie, że mamy szansę doprowadzić do zaśmiecenia jeszcze jednego, dość nietypowego miejsca – niskiej orbity Ziemi.

W całej historii ludzkości w kosmos wyniesione zostało już ponad 17 tysięcy ton różnego rodzaju obiektów – satelitów, elementów rakiet, prowiantu dla astronautów, itp. Mniej więcej połowa z tej masy wciąż znajduje się na orbicie Ziemi.

Z jednej strony – to nie tak dużo – zaledwie połowa tego, ile ląduje rocznie na przeciętnym polskim wysypisku śmieci. Z drugiej strony – śmieci kosmiczne okrążają Ziemię nawet z prędkością 8 km/s (kilka razy szybciej niż pocisk wystrzelony z broni palnej!) stanowiąc spore zagrożenie dla sprawnych satelitów, a nawet dla Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Już teraz stacja kosmiczna przynajmniej raz do roku musi uruchamiać silniki, aby uniknąć kolizji z jednym z kilkuset zagrażających jej śmieci kosmicznych. Wraz ze wzrostem liczby obiektów na orbicie, zagrożenie dla astronautów mieszkających wewnątrz stacji będzie wciąż rosło.

Zagrożenie to dotyczy również satelitów – meteorologicznych, klimatycznych, nawigacyjnych, telekomunikacyjnych i wielu innych. Co gorsza – kolizje satelitów wpadających na siebie z prędkością orbitalną powodują powstanie setek lub tysięcy odłamków, które dalej orbitują z ogromną prędkością dookoła Ziemi, stanowiąc zagrożenie dla kolejnych satelitów.

Przy odpowiednio dużej liczbie obiektów na orbicie, zwanej liczbą krytyczną, szansa na przypadkowe kolizje może być na tyle wysoka, że zapoczątkuje całą reakcję łańcuchową zderzeń, prowadzącą do zniszczenia większości satelitów na danej orbicie Ziemi. Tego rodzaju orbitalna reakcja łańcuchowa nazywana jest „syndromem Kesslera” na cześć Donalda J. Kesslera, astrofizyka z NASA Johnson Space Center, który opisał ją jako jeden z pierwszych. Zauważył on już w 1978 roku, że seria kolizji obiektów na niskiej orbicie Ziemi (do 2000 km nad powierzchnią naszej planety) może wręcz doprowadzić do powstania sztucznego pierścienia Ziemi złożonego w całości z odłamków!

Od tego czasu minęło już ponad 40 lat, w trakcie których liczba nowych obiektów wynoszonych w kosmos wzrosła wielokrotnie. Wraz z nadchodzącą erą Internetu orbitalnego przysyłającego dane przez dziesiątki tysięcy satelitów na niskiej orbicie Ziemi, coraz pilniejsze staje się pytanie – kiedy osiągniemy liczbę krytyczną obiektów na orbicie?

Do obliczenia wartości liczby krytycznej wykorzystuje się modele fizyczne i matematyczne. Przykładowy, prosty model ilustrujący funkcjonowanie syndromu Kesslera w praktyce jest zagnieżdżony poniżej. Powstał on dzięki współpracy z profesorem Michaelem Fowlerem z Virginia University, na podstawie kodu komputerowego modelu reakcji łańcuchowej napisanego przez jego studenta, Atallaha Hezbora. Modyfikując w tym modelu liczbę satelitów przebywających na ograniczonej przestrzeni można obliczyć przykładową wartość liczby krytycznej.

 

Na podobnej zasadzie działają też profesjonalne modele badawcze opracowywane przez specjalistów zarówno z amerykańskiej jak i europejskiej agencji kosmicznej. Eksperci spierają się obecnie na temat tego, ile wynosi liczba krytyczna i czy już ją przekroczyliśmy lub kiedy ją przekroczymy. Aby zobrazować sobie jak trudne to zadanie, zapraszam do przeprowadzenia własnego eksperymentu, pozwalającego zmierzyć liczbę krytyczną satelitów na orbicie z wykorzystaniem zagnieżdżonego modelu.

Niezależnie jednak od wyniku, miejmy na uwadze to jak nasze wybory wpływają na to, co dzieje się na orbicie ziemskiej, tym często pomijanym obszarze działalności człowieka. Korzystając nawet z tak wydawałoby się nieskończonego zasobu jak przestrzeń kosmiczna, musimy robić to rozważnie. Postarajmy się sprawić, aby rozważania na temat liczby krytycznej i powstania pierścienia śmieci kosmicznych otaczających Ziemię pozostały tylko teoretycznymi wyliczeniami.

Autor: dr Jakub Bochiński