Zanieczyszczenia z ponownego wejścia rakiet w atmosferę wpływają na warstwę ozonową

Zanieczyszczenia związane z powrotem rakiet do atmosfery wprowadzają atomy litu, metalowe odłamki i aerozole do mezosfery oraz dolnej termosfery, co może potencjalnie niszczyć warstwę ozonową i zmieniać bilans termiczny Ziemi. Przełomowe badanie opublikowane w lutym 2026 roku bezpośrednio powiązało znaczną smugę litu wykrytą w 2025 roku z niekontrolowanym wejściem w atmosferę stopnia rakiety SpaceX Falcon 9. Zdarzenie to stanowi pierwszy przypadek, w którym naukowcom udało się precyzyjnie zmierzyć chemiczny „ślad” pozostawiony przez rozpadający się sprzęt kosmiczny w rzadkim powietrzu górnych warstw atmosfery.

Jakie są skutki środowiskowe zanieczyszczeń powstających podczas powrotu rakiet do atmosfery?

Powroty rakiet uwalniają atomy litu, metale i inne zanieczyszczenia do mezosfery, powodując dziesięciokrotny wzrost stężenia litu, co zaobserwowano po incydencie z udziałem SpaceX Falcon 9. Emisje te mogą niszczyć warstwę ozonową, zmieniać bilans termiczny i tworzyć aerozole, które ogrzewają górne warstwy atmosfery. Długoterminowa akumulacja tych nienaturalnych substancji chemicznych pozostaje głównym problemem dla naukowców zajmujących się atmosferą.

Dezintegrację sprzętu kosmicznego uważano wcześniej za stosunkowo „czysty” proces, ponieważ obiekty ulegają odparowaniu przed uderzeniem w ziemię. Jednak badacze z Leibniz Institute of Atmospheric Physics odkryli, że to odparowanie po prostu redystrybuuje masę rakiety w górnych warstwach atmosfery. Ten nagły zastrzyk oparów metali może zakłócić delikatną równowagę chemiczną mezosfery, która znajduje się około 50 do 85 kilometrów nad poziomem morza, oraz dolnej termosfery, sięgającej do 120 kilometrów. W przeciwieństwie do naturalnego pyłu meteoroidalnego, te antropogeniczne wkłady są skoncentrowane i występują z coraz większą częstotliwością.

W jaki sposób technologia LIDAR wykrywa zanieczyszczenia atmosferyczne?

Technologia LIDAR wykrywa zanieczyszczenia atmosferyczne poprzez wysyłanie impulsów laserowych o wysokiej częstotliwości w niebo i pomiar światła odbitego od konkretnych rodzajów atomów. Badacze wykorzystują te sygnały rezonansowe do identyfikacji smug litu na wysokościach 100 km, wiążąc zanieczyszczenia z konkretnymi przypadkami powrotu rakiet SpaceX Falcon 9. Ta metoda naziemna pozwala na precyzyjne monitorowanie zmian chemicznych w czasie rzeczywistym.

Badanie, którym kierował naukowiec Robin Wing, wykorzystało zaawansowany system LIDAR (Light Detection and Ranging) w północnych Niemczech do przeskanowania nieba krótko po godzinie 00:20 UTC w dniu 20 lutego 2025 roku. Zespół zaobserwował wyraźny wzrost stężenia atomów litu, który osiągnął poziom dziesięciokrotnie wyższy niż normalna wartość bazowa zarejestrowana wcześniej tego wieczoru. Ta konkretna warstwa litu utrzymywała się w polu widzenia instrumentu przez około 27 minut, co pozwoliło zespołowi zebrać dane o wysokiej rozdzielczości na temat pionowego zasięgu i gęstości smugi. Łącząc te pomiary z modelami wiatrów atmosferycznych, naukowcy byli w stanie potwierdzić, że źródłem był stopień SpaceX Falcon 9, który wszedł w atmosferę nad Oceanem Atlantyckim 20 godzin wcześniej.

Czy zwiększająca się liczba startów satelitów pogorszy zanieczyszczenie górnych warstw atmosfery?

Zwiększająca się liczba startów satelitów prawdopodobnie pogorszy zanieczyszczenie górnych warstw atmosfery, ponieważ w ciągu najbliższej dekady planowane jest deorbitowanie tysięcy wycofanych z eksploatacji obiektów. Prognozy sugerują, że do 2030 roku skumulowane uwalnianie litu, aluminium i sadzy może spowolnić regenerację warstwy ozonowej i wpłynąć na interakcje klimatyczne. Obecny wzrost ruchu kosmicznego odbywa się bez kompleksowych regulacji dotyczących emisji chemicznych w górnych warstwach atmosfery.

Przejście od tradycyjnych odłamków opartych na aluminium do bardziej złożonych stopów metali w nowoczesnych statkach kosmicznych komplikuje perspektywy środowiskowe. Lit jest coraz powszechniejszy w zaawansowanych technologicznie komponentach lotniczych, a jego wykrycie służy jako „kanarek w kopalni” dla innych, mniej widocznych zanieczyszczeń. Wraz ze wzrostem liczby obiektów na orbicie i częstotliwości startów, całkowita masa materiału powracającego do atmosfery rośnie proporcjonalnie. Trend ten sugeruje, że antropogeniczne „obciążenie” górnych warstw atmosfery może wkrótce przekroczyć naturalny wkład z meteorów, co stawia pilne pytania o zrównoważony rozwój przestrzeni kosmicznej.

Proces ablacji atmosferycznej

Ablacja jest głównym mechanizmem, poprzez który stałe części rakiet są przekształcane w gazy atmosferyczne podczas powrotu. Gdy stopień SpaceX Falcon 9 opadał przez coraz gęstsze powietrze górnych warstw atmosfery, ekstremalne tarcie generowało temperatury wystarczająco wysokie, by odparować metalowe struktury. Proces ten zamienia stały lit i inne stopy w drobną mgłę atomów i jonów. Choć niektóre z tych materiałów mogą ostatecznie opaść, wiele z nich pozostaje zawieszonych w mezosferze przez dłuższy czas, gdzie mogą uczestniczyć w złożonych reakcjach katalitycznych wpływających na strukturę termiczną atmosfery.

• Lit: Stosowany jako znacznik ze względu na rzadkie naturalne występowanie w termosferze.
• Aluminium: Najpopularniejszy metal w odpadach kosmicznych, znany z tworzenia cząsteczek tlenku glinu, które odbijają światło słoneczne.
• Sadza/Węgiel amorficzny: Uwalniane z silników rakietowych i podczas nagrzewania przy powrocie, przyczyniając się do lokalnego ocieplenia.

Przyszłe badania i globalne standardy

Naukowcy podkreślają obecnie potrzebę stworzenia globalnej sieci monitoringu w celu śledzenia chemicznego śladu rozwijającego się przemysłu kosmicznego. Choć detekcja z 2025 roku była udanym studium przypadku, Robin Wing i jego koledzy zauważają, że wiele substancji ulega szybkim przemianom chemicznym, które czynią je „niewidocznymi” dla obecnych technik LIDAR. Oznacza to, że obecne pomiary mogą pokazywać jedynie ułamek całkowitego zanieczyszczenia. Przyszłe wysiłki będą wymagały połączenia obserwacji satelitarnych i zaawansowanego modelowania chemii atmosfery, aby w pełni ocenić długoterminowe zagrożenia dla ochronnych warstw Ziemi.

Badanie Leibniz Institute stanowi krytyczne wezwanie do działania zarówno dla agencji kosmicznych, jak i prywatnych firm, takich jak SpaceX. W miarę jak zmierzamy ku przyszłości zdominowanej przez „mega-konstelacje” i cotygodniowe starty orbitalne, definicja wpływu na środowisko musi wyjść poza powierzchnię Ziemi. Zachowanie integralności mezosfery staje się istotnym elementem nauki o atmosferze, zapewniając, że nasze sięganie do gwiazd nie odbędzie się kosztem powietrza, które podtrzymuje nasze życie.