В исследовании, опубликованном в журнале Nature Sustainability, говорится, что диоксид углерода и другие парниковые газы могут вызвать сжатие верхних слоев атмосферы, в частности, термосферы, где находится МКС и большая часть спутников. Из-за этого плотность термосферы и сопротивление воздуха уменьшится. Это означает, что продолжительность жизни космического мусора увеличится, он загрязнит востребованные орбиты на десятилетия и увеличит вероятность столкновений на орбите.
Команда смоделировала воздействие углеродных выбросов на верхние слои атмосферу и состояние орбит, чтобы оценить «пропускную способность» низкой околоземной орбите (НОО). Симуляции показывают, что к 2100 году на самых популярных высотах сможет разместиться на 50–66 % меньше спутников, чем сегодня.
Термосфера естественным образом сжимается и расширяется каждые 11 лет в соответствии с циклом активности Солнца. Когда активность низкая, на Землю поступает меньше радиации, и внешний слой атмосферы охлаждается и сжимается, и наоборот. В 1990-х моделирование показало, что, хотя парниковые газы удерживают тепло в нижних слоях атмосферы, те же вещества отражают его на гораздо больших высотах, эффективно охлаждая термосферу. В 2010-х ученые смогли измерить, как изменяется сопротивление воздуха в термосфере, и выяснили, что процесс происходит более интенсивно, чем этого можно было бы ожидать из-за солнечного цикла.
Ученые моделировали различные уровни выбросов, чтобы изучить их воздействие на плотность атмосферы и аэродинамическое сопротивление. Для каждого диапазона высот исследователи выяснили риск столкновения спутников, основываясь на количестве объектов. Этот подход помог определить «пропускную способность» каждого диапазона — обычно этот термин используется в экологических исследованиях для описания количества особей, которое может поддерживать экосистема.
Команда обнаружила, что сценарии с продолжающимся увеличением выбросов приведут к значительному снижению пропускной способности на НОО. Сегодня на ней находится более 10 тыс. спутников. Их количество резко увеличилось в последние годы, что требует регулярных маневров для предотвращения столкновений. Последние порождают обломки, которые из-за снижения сопротивления воздуха не затормаживаются и не сгорают в более плотных слоях атмосферы, а следовательно, могут оставаться на орбите десятилетиями или даже столетиями. Это увеличивает шанс новых столкновений — процесс известен как синдром Кесслера.
Таким образом, к концу этого века количество спутников, которые можно безопасно разместить на высотах 200–1000 км, может сократиться на 50–66 % по сравнению со сценарием, в котором выбросы остаются на уровне 2000 года. Если пропускная способность спутников будет превышена, исследователи прогнозируют каскад столкновений, которые создадут столько мусора, что на определенной высоте уже не получится разместить новые аппараты.
Хотя прогноз рассчитан до 2100 года, ученые отмечают, что некоторые высоты сегодня уже переполнены спутниками, особенно из-за созвездий, таких как Starlink компании SpaceX, состоящих из тысяч малых аппаратов. Из-за этого отдельные высоты уже близки к достижению максимального показателя пропускной способности.
