فضا و نجوم کاشی

سندروم کسلر و سرنوشت ماهواره های پراکنده در فضا

Kessler-Syndrom_dpa-e1409737988204-1110x500
نوشته شده توسط تیم تحریریه علمنا

دنیای مدرن به صورت اعجاب آوری تحت تاثیر ماهواره هاست. تمام سبک زندگی مدرن ما به ماهواره ها وابسته شده است و از پیش بینی های هواشناسی گرفته تا مسیریابی جاده ای با سیستم های GPS و همچنین گوشی های تلفن همراه با ماهواره مرتبط است. استفاده از تصاویر ماهواره ای گرفته شده از زمین برای کشاورزی و همچنین حفاظت از محیط زیست و مقابله با فجایع طبیعی اجتناب ناپذیر است. اطلاعاتی که ماهواره ها با گردش در مدار زمین به زمین مخابره می کنند نقش مهمی در برنامه ریزی های ما در مساله کنترل آلودگی محیط زیست و تغییرات آب و هوایی دارد. بدون ماهواره ها برنامه های تلویزیونی و همچنین مخابره برنامه های پخش زنده و ارتباطات جهانی نیز ممکن نخواهد بود.بدون ماهواره ها چهره زمین به شکل قابل توجهی متفاوت از چیزی که اکنون هست به نظر خواهد رسید. صرف نظر کردن از تکنولوژی ماهواره ها پیامدهای ویرانگری برای زندگی مدرن روی زمین خواهد داشت. از دست دادن شانس استفاده از ماهواره ها چندان هم دور از ذهن نیست و چیزی است که از قضا کاملا هم ممکن است.این خطر را نخستین بار دونالد کسلر Donald Kessler اخترفیزیکدان آمریکایی در سال ۱۹۷۸ میلادی شناخت و از پدیده ای خبر داد که امروزه به عنوان سندروم کسلر Kessler Syndrome شناخته می شود. پژوهش های کسلر اساسا بر روی سیارک ها متمرکز بود و اینکه برخورد این اجرام آسمانی با یکدیگر چگونه سبب می شود که آنها مدام به تکه های کوچک و کوچکتر تبدیل شوند. اما دقیقا همان چیزی که در قبال مساله سیارک ها می تواند رخ دهد برای اجرام آسمانی مصنوعی و ساخته دست انسان مانند ماهواره ها نیز ممکن است اتفاق بیفتد. کسر در روی اول ماه جون ۱۹۷۸ با انتشار کار مشترکی به همراه همکارش برتون کور پالیس Burton Cour-Palais منتشر کرد و در آن به این موضوع پرداخت که برخورد احتمالی ماهواره ها با یکدیگر و پیامدهای آن چگونه خواهد بود. در آن زمان  تنها در حدود ۴۰۰۰ شیء ساخته انسان در مدار زمین می چرخید و البته همه آنها نیز ماهواره های قابل استفاده نبودند و این عدد شامل زباله های فضایی نیز می شود.
زمانی که راکت ها به فضا پرتاب می شوند قطعاتی از خود به جای می گذارند که به زمین باز نمی گردد. تکه هایی منفجر شده یا جدا شده یا شکسته از مخازن سوخت و نظایر آن. همچنین ماهواره های جاسوسی کشورهای مختلف نیز به خصوص در جریان جنگ سرد ماهواره هایی را توسعه دادند که ماهواره های رقیب را از میدان به در کند یا عمدا و به قصد انهدام آنها در مسیر ماهواره های دشمن قرار بگیرد. اینکه این اتفاق به چه میزان افتاده به صورت دقیق مشخص نیست اما به عنوان مثال بارز در نابودی عمدی ماهواره ها می توان به راکت ضد ماهواره چین اشاره کرد که در سال ۲۰۰۷ یکی از ماهواره های هواشناسی خود را عمدا منهدم کرد و این ماهواره به ۱۵۰ هزار قطعه لاشه تقسیم شد. در مدل کسلر که بر مبنای مدلسازی ریاضی انجام شده بود پیش بینی می شد که امکان برخورد ماهواره ها  به چه میزان خواهد بود. برخورد دو ماهواره در مدار زمین یک برخورد ساده نیست و شاید لازم باشد کلمه ای مناسب تر از برخورد برای آن پیدا کرد. سرعت برخورد دو ماهواره با یکدیگر تقریبا ۱۰ کیلومتر بر ثانیه خواهد بود و در صورت چنین برخوردی پیامدهای ویرانگری به بار خواهد آمد. قطعات خرد شده ماهواره های می توانند با یکدیگر ادغام شده و قطعات بزرگی از زباله های فضایی تولید کنند. ایجاد قطعات خرد شده بزرگتر ممکن است باز در آینده به برخوردهای دیگری نیز منجر شود. چند متر خطا در محاسبه مدار یک ماهواره می تواند به یک دردسر بزرگ منجر شود. درباره برخورد سال ۲۰۰۹ بین Iridium 33 و Kosmos 2251 این خطا به قدر کافی بزرگ بود. از ماهواره ارتباطی کهنه روسی یعنی Kosmos 2251 هیچ کسی انتظار سیگنال نداشت و این ماهواره از سال ۱۹۹۵ به این سو غیرفعال شده بود. اما Iridium 33 از سال ۱۹۹۷ به کار گرفته شده بود و اینکه به ناگاه ارتباط این ماهواره با زمین قطع شد واقعا برای دانشمندان و مهندسان شوک عظیمی بود. برخورد Iridium بیست و پنج متری با جرم ۵۵۶ کیلوگرم و Kosmos  هفده متری با جرم ۹۰۰ کیلوگرم با سرعت ۱۱.۶ کیلومتر بر ثانیه تصادف وحشتناکی بوده است. چند ساعت پس از این برخورد سهمگین دو قطعه بزرگ لاشه هر دو ماهواره به این سو و آن سوی فضا پرتاب شدند. در حالیکه هر دو ماهواره در ارتفاع ۸۰۰ کیلومتری زمین قرار داشتند اما قطعات خرد شده آنها در بین ۲۰۰ تا ۱۷۰۰ کیلومتری زمین پراکنده شد. دو ماهواره ای که قرار بود از فاصله ۶۰۰ متری یکدیگر عبور کنند اینک با سرعت زیاد به یکدیگر برخورد کرده بودند. با بررسی های راداری امروزه در حدود ۲۲۰۰ قطعه خرده شناسایی شده اند که بزرگتر از ۵ یا ۱۰ سانتی متر هستند. تقریبا ۴۰۰ قطعه از این مجموعه در اتمسفر زمین قرار دارند و بقیه در فواصل دورتر پراکنده شده اند. بر اساس اعلام دانشمندان در حدود ۱۰۰ هزار قطعه خرد شده از ساخته های بشری در فضا معلق است.
رادارها نشان می دهند که در حدود نیم میلیون قطعه خرد شده در مدار زمین قرار دارد که از ۱ سانتی متر بزرگتر است. احتمال برخورد این قطعات با یکدیگر اصلا کم نیست. این دقیقا همان مشکلی است که کسلر از سال ۱۹۷۸ با آن درگیر بوده است. هر برخورد می تواند خرده ریز های بیشتری ایجاد کند و هر خرده ریز بیشتر به دنبال خود برخورد های بیشتری را محتمل می کند. منحنی رشد احتمال برخورد در چنین حالتی به صورت تابع نمایی بالا می رود. کسلر در سال ۱۹۹۱ برآورد کرده بود که احتمال برخورد ماهواره ها با یکدیگر هر ۵ سال یکبار دوبرابر می شود. انسان موجودی زباله ساز است و اینک نه بر روی زمین بلکه در فضا نیز زباله های صنعتی خود را رها می کند. ماهواره ۸ تنی و ۲۵ متری Envisat که در سال ۲۰۱۲ از کار افتاد اینک به صورت غیر فعال به دور زمین می چرخد. کافیست تصور کنیم که بر اساس مدل پدیده کسلر برخورد Envisat با قطعات خرد شده زباله های فضایی اصلا و ابدا محال نیست.

درباره نویسنده

تیم تحریریه علمنا

دیدگاه شما چیست