Globální změna klimatu ohrožuje stále více lidských aktivit na Zemi. Podle nové studie ale dokonce i mimo Zemi. Inženýři z Massachusettského technologického institutu (MIT) detailně popsali hrozbu, o níž se mezi experty na družice spekuluje už déle: emise skleníkových plynů mění prostor na hranici Země tak, že to může snížit množství satelitů, které by tam mohly fungovat.
Jak může větší teplo u povrchu země ovlivnit satelity, které obíhají planetu? Oxid uhličitý a další skleníkové plyny totiž mohou změnit složení horních vrstev atmosféry – tedy oblast, kde se pohybují satelity na nízké oběžné dráze. Konkrétně se to týká takzvané termosféry, kde obíhá Mezinárodní vesmírná stanice ISS a také většina satelitů, na něž moderní lidská civilizace spoléhá, popisují vědci ve studii, která vyšla v odborném žurnálu Nature Sustainability.
Důsledkem oteplování a chemických změn se atmosféra smršťuje. Snižující se hustota snižuje odpor atmosféry. A tento menší odpor, který pomáhá stahovat starší družice a vesmírný odpad na orbitě dolů, znamená, že tohoto odpadu zbyde na orbitě víc a vydrží tam i delší dobu.
Vědci z MIT tuto hypotézu zkusili ověřit pomocí simulací; experimenty v praxi by nebyly možné. Otestovali vliv emisí oxidu uhličitého na horní vrstvy atmosféry a dynamiku satelitů na oběžné dráze. Podle výsledků by se do roku 2100 mohla snížit „obyvatelnost“ těch nejčastějších vrstev, kde se družice pohybují, asi o 50 až 66 procent. „Naše chování ve vztahu ke skleníkovým plynům zde na Zemi v posledních sto letech má vliv na to, jak budeme provozovat družice v příštích sto letech,“ uvedl autor studie Richard Linares.
Křehká rovnováha je narušená
Ve fyzice obecně platí, že nejméně stabilní, a tedy nejsnadněji ovlivnitelné jsou systémy, které se nacházejí na rozhraní nějakých stavů. Platí to i pro horní vrstvy atmosféry, naštěstí tam není moc vlivů, které by mohly tuto rovnováhu narušit. Respektive až donedávna tam tyto vlivy nebyly: „Horní vrstvy atmosféry jsou v křehkém stavu, protože klimatické změny narušily tamní status quo,“ konstatuje hlavní autor studie William Parker.
To je podle něj ale jenom jeden z vlivů. Tím druhým je prý fakt, že na orbitě začíná být pomalu nedostatek místa. „Masivně se zvyšuje počet vypouštěných družic, zejména pro poskytování širokopásmového internetu z vesmíru. Pokud nebudeme tuto činnost pečlivě řídit a pracovat na snížení emisí, může dojít k přeplnění vesmíru, což povede k většímu počtu kolizí a úlomků,“ varuje Parker.
Termosféra je pružná jako mýdlová bublina
Termosféra funguje, jako by byla živá. V přibližně jedenáctiletém cyklu se přirozeně smršťuje a rozpíná – řídí se při tom sluneční aktivitou. Na pohled to vypadá, jako by planeta dýchala: při nízké sluneční aktivitě se ochladí a smrští, při silné sluneční aktivitě se naopak zase rozšíří.
Už od konce minulého století se ví, že skleníkové plyny umí tento cyklus narušit. Už tehdy první, ještě dost nespolehlivé modely naznačily, že skleníkové plyny ochlazují atmosféru. Zní to divně? Ano – a ne. Pomáhají vyzařovat teplo v nižších výškách, čímž ohřívají povrch Země. A toto teplo tam pak zadržují – proto se používá výraz skleníkový efekt. Jenže oč tepleji je „ve skleníku“, tím víc energie chybí nad ním: v důsledku se tedy vyšší vrstvy atmosféry ochlazují. A termosféra by se proto měla logicky v reakci na to smrštit, podobně jako při slabé fázi sluneční aktivity.
Teprve nedávno se povedlo tyto spíše teoretické úvahy potvrdit. Díky tomu, jak velké množství družic už v kosmu je, mají dostatek dat o tom, jak se tam mění odpor vzduchu. A z dat vyplývá, že se termosféra opravdu smršťuje o něco víc, než jen na přirozený jedenáctiletý cyklus slunečního svitu.
Omezení pro družice
„Obloha doslova padá – jenže rychlostí, která se pohybuje v řádu desetiletí,“ říká Parker. „A můžeme to vidět podle toho, jak se mění odpor našich družic.“ Tým MIT zajímalo, jak tato reakce ovlivní počet družic, které mohou bezpečně operovat na oběžné dráze Země. V současné době se na nízké oběžné dráze, která označuje oblast vesmíru do vzdálenosti asi dvou tisíc kilometrů od zemského povrchu, pohybuje více než 10 tisíc družic.
Jde o satelity, které lidstvu umožňují žít v bezpečí: poskytují mu internet, komunikaci, navigaci, předpovědi počasí a také bezhotovostní přesuny kapitálu po planetě. „Za posledních pět let bylo vypuštěno více družic než za předchozích šedesát let dohromady,“ vysvětluje Parker. „Jednou z klíčových věcí, které se snažíme pochopit, je, jestli je cesta, kterou se dnes ubíráme, udržitelná.“
Podle nové studie není. Pokud budou emise stoupat jako doposud, tak do konce tohoto století by se počet družic bezpečně umístěných ve výškách 200 a 1000 kilometrů mohl snížit o zmiňovaných až 66 procent ve srovnání se scénářem, v němž by emise zůstaly na úrovni roku 2000. Pokud by byla kapacita družic překročena, a to i v lokálním regionu, vědci předpovídají, že by tam došlo k nestabilitě, která by zřejmě skončila kaskádou srážek. Kolizí by tedy bylo tolik, že by se na orbitě nahromadilo mnoho odpadu, který by způsoboval další srážky – až by se vytvořil prostor, kde by zkrátka satelity nemohly fungovat bezpečně.
Tato hrozba je největší pro takzvané megakonstelace satelitů. Jde o ty systémy, které mají stovky až tisíce družic, které jsou na podobných drahách a jsou vypouštěné podobně. V současné době je největším takovým systémem Starlink miliardáře Elona Muska.
„Spoléháme na to, že atmosféra uklidí naše odpadky. Ale pokud se atmosféra mění, změní se i prostředí pro odpadky,“ dodává Parker. „Ukazujeme, že dlouhodobý výhled pro orbitální odpad je kriticky závislý na omezení našich emisí skleníkových plynů,“ uzavírá.
