Il continuo rilascio di gas serra nell’atmosfera terrestre potrebbe aumentare la longevità dei detriti spaziali in orbita bassa terrestre, rivela un nuovo studio. In uno scenario di alte emissioni, ciò potrebbe significare una drastica riduzione del numero di satelliti che possono operare in sicurezza in orbita bassa terrestre entro il 2100, imponendo significative limitazioni a ciò che l’umanità può mettere in orbita attorno al nostro pianeta, a meno che non si inneschi una cascata di collisioni sempre più frequenti, nota come sindrome di Kessler.
“Il cambiamento climatico e l’accumulo di detriti orbitali sono due questioni urgenti di preoccupazione globale inestricabile che richiedono un’azione unificata,” scrive un team guidato dall’ingegnere aeronautico William Parker del Massachusetts Institute of Technology (MIT). “Comprendere e rispettare l’influenza che l’ambiente naturale ha sulla nostra capacità collettiva di operare in orbita bassa terrestre è fondamentale per prevenire lo sfruttamento di questo regime e proteggerlo per le generazioni future.”
Lo spazio è piuttosto vasto, ma la quantità di esso attorno alla Terra che possiamo utilizzare per le operazioni satellitari è piuttosto limitata. Ci sono solo tanti oggetti che possiamo mettere in orbita, tra altitudini di circa 200 a 1.000 chilometri, prima che le condizioni diventino insicure.
A una certa capacità, lo spazio in orbita bassa diventerà così affollato che le collisioni saranno inevitabili; quelle collisioni romperanno e frantumeranno gli oggetti in collisione, riempiendo la regione con più pezzi di detriti spaziali, su traiettorie incontrollabili e imprevedibili che, a loro volta, renderanno l’orbita bassa terrestre sempre più instabile. Questo scenario è noto come sindrome di Kessler.
Una cosa che sappiamo dello spazio in orbita bassa è che la sua capacità può cambiare a seconda dei fattori che influenzano l’atmosfera terrestre. Ad esempio, durante il massimo solare, quando il Sole è in piena attività con flare ed eruzioni, i satelliti hanno più difficoltà a rimanere in orbita. Questo perché l’aumento di energia dal Sole gonfia l’atmosfera, aumentando la resistenza sperimentata dai satelliti in orbita bassa terrestre.
Lo stato attuale del clima terrestre non ha precedenti registrati. Le conseguenze del volume puro delle emissioni antropogeniche di gas serra sull’orbita bassa terrestre non sono state esplorate in dettaglio. Sappiamo che questi gas causano il restringimento della termosfera, lo strato di atmosfera tra altitudini di circa 85 e 600 chilometri.
Parker e i suoi colleghi hanno cercato di colmare questa lacuna di conoscenza. Hanno utilizzato la modellazione atmosferica per determinare il carico di satelliti che l’orbita bassa terrestre potrebbe supportare nell’anno 2100 sotto diversi scenari di emissioni. La Stazione Spaziale Internazionale orbita a un’altitudine compresa tra 370 e 460 chilometri. Hanno scoperto che diminuire la densità della termosfera, che si verifica con l’aumento delle emissioni di gas serra, diminuisce anche la resistenza sperimentata dai satelliti; cioè, l’effetto frenante sottile applicato a un oggetto che si muove attraverso un fluido.
La resistenza esercita una forza costante sui satelliti che causa una graduale diminuzione della loro altitudine. Per un satellite funzionante, ciò significa che sono necessarie correzioni di altitudine; quindi meno resistenza è una cosa positiva. D’altra parte, la resistenza sui detriti spaziali li fa cadere lentamente verso la Terra.
Una volta che un satellite ha esaurito la sua utilità, gli ingegneri potrebbero pianificare che la resistenza lo porti giù nell’atmosfera terrestre, dove brucerà in modo innocuo al rientro, eliminandolo così in sicurezza. Quando la resistenza diminuisce, ci vorrà molto più tempo perché questo processo si svolga, lasciando il satellite defunto in orbita bassa terrestre per più tempo, rappresentando un pericolo per altri oggetti.
Secondo il loro modello, emissioni moderate o elevate di anidride carbonica ridurranno drasticamente il numero di satelliti che rientrano, mantenendo l’orbita bassa terrestre piena di detriti e limitando quanti nuovi satelliti possiamo inviare lì. Nel peggior scenario di emissioni, l’intervallo di altitudine tra 400 e 1.000 chilometri vede una riduzione della capacità del 60% durante il massimo solare e una riduzione della capacità dell’82% durante il minimo solare, entro l’anno 2100.
Non siamo ancora vicini alla capacità di Kessler. I calcoli del team mostrano che milioni di satelliti potrebbero operare in sicurezza nei gusci di altitudine più bassa senza innescare l’instabilità di Kessler; al momento della stesura, 11.901 satelliti operano in orbita terrestre, e si stima che 20.000 pezzi di detriti spaziali siano lassù.
Ma con gli sforzi attuali per riempire il cielo terrestre con sciami di satelliti, sarebbe opportuno pensare a questo problema prima che si verifichi, dicono i ricercatori. “Considerando la recente, rapida espansione del numero di satelliti in orbita bassa terrestre,” scrivono, “comprendere la variabilità ambientale e il suo impatto sulle operazioni sostenibili è necessario per prevenire lo sfruttamento eccessivo della regione.” La ricerca è stata pubblicata su Nature Sustainability.