Nelle prime ore di una domenica mattina di settembre, un team di 12 ricercatori privati del sonno e affetti da jet lag si è riunito nell’aeroporto più remoto del mondo. Lì, sull’Isola di Pasqua, a circa 3.750 km al largo delle coste del Cile, si stavano preparando per l’inseguimento di una vita: una corsa per catturare gli ultimi istanti di un satellite mentre cadeva dallo spazio e prendeva fuoco fino a trasformarsi in cenere. il cielo.
Si trattava di Salsa, uno dei quattro satelliti che facevano parte della costellazione Cluster dell’Agenzia spaziale europea (ESA). Salsa e i suoi compagni studiavano il campo magnetico terrestre dall’inizio degli anni 2000, ma la loro missione era giunta al termine. Mesi prima, la navicella spaziale era stata lanciata in una spirale mortale che si sarebbe conclusa con una fiammeggiante disintegrazione, a circa 1.600 miglia al largo della costa dell’Isola di Pasqua, nell’alta atmosfera terrestre.
Ora gli scienziati erano pronti a registrare il rientro così come è avvenuto. Dotati dei calcoli precisi della traiettoria forniti dal controllo a terra dell’ESA, i ricercatori sono decollati con un business jet noleggiato, con 25 telecamere e spettrometri montati sui finestrini. La speranza era quella di riuscire a raccogliere informazioni preziose sui processi fisici e chimici che si verificano quando i satelliti bruciano cadendo sulla Terra al termine della loro missione.
Questo tipo di studio sta diventando sempre più urgente. Circa 15 anni fa, meno di mille satelliti orbitavano attorno al nostro pianeta. Oggi quel numero è salito a circa 10.000 e, con l’avvento delle costellazioni di satelliti come Starlink, si prevede che tale numero aumenterà di dieci volte entro la fine di questo decennio. Lasciare che questi satelliti brucino nell’atmosfera alla fine della loro vita aiuta a mantenere al minimo la quantità di detriti spaziali. Tuttavia, la cenere dei satelliti si deposita negli strati intermedi dell’atmosfera terrestre. Questa cenere metallica può danneggiare l’atmosfera e potenzialmente alterare il clima. Gli scienziati ancora non sanno quanto grave potrebbe essere il problema nei prossimi decenni.
Le ceneri dei rientri contengono sostanze che danneggiano lo strato di ozono. Studi di modellizzazione hanno dimostrato che alcuni dei suoi componenti possono anche raffreddare la stratosfera terrestre, mentre altri possono riscaldarla. Alcuni temono che le particelle metalliche possano addirittura disturbare il campo magnetico terrestre, oscurare la vista dei satelliti di osservazione della Terra e aumentare la frequenza dei temporali.
“Dobbiamo vedere che tipo di fisica sta accadendo lassù”, afferma Stijn Lemmens, analista senior dell’ESA che ha supervisionato la campagna. “Se ci sono più oggetti [che rientrano], ci saranno più conseguenze”.
Una comunità di scienziati atmosferici in tutto il mondo è in attesa dei risultati di queste misurazioni, sperando di colmare ampie lacune nella loro comprensione. Il rientro di Salsa è stata solo la quinta campagna di questo tipo nella storia dell’esplorazione spaziale. Le campagne precedenti, tuttavia, hanno monitorato oggetti molto più grandi, come lo stadio superiore da 19 tonnellate di un razzo Ariane 5.
Il Salsa Cluster, con i suoi 550 chilogrammi, era piuttosto piccolo in confronto. E questo lo rende di particolare interesse per gli scienziati, poiché si tratta di veicoli spaziali di queste dimensioni che affolleranno sempre più l’orbita terrestre nei prossimi anni.
Lo svantaggio delle mega-costellazioni
Si prevede che la maggior parte della crescita prevista del numero di satelliti deriverà da satelliti delle stesse dimensioni di Salsa: singoli membri di mega-costellazioni, progettati per fornire servizi Internet ad alta velocità e a bassa latenza a chiunque, ovunque.
Starlink di SpaceX è il più grande di questi progetti. Con circa 6.500 satelliti attualmente, la flotta dovrebbe crescere fino a oltre 40.000 entro il 2030. Altre mega-costellazioni, tra cui Kuiper di Amazon, E-Space della Francia e i progetti cinesi G60 e Guowang, sono in fase di sviluppo. Ciascuno può contenere diverse migliaia di satelliti o addirittura decine di migliaia.
Gli sviluppatori di mega-costellazioni non vogliono che i loro veicoli spaziali rimangano in orbita per due o tre decenni come le loro controparti più vecchie, finanziate dal governo. Vogliono sostituire questi router Internet in orbita con nuove tecnologie ogni cinque anni, rimandando quelli vecchi nell’atmosfera a disintegrarsi. I razzi necessari per lanciare tutti questi satelliti emettono il proprio mix di contaminanti (e anche i loro stadi superiori finiscono la loro vita bruciando nell’atmosfera).
La quantità di spazzatura spaziale che vaporizza nell’atmosfera terrestre è più che raddoppiata negli ultimi anni, afferma Jonathan McDowell, un astronomo dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysicals che ha costruito una seconda carriera come principale rilevatore di spazzatura spaziale.
“Prima vedevamo il rientro di circa 50-100 stadi di razzi ogni anno”, afferma. “Ora ne vediamo 300 all’anno”.
Nel 2019 si sono disintegrati nell’atmosfera circa 115 satelliti. Nel novembre 2024, il numero aveva già battuto un nuovo record con 950 rientri di satelliti, afferma McDowell.
La massa di spazzatura spaziale in vaporizzazione continuerà a crescere man mano che crescono le flotte satellitari. Entro il 2033, potrebbe raggiungere le 4.000 tonnellate all’anno, secondo le stime presentate in un seminario intitolato Protecting Earth and Outer Space from the Disposal of Spacecraft and Debris, tenutosi a settembre presso l’Università di Southampton, nel Regno Unito.
Fondamentalmente, la maggior parte della cenere prodotta da questi rientri rimarrà sospesa nel sottile strato intermedio dell’atmosfera per decenni, forse secoli. Tuttavia, ottenere dati accurati sull’incendio dei satelliti è quasi impossibile perché avviene in un’area troppo alta per essere misurata dai palloni meteorologici e troppo bassa per gli strumenti sonda a bordo dei satelliti in orbita. La cosa più vicina a cui gli scienziati possono arrivare è il telerilevamento degli istanti finali di un satellite.
Cambiamento chimico
Nessuno dei ricercatori a bordo del jet executive, trasformato in un laboratorio scientifico e decollato dall’Isola di Pasqua a settembre, è riuscito a vedere il momento in cui il Salsa Cluster si è trasformato in una palla di fuoco sulle profonde e scure acque dell’Oceano Pacifico. . Contro la luce intensa del giorno, la momentanea esplosione appariva vivida come la luna piena a mezzogiorno. Tuttavia, i finestrini dell’aereo erano ricoperti con un tessuto scuro (per evitare che la luce riflessa dall’interno distorcesse le misurazioni), lasciando sporgere solo le lenti della fotocamera, spiega Jiří Šilha, CEO di Astros Solutions, un’azienda di monitoraggio della situazione spaziale con sede in Slovacchia , che ha coordinato la campagna di osservazione.
“Eravamo a circa 300 chilometri di distanza quando è successo, abbastanza per evitare di essere colpiti da eventuali detriti rimasti”, dice Šilha. “Tutto è molto veloce. L’oggetto rientra ad una velocità molto elevata, circa 11 chilometri [sette miglia] al secondo, e si disintegra da 80 a 60 chilometri sopra la Terra”.
Gli strumenti hanno raccolto misurazioni del decadimento nella parte visibile e nel vicino infrarosso dello spettro luminoso, comprese osservazioni con filtri speciali per rilevare elementi chimici come alluminio, titanio e sodio. I dati aiuteranno gli scienziati a ricostruire il processo di disgregazione del satellite, determinando le altitudini alle quali avviene l’incenerimento, le temperature alle quali avviene e la natura e la quantità dei composti chimici rilasciati.
La cenere del Salsa Cluster ha già iniziato la sua dolce deriva attraverso la mesosfera e la stratosfera, gli strati atmosferici che si estendono rispettivamente da altitudini comprese tra 50 e 85 chilometri e tra 20 e 50 chilometri. Nel corso della loro discesa decennale, queste particelle di cenere interagiranno con i gas atmosferici, causando danni, afferma Connor Barker, ricercatore in modellistica chimica atmosferica presso l’University College di Londra e autore di un inventario dell’inquinamento atmosferico causato dai satelliti pubblicato all’inizio del 2019. Ottobre sulla rivista Scientific Data.
I corpi dei satelliti e degli stadi dei razzi sono costituiti principalmente da alluminio, che brucia e si trasforma in ossido di alluminio o allumina, una sostanza bianca e polverosa nota per contribuire alla riduzione dello strato di ozono. L’allumina riflette anche la luce solare, il che significa che può modificare la temperatura di questi strati atmosferici più alti.
“Nelle nostre simulazioni, iniziamo a vedere il riscaldamento nel tempo negli strati superiori dell’atmosfera, che ha diversi effetti successivi sulla composizione atmosferica”, afferma Barker.
Ad esempio, alcuni modelli suggeriscono che il riscaldamento potrebbe aggiungere umidità alla stratosfera. Ciò potrebbe ridurre lo strato di ozono e causare un ulteriore riscaldamento, che a sua volta porterebbe a un’ulteriore riduzione dell’ozono.
L’estrema velocità dei satelliti di rientro produce anche “un’onda d’urto che comprime l’azoto nell’atmosfera e lo fa reagire con l’ossigeno, producendo ossidi di azoto”, afferma McDowell. Gli ossidi di azoto danneggiano anche l’ozono atmosferico. Attualmente, il 50% della riduzione dell’ozono causata dagli incendi dei satelliti e dai lanci di razzi deriva dagli effetti degli ossidi di azoto. La fuliggine prodotta dai razzi altera anche l’equilibrio termico dell’atmosfera.
In un certo senso, l’inquinamento atmosferico ad alta quota non è una novità. Ogni anno circa 18.000 tonnellate di meteoriti vaporizzano nella mesosfera. Anche tra 10 anni, se tutte le mega-costellazioni pianificate venissero sviluppate, la quantità di rocce spaziali naturali che bruciano durante la loro caduta sulla Terra supererà di un fattore cinque la quantità di spazzatura spaziale incenerita.
Ciò, tuttavia, non è di consolazione per ricercatori come McDowell e Barker. I meteoriti contengono solo piccole quantità di alluminio e la loro disintegrazione atmosferica è più rapida, il che significa che producono meno ossidi di azoto, spiega Barker.
“La quantità di ossidi di azoto che riceviamo [dai rientri dei satelliti e dai lanci di razzi] è già al limite inferiore delle nostre stime annuali di ciò che rappresentano le emissioni naturali di ossidi di azoto [dai meteoriti]”, afferma Barker. “È certamente una preoccupazione, perché presto potremmo fare più danni all’atmosfera di quanto accade in natura”.
Anche la quantità annuale di allumina proveniente dai rientri dei satelliti si sta avvicinando a quella generata dai meteoriti inceneriti. Negli attuali scenari peggiori, entro il 2040 il contributo umano a questo inquinante sarà dieci volte maggiore di quello delle fonti naturali.
Impatto sulla Terra?
Cosa significa esattamente tutto questo per la vita sulla Terra? A questo punto nessuno ne è sicuro. Gli studi incentrati sui vari componenti del cocktail di inquinamento atmosferico causato dalle attività dei satelliti e dei razzi vengono pubblicati a ritmo costante.
Barker sostiene che i modelli computerizzati collocano l’attuale contributo dell’industria spaziale alla riduzione dell’ozono ad un misero 0,1%. Ma quanto aumenterà questa quota tra 10, 20 o 50 anni, nessuno lo sa. Ci sono molte incertezze in questa equazione, inclusa la dimensione delle particelle – che influenzerà il tempo necessario per affondare – e il rapporto tra particelle e sottoprodotti gassosi.
“Dobbiamo prendere una decisione, come società, se dare priorità alla riduzione del traffico spaziale o alla riduzione delle emissioni”, afferma Barker. “Molti di questi aumenti dei tassi di rientro sono dovuti al fatto che la comunità globale sta facendo davvero un ottimo lavoro nel ripulire i detriti spaziali nell’orbita terrestre bassa. Ma dobbiamo davvero comprendere l’impatto ambientale di queste emissioni in modo da poter decidere quale sia il modo migliore per l’umanità di gestire tutti questi oggetti nello spazio”.
Il disastro del cambiamento climatico del 21° secolo è stato innescato quando l’umanità ha iniziato a bruciare combustibili fossili a metà del 19° secolo. Allo stesso modo, ci sono voluti 40 anni perché i clorofluorocarburi provocassero un buco nello strato protettivo di ozono della Terra. La contaminazione della Terra da parte di sostanze chiamate “sostanze chimiche per sempre” – sostanze per- e polifluoroalchiliche utilizzate nella produzione di rivestimenti antiaderenti e schiume antincendio – è iniziata negli anni ’50. Ricercatori come McDowell temono che la storia possa ripetersi ancora una volta.
“Le attività dell’umanità nello spazio sono ormai diventate abbastanza grandi da influenzare l’ambiente spaziale in modo simile a quello che abbiamo fatto con gli oceani”, afferma McDowell. “Il problema è che stiamo apportando questi cambiamenti senza capire veramente a che punto questi cambiamenti inizieranno a preoccupare”.
Le precedenti campagne di osservazione si erano concentrate principalmente sulla disintegrazione fisica dei satelliti al rientro. Con la costellazione Cluster, gli scienziati sperano di iniziare a svelare il lato chimico di questo sfuggente processo. Per ricercatori come Barker, questo significa finalmente ottenere dati che possano convalidare e migliorare ulteriormente i loro modelli. La costellazione Cluster offrirà altre tre opportunità per colmare le lacune in questo puzzle ambientale quando i satelliti gemelli di Salsa rientreranno nel 2025 e nel 2026.
“La cosa bella del Cluster è che abbiamo quattro satelliti identici e che ne conosciamo tutti i dettagli”, dice Šilha. “È il sogno di ogni scienziato perché possiamo ripetere l’esperimento e imparare da ogni campagna precedente”.
(fonte: MIT Technology Review)
