Documentos presentados en este ‘bocado’ (artículo):
Una proyección realista del cambio climático en la atmósfera superior hacia el siglo XXI
Justo cuando pensábamos que no podía empeorar, las constelaciones de satélites que amenazan nuestro cielo nocturno y la crisis climática que afecta todos los aspectos de nuestras vidas se han unido. Ahora se ha establecido que numerosos enjambres de satélites en órbita terrestre baja (LEO) y en gran parte no regulados tienen un impacto directo en la astronomía terrestre, como se analiza en este Astrobite. Ahora, los investigadores han determinado que la disminución de la densidad de la atmósfera superior debido al cambio climático solo está empeorando el problema de los desechos espaciales, aumentando la vida útil orbital de los satélites activos y la basura espacial por igual y creando un entorno de desechos que encubre la Tierra.
Cambios en la termosfera
Los efectos del cambio climático se extienden más allá de la superficie de la Tierra hacia todos los niveles de la atmósfera. Algunos equipos se propusieron comprender las consecuencias del cambio climático a través de una lente específica: ¿cómo afectan las emisiones de CO2 a la atmósfera superior y al entorno de los desechos espaciales? En el ‘bocado’ de hoy, cubrimos dos documentos que modelan de forma independiente las condiciones globales y hacen proyecciones para el futuro de la atmósfera superior dado un clima cambiante.
El cambio climático inducido por el hombre conduce a un calentamiento global a nivel del suelo, pero si nos movemos hacia arriba en la atmósfera entre 15 y 500 km, esta misma mayor concentración de gases de efecto invernadero provoca un enfriamiento global en la atmósfera media y alta. Una disminución de la temperatura hace que esta parte de la atmósfera se encoja de manera efectiva, lo que a su vez reduce la densidad del aire en la termosfera (~90-500 km sobre el suelo). Si bien hay algunas variables que afectan la densidad de la termosfera, el aumento de la concentración de CO2 en el suelo juega un papel principal en el enfriamiento global y la contracción de la atmósfera superior.
La termosfera es el hogar de miles de satélites en LEO (Low Earth Orbit, órbita terrestre baja), incluida la Estación Espacial Internacional, y aunque alberga satélites, también los atrae naturalmente hacia la Tierra con el tiempo. Pero la velocidad a la que la atmósfera envía satélites de regreso al suelo se ve afectada cuando cambia la densidad de la atmósfera; la pregunta es, ¿cuánto?
BRAD y otros modelos
Los equipos validan y luego proyectan modelos de circulación global en el futuro para hacer predicciones sobre el estado de la termosfera en varias décadas. Ambos estudios encuentran proyecciones similares de cambio climático en la atmósfera superior, con Cnossen (2022) prediciendo un enfriamiento medio global y una disminución en la densidad de la termosfera para 2015-2070 que es aproximadamente el doble que en el pasado.
En Brown et al. (2021), los autores utilizan un método llamado BRAD (Binned Representative Atmospheric Decay), o el modelo de Decaimiento Atmosférico Representativo Agrupado de escombros. BRAD esencialmente hace algunas suposiciones inteligentes para manejar estadísticamente los movimientos y colisiones de objetos en LEO, trabajando para destilar un sistema bastante desordenado y descubrir cómo los objetos en LEO decaerán en sus órbitas cuando cambie la densidad. Ante un aumento de la temperatura global de 1,5ºC, Brown et al. predicen una disminución del 15-32% desde el año 2000 hasta ahora en la densidad termosférica a 400 km, una reducción que se acelerará con cualquier aumento adicional de concentración de CO2. Si bien BRAD inherentemente no modela los efectos de las grandes constelaciones de satélites, sus resultados implican que la densidad termosférica tendrá un gran impacto tanto en las constelaciones de satélites solitarios como en las constelaciones de satélites, al menos duplicando (y posiblemente aumentando en 10-20x) la cantidad de objetos rastreables (lo que significa tanto los instrumentos activos como la basura que queda).
Un arrastre atmosférico
¿Por qué exactamente el cambio climático en la atmósfera superior conduce a una duplicación de objetos rastreables en LEO? Con la disminución de la densidad, la resistencia atmosférica se reduce, por lo que la vida útil orbital de los satélites aumenta: la reducción de la resistencia atmosférica facilita que los satélites zumben alrededor de la Tierra. Con viajes más fáciles, pueden vivir en sus órbitas por más tiempo y provocar la acumulación de desechos espaciales. Por ejemplo, Cnossen (2022) encuentra que una disminución en la densidad termosférica de ~ 30% se corresponde con un aumento en la vida útil orbital en ~ 30% también.
El aumento de los desechos espaciales representa un riesgo para otras naves espaciales, lo cual es relevante, como lo expresó Cnossen (2022), para la «explotación futura» del entorno LEO. Los objetos que permanecen más tiempo en órbita tienen más posibilidades de colisionar con otros desechos o satélites activos. Los desechos espaciales fragmentados pueden desencadenar rápidamente una cascada de más colisiones, ya que al introducir más objetos en órbita, la posibilidad de que dos objetos choquen entre sí aumenta drásticamente. A partir de ahí, los fragmentos de tal impacto aumentan la cantidad de objetos en LEO y aumentan la probabilidad de más colisiones. Este escenario, llamado Síndrome de Kessler, podría significar problemas para futuras actividades espaciales y, en un caso extremo, las actividades espaciales podrían incluso resultar imposibles durante décadas. Y, más allá de las posibles colisiones y la nube de basura resultante, permanecer más tiempo en órbita también afecta la efectividad a largo plazo de las mediciones satelitales que deben ser estables, como las mediciones precisas del nivel del mar.
Este círculo vicioso de crecimiento de la población de satélites que empeora el cambio climático, que a su vez impacta negativamente en el entorno de desechos de satélites, está bien establecido y ejemplifica cómo nuestros impactos humanos en la Tierra no se limitan al suelo. Ante la realidad del avance del cambio climático y el lanzamiento continuo de megaconstelaciones de satélites, este Astrobite enumera formas de ayudar a preservar los bienes comunes globales que son nuestro cielo nocturno. La basura espacial no tiene que ser un elemento permanente de nuestros cielos nocturnos, pero sí debemos tomar medidas significativas para derribar los satélites, lo que depende principalmente de la acción de las dos compañías (SpaceX y OneWeb) que poseen casi la mitad de todos los satélites en LEO Con la población de satélites en auge y las colisiones catastróficas cada vez más comunes, es posible que ya hayamos llegado a un punto de inestabilidad en términos de basura espacial, y la acción para mitigar tanto el cambio climático como la sobrepoblación de satélites es cada vez más crítica.
Fuente: Astrobites
Artículo original: ‘Climate change and space debris, a vicious cycle‘. Olivia Cooper. Edited by Catherine Manea. Jan 20, 2023.
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