گردشگری فضایی، رویایی برای نابودی زمین
زمانی که میلیاردر هایی مانند ریچارد برانسون و جف بزوس سوار بر وسایل نقلیه گردشگری زیر مداری شرکت هایشان به فضا اوج گرفتند، بسیاری از جهانیان برای آنان کف زدند اما این رویداد برای برخی از دانشمندان نقطه عطف چیزی غیر از یک دستاورد فنی بود. این پرواز ها که پس از سال ها تاخیر و علی رغم شکست های قابل توجه به دست آمد، آغاز بالقوه دوره‌ای بود که مدت ها در انتظار آن بودیم؛ یعنی این که موشک ها را در لایه‌های فوقانی نسبتا بکر جو بسیار بیشتر از امروز مشاهده کنیم.
بر اساس مطالعه جدیدی که توسط کالج دانشگاهی بریتانیا(UCL) انجام شده، مشخص شد صنعت عظیم گردشگری فضایی ممکن است تاثیر آب و هوایی بیشتری نسبت به صنعت هوانوردی ایجاد کند و در صورت کنترل نشدن ترمیم لایه محافظ ازن را خنثی کند.
محققان دانشگاه کمبریج و موسسه فناوری ماساچوست (MIT) که نتایج تحقیق آنان در نشریه Earth’s Future منتشر شده، از یک مدل سه بعدی برای بررسی تاثیر پرتاب موشک و ورود مجدد آن در سال ۲۰۱۹ و تاثیر سناریو های گردشگری فضایی پیش‌بینی شده میلیاردر های مشهور کنونی استفاده کردند.
این گروه دریافت که ذرات کربن سیاه (دوده) ساطع شده توسط موشک ها تقریبا ۵۰۰ برابر بیش تر از سایر منابع دوده (سطح و هواپیما) در حفظ گرما در جو موثر است و منجر به افزایش تاثیرات جوی می شود.
علاوه بر این نتایج این مطالعه نشان داد در حال حاضر نابودی کل ازن به دلیل فعالیت موشک ها اندک است اما روند های رشد فعلی در گردشگری فضایی نشان دهنده ظرفیت تخریب لایه ازن بالایی استراتوسفر در قطب شمال در بهار است؛ به این دلیل که آلاینده های موشک های سوخت جامد گرمایش مجدد فضاپیما های بازگشتی و زباله ها به ویژه برای ازن استراتوسفر مضر است.
دکتر الویز مارایس، یکی از محققان این تحقیق، گفت: پرتاب موشک به طور معمول با گاز های گلخانه ای و انتشار آلاینده های هوا از صنعت هواپیما مقایسه می‌شود و ما در کار خود نشان دادیم که این قیاس اشتباه است.
ذرات دوده ناشی از پرتاب موشک تاثیرات آب و هوایی بسیار بیش تری نسبت به هواپیما ها و دیگر منابع زمینی دارد؛ بنابراین برای تاثیر مشابه نیازی به پرتاب موشک به اندازه پرواز های بین المللی نیست. آن چه ما اکنون واقعا به آن نیاز داریم، بحث در مورد بهترین راهبرد برای تنظیم این صنعت است که به سرعت به رشد خود ادامه می دهد.
برای محاسبه این یافته ها محققان اطلاعاتی در مورد مواد شیمیایی از تمام ۱۰۳ پرتاب موشک در سال ۲۰۱۹ از سراسر جهان و هم چنین داده هایی در مورد موشک های قابل استفاده مجدد و ورود مجدد زباله های فضایی جمع آوری کردند.
آنان هم چنین به اظهارات اخیر کارآفرینان گردشگری فضایی ویرجین گلکتیک (Virgin Galactic)، بلو اوریجین (Blue Origin) و اسپیس ایکس(SpaceX) مبنی بر پیشنهادات سالانه حداقل پرتاب روزانه توسط ویرجین گلکتیک برای ساختن سناریویی از صنعت گردشگری فضایی مهیب آینده توجه کردند؛ سپس این داده ها در یک مدل شیمی اتمسفر سه بعدی گنجانده شد تا تاثیر آن بر اقلیم و لایه ازن بررسی شود.
این گروه نشان داد گرمایش حاصل از فعالیت یک دهه موشک های معاصر با سوخت نفت سفید به میزان ۳.۹ مگاوات متر مربع است؛ در صورتی که این میزان بیش از ۲ برابر (۷.۹ مگاوات متر مربع) تنها پس از سه سال پرتاب موشک های گردشگری فضایی به دلیل استفاده از نفت سفید توسط اسپیس ایکس و سوخت های لاستیک مصنوعی هیبریدی توسط ویرجین گلکتیک افزایش می یابد.
محققان می گویند این موضوع نگرانی خاصی ایجاد کرده زیرا وقتی ذرات دوده مستقیما به اتمسفر فوقانی تزریق می شود، تاثیر بسیار بیش تری (یعنی به میزان ۵۰۰ برابر کارآمد تر در حفظ گرما) بر آب و هوا نسبت به سایر منابع دوده دارد.
این گروه دریافت تحت یک سناریوی پرتاب موشک های گردشگری فضایی روزانه یا هفتگی تاثیر بر لایه ازن استراتوسفر تهدیدی برای تضعیف بهبود تجربه شده پس از اجرای موفقیت آمیز پروتکل مونترال است.
پروتکل مونترال در سال ۱۹۸۷ به تصویب رسید و برای ممنوعیت جهانی موادی است که لایه ازن را تخریب می‌کند و یکی از موفق ترین مداخلات بین المللی در زمینه سیاست زیست محیطی در نظر گرفته می‌شود.
دکتر رابرت رایان، یکی از محققان این تحقیق، گفت: تنها بخشی از اتمسفر که بازیابی ازن قوی پس از پروتکل مونترال را نشان می دهد، استراتوسفر فوقانی است و دقیقا همان جایی است که تاثیر انتشار موشک ها شدید ترین ضربه را وارد می کند. ما انتظار نداشتیم که چنین تغییرات عظیمی را ببینیم که پیشرفت بازیابی ازن را تهدید می کند.
پرواز های اسپیس شیپ تو(SpaceShipTwo) وسیله نقلیه فضایی ویرجین گلکتیک برانسون توسط یک موتور هیبریدی نیرو می گیرد که لاستیک را می سوزاند و ابری از دوده را پشت سر می گذارد.
فیلیپو ماگی، دانشیار مهندسی هوافضا در دانشگاه پلی تکنیک میلان ایتالیا که در زمینه فناوری های پیشران موشک تحقیق کرده و بخشی از این گروه تحقیقاتی بود، با چندین سال فعالیت در این حوزه می گوید: موتور های هیبریدی می تواند از انواع مختلفی از سوخت استفاده کند اما همیشه دوده زیادی تولید می کند.
وی پیش از این تجزیه و تحلیل گسترده ای از انتشار موتور موشک هیبریدی ارائه کرد که این موتور ها مانند یک شمع کار می کند و فرآیند سوختن آن شرایطی را ایجاد می کند که برای تولید دوده مطلوب است.
به گفته دالاس کاسابوسکی، تحلیلگر اصلی در موسسه مشاوره فضایی نورثرن اسکای (Northern Sky)، یک پرواز گردشگری فضایی زیر مداری ویرجین گلکتیک که حدود یک ساعت و نیم طول می کشد، می تواند به اندازه یک پرواز ۱۰ ساعته در اقیانوس اطلس آلودگی ایجاد کند. برخی از دانشمندان با توجه به جاه طلبی های ویرجین گلکتیک برای پرواز گردشگران به فضا به میزان چندین مرتبه در روز این موضوع را نگران کننده می دانند.
کاسابوسکی می گوید: حتی اگر بازار گردشگری زیرمداری با کسری از تعداد پرتاب ها در مقایسه با بقیه صنعت گردشگری راه اندازی شود، هر یک از پرواز های آن سهم بسیار بیش تری دارد و این می تواند مشکل ساز باشد.
البته موشک های ویرجین گالاکتیک تنها مقصر نیستند. ماگی اظهار کرد که تمام موتور های موشکی که سوخت هیدروکربنی می سوزاند، دوده تولید می کند. موتور های موشک سوخت جامد مانند موتور هایی که در گذشته در تقویت کننده های شاتل فضایی ناسا استفاده می شد، ترکیبات فلزی را می سوزاند و ذرات اکسید آلومینیوم را همراه با اسید هیدروکلریک منتشر می کند که هر ۲ اثر مخربی بر جو دارند.
از طرف دیگر موتور BE-۳ که وسیله نقلیه زیر مداری جدید اوریجین بلو را نیرو می دهد، هیدروژن مایع و اکسیژن مایع را برای ایجاد نیروی رانش ترکیب می کند. کارشناسان می گویند BE-۳ در مقایسه با سایر موتور های موشک آلاینده بزرگی نیست و عمدتا آب همراه با برخی محصولات احتراق جزئی منتشر می کند.
برای کارن روزنلوف، دانشمند ارشد در آزمایشگاه علوم شیمی در اداره ملی اقیانوسی و جوی ایالات متحده(NOAA)، بزرگ ترین مشکل این است که موشک ها لایه های بالا تر جو را آلوده می کند؛ استراتوسفر که از ارتفاع حدود ۶.۲ مایلی (۱۰ کیلو متری) شروع می شود و مزوسفر که از ۳۱ مایل (۵۰ کیلو متری) به سمت بالا است.
روزنلوف گفت: شما معمولا آلاینده ها را در مکان هایی که منتشر نمی کنید، منتشر می شود. ما واقعا باید درک کنیم، اگر این موارد را افزایش دهیم، آسیب احتمالی آن چقدر است.
به گفته مارتین راس، دانشمند جوی در شرکت هوافضا که اغلب با روزنلوف همکاری دارد، تاکنون تاثیر پرتاب موشک بر جو ناچیز بوده اما فقط به این دلیل است که راه‌اندازی چنین موشک هایی زیاد نبوده است.
راس اظهار کرد: میزان سوختی که در حال حاضر توسط صنعت فضایی سوزانده می شود، کم تر از یک درصد سوختی است که توسط هوانوردی می سوزد؛ بنابراین تحقیقات زیادی در این مورد انجام نشده است؛ به همین دلیل باید در مورد این موضوع جزئیات بیش تری را فراگیریم.
کاسابوسکی گفت: طی دهه آینده پرواز های گردشگری سر به فلک می کشد و شاید این تعداد از ۱۰ پرواز سالانه در آینده نزدیک به ۳۶۰ پرواز در سال تا سال ۲۰۳۰ افزایش یابد. این تخمین هنوز بسیار کم تر از نرخ رشدی است که شرکت های گردشگری فضایی مانند ویرجین گلکتیک و بلو اوریجین برای خود پیش بینی می کنند.
وی خاطرنشان کرد: تقاضا برای گردشگری زیر مداری بسیار زیاد است. این شرکت‌ها تقریبا مشتریانی دارند و تمایل دارند که این تعداد افزایش یابد. در نهایت آن ها می خواهند چندین بار در روز درست مانند هواپیما های کنونی پرواز کنند.
هم چنین انتظار می رود میزان پرتاب موشک هایی که ماهواره ها را به مدار می فرستند نیز افزایش یابد اما کاسابوسکی ظرفیت بیش تری برای رشد در گردشگری فضایی می بیند.
کاسابوسکی در ادامه افزود: این مانند تفاوت بین پرواز باری و مسافربری است؛ مسافران بسیار بیش تری به دنبال پرواز هستند.
به گفته راس مشکل این است که جامعه علمی هیچ ایده و اطلاعات کافی برای تعیین این که پرتاب موشک در چه مقطعی تاثیر قابل اندازه گیری بر آب و هوای سیاره خواهد داشت را ندارد. در چنین زمانی استراتوسفر در حال تغییر است زیرا تعداد موشک های پرتاب شده به طور پنهانی افزایش می یابد.
راس می گوید: تاثیر این ذرات تولید شده توسط موشک به خوبی درک نشده است. عدم قطعیت زیاد است و ما باید آن را محدود و پیش بینی کنیم که چگونه فضا ممکن است بر جو زمین تاثیر بگذارد.
تاکنون تنها اندازه گیری مستقیم تاثیرات پرتاب موشک بر فرآیند های شیمیایی در جو از دوران پرتاب شاتل های فضایی است. در دهه ۱۹۹۰ زمانی که جهان برای نجات لایه ازن آسیب دیده دور هم جمع می شد، ناسا آزمایشگاه علوم شیمی در اداره ملی اقیانوسی و جوی ایالات متحده و نیروی هوایی ایالات متحده کمپینی را تشکیل دادند که به بررسی اثرات انتشارات ناشی از تقویت کننده های سوخت جامد شاتل فضایی بر ازن در استراتوسفر پرداخت.
راس گفت: در دهه ۱۹۹۰ نگرانی‌های قابل توجهی در مورد کلر موتور های موشک جامد وجود داشت. کلر عاملی با تاثیر بد برای ازن در استراتوسفر است و مدل هایی وجود داشت که نشان می داد تقلیل لایه ازن با موتور های موشک جامد بسیار قابل توجه است.
دانشمندان از هواپیمای WB ۵۷ ناسا در ارتفاع بالا برای پرواز از میان ستون های تولید شده توسط موشک های شاتل فضایی در فلوریدا استفاده کردند. آنان با رسیدن به ارتفاعات تا ۶۰هزار پا (۱۹ کیلو متر) قادر به اندازه گیری واکنش های شیمیایی در استراتوسفر پایینی درست پس از عبور موشک ها بودند.
دیوید فاهی، مدیر آزمایشگاه علوم شیمی در اداره ملی اقیانوسی و جوی ایالات متحده و رهبر این تحقیق، گفت: یکی از سوالات اساسی این بود که چه مقدار کلر در این موتور های سوخت جامد و به چه شکل ساخته می شود. ما چندین مرتبه آن را اندازه گیری و سپس نتایج را تجزیه و تحلیل کردیم. در آن زمان پرتاب های شاتل فضایی کافی برای ایجاد تفاوت در سطح جهانی وجود نداشت اما در سطح محلی توانستیم دریابیم که توده پراکنده به جا مانده از موشک می تواند لایه ازن را تخریب کند.
شاتل فضایی ۱۰ سال پیش بازنشسته شد اما موشک هایی که مواد مخرب ازن تولید می کند، هم چنان انسان ها و ماهواره ها را به فضا می فرستد.
در واقع در سال ۲۰۱۸ سازمان جهانی هواشناسی در آخرین ارزیابی علمی خود از تخریب لایه ازن که هر چهار سال یک بار منتشر می شود، موشک ها را به عنوان یک نگرانی بالقوه برای آینده در نظر گرفت. این سازمان خواستار انجام تحقیقات بیش تری در این زمینه شد زیرا انتظار می رود تعداد پرتاب ها افزایش یابد.
تیم روزنلوف با استفاده از ابررایانه های قدرتمند اداره ملی اقیانوسی و جوی ایالات متحده تاثیرات گسترده تر مواد ساخت بشر را در لایه های بالا تر جو مطالعه می کند. یعنی تاثیر تغییرات جزئی در شیمی هوا در ده ها مایل بال اتر از زمین بر اقلیم و الگو های آب و هوایی روی زمین را مورد ارزیابی قرار می دهد. برای آنان کربن سیاه یا دوده منتشر شده از موشک هایی که سوخت های هیدروکربنی را می سوزانند، نگران کننده است.
روزنلوف توضیح داد مشکل دوده این است که نور فرابنفش را جذب می کند؛ به این معنا که می تواند استراتوسفر را گرم کند. وقتی شروع به گرم کردن استراتوسفر، لایه بالای تروپوسفر (نزدیک ترین لایه به زمین)، می کنید، حرکت در استراتوسفر را تغییر می‌دهید. شما در حال تغییر انتقال انرژی هستید و این می تواند در واقع بر آن چه روی زمین اتفاق می افتد، تاثیر بگذارد.
وی خاطر نشان کرد: بسیاری از ذرات تولید شده توسط برخی موشک ها به دلیل تاثیرات احتمالی که می تواند بر آب و هوای جهانی در زمینه های مختلف داشته باشد، از جمله مهندسی زمین و دستکاری عمدی جو با هدف توقف یا کاهش گرمایش جهانی مورد توجه دانشمندان قرار گرفته است.
روزنلوف در تحقیق جدید خود از همان ابررایانه های قدرتمند اداره ملی اقیانوسی و جوی ایالات متحده برای مدل سازی چیزی که دانشمندان آن را مداخله اقلیمی می نامند نیز استفاده کرد. این گروه به اثرات آب و هوایی ناشی از پراکندگی ذرات دی اکسید گوگرد که به بازتاب نور به دور از زمین، در ترکیب با دوده (که هم چنین بخشی از انتشار موشک است) در استراتوسفر پایینی رخ می دهد، علاقه مند بود. دوده انرژی نور خورشید را جذب می کند و ذرات آئروسل دی اکسید گوگرد را با گرم کردن هوای اطراف به ارتفاع بال اتر می راند. در ارتفاع بالا تر دی اکسید گوگرد می تواند کار خنک کننده آب و هوا را آغاز کند. این آزمایش مدل سازی کرد که وقتی ۱.۱ میلیون تن دی اکسید گوگرد منعکس کننده نور خورشید مخلوط با ۱۱ هزار تن کربن سیاه در تروپوسفر فوقانی توسط هواپیما طی یک دوره ۱۰ روزه آزاد می‌شود، چه اتفاقی می افتد.
این مطالعه هیچ اثر منفی قابل توجهی بر آب و هوا روی زمین پیدا نکرد. با این حال این نتایج نگرانی روزنلوف در مورد خطرات احتمالی مرتبط با تعداد فزاینده پرتاب موشک را برطرف نمی کند.
وی بیان کرد: میزان کربن سیاه در آزمایش ژئومهندسی که ما انجام دادیم، به اندازه مواد این موشک ها بالا نیست. مشکل این است که هر چه بالا تر بروید، این مواد بیش تر دوام می آورد. هیچ یک از این موشک ها ایده آل نیستند زیرا هر کدام از آن ها در مکان هایی که در حال حاضر گرمایش نداریم، گرمایش تولید می کنند.
به گفته ماگی ذرات دوده تولید شده توسط موتور های موشک هیبریدی بسیار کوچک و سبک است. در واقع زمانی که وی و همکارانش سعی کردند خروجی دوده موتور های موشک هیبریدی را در آزمایشگاه اندازه‌گیری کنند، به دلیل اندازه کوچک ذرات نتوانستند با اطمینان این کار را با دقت انجام دهند.
وی اظهار کرد: ما توانستیم خروجی ذرات را از موتور های موشک جامد اندازه گیری کنیم. اندازه آن تقریبا یک میکرون است و تعداد زیادی از آن وجود دارد اما به دلیل بزرگ بودن این ذرات سریع تر به زمین می افتد. در موتور های موشک هیبریدی ما قادر به جمع آوری دوده نبودیم زیرا اندازه آن چند نانومتر است.
ماگی نگران است این ذرات برای همیشه در استراتوسفر باقی بماند.
او می گوید: اندازه آن به اندازه کربن منتشر شده از هواپیما ها است و می دانیم که لایه ای از کربن در اتمسفر در سطح پرواز هواپیما ها وجود دارد که در آن جا می ماند و به احتمال زیاد ذرات ناشی از موتور های موشک نیز همین کار را می کنند.
تجمع این ذرات در طول سال ها و دهه ها چیزی است که دانشمندان را نگران کرده است. همان طور که بحران آب و هوایی کنونی با افزایش میزان کربن آزاد شده در اتمسفر نسبتا آهسته شروع شد، آلودگی در استراتوسفر ممکن است تنها چند سال بعد شروع به ایجاد آسیب کند.
روزنلوف افزود: در دراز مدت تزریق آلاینده ها به استراتوسفر می تواند جریان جت قطبی الگو های طوفان زمستانی را تغییر دهد یا بر میانگین بارندگی تاثیر بگذارد.
وی افزود: ممکن است میزان بارندگی از ۲۵ اینچ (۶۴ سانتی متر) در سال به ۲۰ اینچ (۵۱ سانتی متر) در سال در برخی مکان ها برسد که شاید آنقدر ها هم مهم به نظر نرسد؛ مگر این که کشاورزی باشید که سعی کنید گندم خود را همان جا بکارید و یک تغییر کوچک در بارندگی می تواند بر عملکرد محصول شما تاثیر بگذارد.
به همین دلیل فاهی می‌گوید: بسیار مهم است که کار علمی برای ارزیابی خطرات آینده از هم‌اکنون آغاز شود.
وی تاکید کرد: این شکاف اساسی وجود دارد که ما فقط اعداد را نداریم، به این دلیل که علم محدود است و این کمبود اطلاعات وجود دارد. ما احساس می کنیم این بخشی از مسئولیت ما در اداره ملی اقیانوسی و جوی ایالات متحده است که تاثیر فعالیت های انسانی بر استراتوسفر را ارزیابی کنیم. موشک‌ها منبع اصلی و منحصر به فرد آلودگی استراتوسفر است. هم چنین فرکانس پرتاب در حال افزایش و اثرات در حال انباشته شدن است.
هنوز چیز های زیادی در مورد تاثیر پرتاب موشک و انتشار مجدد گاز های گلخانه ای بر جو وجود دارد؛ به ویژه اندازه آینده این صنعت، انواع و محصولات جانبی سوخت های جدید مانند متان مایع و زیستی سوخت های مشتق شده است. این مطالعه به ما اجازه می دهد با چشمان باز نسبت به تاثیرات احتمالی وارد عصر جدید گردشگری فضایی شویم؛ بنابراین گفت و گو در مورد تنظیم اثرات زیست محیطی صنعت پرتاب فضایی باید از هم اکنون آغاز شود تا بتوانیم آسیب به لایه ازن استراتوسفر و آب و هوا را به حداقل برسانیم.
منبع: ایسنا
