به گزارش نیوزتل خراسان رضوی زمانی که میلیاردرهایی مانند ریچارد برانسون و جف بزوس سوار بر وسایل نقلیه گردشگری زیرمداری شرکتهای شان به فضا اوج گرفتند، خیلی از جهانیان برای آنان کف زدند اما این رویداد برای بعضی از دانشمندان نقطه عطف چیزی غیر از یک دستاورد فنی بود. این پروازها که بعد از سال ها تاخیر و علیرغم شکست های قابل توجه به دست آمد، آغاز بالقوه دوره ای بود که مدت ها در انتظار آن بودیم؛ یعنی اینکه موشک ها را در لایه های فوقانی نسبتا بکر جو خیلی بیشتر از امروز مشاهده نماییم.

بر اساس مطالعه جدیدی که توسط کالج دانشگاهی بریتانیا(UCL) انجام شده، مشخص شد صنعت عظیم گردشگری فضایی امکان دارد تأثیر آب وهوایی بیشتری نسبت به صنعت هوانوردی ایجاد نماید 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 انتشار یافته، از یک مدل سه بعدی جهت بررسی تأثیر پرتاب موشک و ورود مجدد آن در سال ۲۰۱۹ و تأثیر سناریوهای گردشگری فضایی پیشبینی شده میلیاردرهای مشهور کنونی استفاده کردند.

این گروه دریافت که ذرات کربن سیاه(دوده) ساطع شده توسط موشک ها حدودا ۵۰۰ برابر بیشتر 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 هم اکنون نابودی کل ازن به علت فعالیت موشک ها اندک است اما روندهای رشد فعلی در گردشگری فضایی نشان دهنده ظرفیت تخریب لایه ازن بالایی استراتوسفر در قطب شمال در بهار است؛ به این علت که آلاینده های موشک های سوخت جامد گرمایش مجدد فضاپیماهای بازگشتی و زباله ها بخصوص برای ازن استراتوسفر مضر است.

دکتر الویز مارایس، یکی از محققان این تحقیق، اظهار داشت: پرتاب موشک به صورت معمول با گازهای گلخانه ای و انتشار آلاینده های هوا از صنعت هواپیما مقایسه می شود و ما در کار خود نشان دادیم که این قیاس اشتباه است.

ذرات دوده ناشی از پرتاب موشک تاثیرات آب وهوایی بسیار بیشتری نسبت به هواپیماها و دیگر منابع زمینی دارد؛ ازاین رو برای تأثیر مشابه نیازی به پرتاب موشک به اندازه پروازهای بین المللی نیست. آنچه ما حالا 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 همینطور داده هایی در مورد موشک های قابل استفاده مجدد و ورود مجدد زباله های فضایی جمع آوری کردند.

آنان همینطور به اظهارات اخیر کارآفرینان گردشگری فضایی ویرجین گلکتیک(Virgin Galactic)، بلو اوریجین(Blue Origin) و اسپیس ایکس(SpaceX) در خصوص پیشنهادات سالانه حداقل پرتاب روزانه توسط ویرجین گلکتیک برای ساختن سناریویی از صنعت توریسم فضایی مهیب آینده توجه کردند؛ سپس این داده ها در یک مدل شیمی اتمسفر سه بعدی گنجانده شد تا تأثیر 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 صورتیکه این میزان بیشتر از ۲ برابر(۷.۹ مگاوات متر مربع) تنها بعد از سه سال پرتاب موشک های گردشگری فضایی به علت استفاده از نفت سفید توسط اسپیس ایکس و سوخت های لاستیک مصنوعی هیبریدی توسط ویرجین گلکتیک افزایش می یابد.

محققان می گویند این مورد نگرانی خاصی بوجود آورده چونکه وقتی ذرات دوده مستقیما به اتمسفر فوقانی تزریق می شود، تأثیر بسیار بیشتری(یعنی به میزان ۵۰۰ برابر کارآمدتر در حفظ گرما) بر آب وهوا نسبت به سایر منابع دوده دارد.

این گروه دریافت تحت یک سناریوی پرتاب موشک های گردشگری فضایی روزانه یا هفتگی تأثیر بر لایه ازن استراتوسفر تهدیدی برای تضعیف بهبود تجربه شده بعد 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 می کند و یکی از موفق ترین مداخلات بین المللی در زمینه سیاست زیست محیطی در نظر گرفته می شود.

دکتر رابرت رایان، یکی از محققان این تحقیق، اظهار داشت: تنها بخشی از اتمسفر که بازیابی ازن قوی بعد از پروتکل مونترال را نشان می دهد، استراتوسفر فوقانی است و دقیقاً همان جایی است که تأثیر انتشار موشک ها شدیدترین ضربه را وارد می نماید. ما انتظار نداشتیم که چنین تغییرات عظیمی را ببینیم که پیشرفت بازیابی ازن را تهدید می کند.

پروازهای اسپیس شیپ تو(SpaceShipTwo) وسیله نقلیه فضایی ویرجین گلکتیک برانسون بوسیله ی 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 عرصه می گوید: موتورهای هیبریدی می تواند از انواع مختلفی از سوخت استفاده نماید اما همیشه دوده زیادی تولید می کند.

وی پیش از این تحلیل و بررسی گسترده ای از انتشار موتور موشک هیبریدی عرضه کرد که این موتورها مانند یک شمع کار می کند و فرایند سوختن آن شرایطی را بوجود می آورد که برای تولید دوده مطلوب است.

به گفته دالاس کاسابوسکی، تحلیلگر اصلی در موسسه مشاوره فضایی نورثرن اسکای(Northern Sky)، یک پرواز گردشگری فضایی زیرمداری ویرجین گلکتیک که حدود یک ساعت و نیم طول می کشد، می تواند به اندازه یک پرواز ۱۰ ساعته در اقیانوس اطلس آلودگی ایجاد نماید. بعضی از دانشمندان با عنایت به جاه طلبی های ویرجین گلکتیک برای پرواز گردشگران به فضا به میزان چندین مرتبه در روز این مورد را نگران کننده می دانند.

کاسابوسکی می گوید: حتی اگر بازار گردشگری زیرمداری با کسری از تعداد پرتاب ها در مقایسه با بقیه صنعت توریسم راه اندازی شود، هر یک از پروازهای آن سهم بسیار بیشتری دارد و این می تواند مشکل ساز باشد.

البته موشک های ویرجین گالاکتیک تنها مقصر نیستند. ماگی اظهار نمود که تمام موتورهای موشکی که سوخت هیدروکربنی می سوزاند، دوده تولید می کند. موتورهای موشک سوخت جامد مانند موتورهایی 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 زیرمداری 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 موتورهای موشک آلاینده بزرگی نیست و عموما آب همراه با برخی محصولات احتراق جزئی منتشر می کند.

برای کارن روزنلوف، دانشمند ارشد در لابراتوار علوم شیمی در اداره ملی اقیانوسی و جوی ایالات متحده(NOAA)، بزرگترین مشکل این است که موشک ها لایه های بالاتر جو را آلوده می کند؛ استراتوسفر که از ارتفاع حدود ۶.۲ مایلی(۱۰ کیلومتری) آغاز می شود و مزوسفر که از ۳۱ مایل(۵۰ کیلومتری) به سمت بالاست.

روزنلوف اظهار داشت: شما معمولاً آلاینده ها را در مکان هایی که منتشر نمی کنید، منتشر می شود. ما واقعا باید درک نماییم، اگر این موارد را افزایش دهیم، صدمه احتمالی آن چقدر است.

به گفته مارتین راس، دانشمند جوی در شرکت هوافضا که اغلب با روزنلوف همکاری دارد، تابحال تأثیر پرتاب موشک بر جو ناچیز بوده اما فقط به این علت است که راه اندازی چنین موشک هایی زیاد نبوده است.

راس اظهار نمود: میزان سوختی که هم اکنون توسط صنعت فضایی سوزانده می شود، کمتر از یک درصد سوختی است که توسط هوانوردی می سوزد؛ ازاین رو تحقیقات زیادی در این مورد انجام نشده است؛ بنابراین باید در مورد این مورد جزئیات بیشتری را فراگیریم.

کاسابوسکی اظهار داشت: طی دهه آینده پروازهای 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 کمتر از نرخ رشدی است که شرکتهای گردشگری فضایی مانند ویرجین گلکتیک و بلو اوریجین برای خود پیشبینی می کنند.

وی تصریح کرد: تقاضا برای گردشگری زیرمداری بسیار زیاد است. این شرکت ها حدودا مشتریانی دارند و تمایل دارند که این تعداد افزایش یابد. در نهایت آنها می خواهند چندین بار در روز درست مانند هواپیماهای کنونی پرواز کنند.

همچنین انتظار می رود میزان پرتاب موشک هایی که ماهواره ها را به مدار می فرستند هم افزایش یابد اما کاسابوسکی ظرفیت بیشتری برای رشد در گردشگری فضایی می بیند.

کاسابوسکی در ادامه اضافه کرد: این مانند تفاوت بین پرواز باری و مسافربری است؛ مسافران بسیار بیشتری 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 تأثیر قابل اندازه گیری بر آب وهوای سیاره خواهد داشت را ندارد. در چنین زمانی استراتوسفر درحال تغییر است چونکه تعداد موشک های پرتاب شده به صورت پنهانی افزایش می یابد.

راس می گوید: تأثیر این ذرات ساخته شده توسط موشک به خوبی درک نشده است. عدم قطعیت زیاد است و ما باید آنرا محدود و پیشبینی نماییم که چگونه فضا امکان دارد بر جو زمین تأثیر بگذارد.

تاکنون تنها اندازه گیری مستقیم تاثیرات پرتاب موشک بر فرآیندهای شیمیایی در جو از دوران پرتاب شاتل های فضایی است. در دهه ۱۹۹۰ زمانی که جهان برای نجات لایه ازن صدمه دیده دور هم جمع می شد، ناسا لابراتوار 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 اظهار داشت: در دهه ۱۹۹۰ نگرانی های قابل توجهی در مورد کلر موتورهای موشک جامد وجود داشت. کلر عاملی با تأثیر بد برای ازن در استراتوسفر است و مدل هایی وجود داشت که نشان می داد تقلیل لایه ازن با موتورهای موشک جامد بسیار قابل توجه است.

دانشمندان از هواپیمای WB ۵۷ ناسا در ارتفاع بالا برای پرواز از میان ستون های ساخته شده توسط موشک های شاتل فضایی در فلوریدا استفاده کردند. آنان با رسیدن به ارتفاعات تا ۶۰هزار پا(۱۹ کیلومتر) قادر به اندازه گیری واکنش های شیمیایی در استراتوسفر پایینی درست بعد از عبور موشک ها بودند.

دیوید فاهی، مدیر لابراتوار علوم شیمی در اداره ملی اقیانوسی و جوی ایالات متحده و رهبر این تحقیق، اظهار داشت: یکی از سوالات اساسی این بود که چه مقدار کلر در این موتورهای سوخت جامد و به چه شکل ایجاد می شود. ما چندین مرتبه آنرا اندازه گیری و سپس نتایج را تحلیل و بررسی 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، همچنان 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 مرتبه منتشر می شود، موشک ها را بعنوان یک نگرانی بالقوه برای آینده در نظر گرفت. این سازمان خواهان انجام تحقیقات بیشتری در این حوزه شد چونکه انتظار می رود تعداد پرتاب ها افزایش یابد.

تیم روزنلوف با استفاده از ابر رایانه های قدرتمند اداره ملی اقیانوسی و جوی ایالات متحده تاثیرات گسترده تر مواد ساخت بشر را در لایه های بالاتر جو مطالعه می کند. یعنی تأثیر تغییرات جزئی در شیمی هوا در ده ها مایل بالاتر از زمین بر اقلیم و الگوهای آب وهوایی روی زمین را مورد ارزیابی قرار می دهد. برای آنان کربن سیاه یا دوده انتشار یافته 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 آغاز به گرم کردن استراتوسفر، لایه بالای تروپوسفر(نزدیکترین لایه به زمین)، می کنید، حرکت در استراتوسفر را تغییر می دهید. شما درحال تغییر انتقال انرژی هستید و این می تواند در واقع بر آنچه روی زمین اتفاق می افتد، تأثیر بگذارد.

وی تصریح کرد: خیلی از ذرات ساخته شده توسط برخی موشک ها به علت تاثیرات احتمالی که می تواند بر آب وهوای جهانی در زمینه های مختلف داشته باشد، همچون 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 ابر رایانه های قدرتمند اداره ملی اقیانوسی و جوی ایالات متحده برای مدل سازی چیزی که دانشمندان آنرا مداخله اقلیمی می نامند هم استفاده نمود. این گروه به اثرات آب وهوایی ناشی از پراکندگی ذرات دی اکسید گوگرد که به بازتاب نور به دور از زمین، در ترکیب با دوده(که همینطور 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 بالاتر می راند. در ارتفاع بالاتر دی اکسید گوگرد می تواند کار خنک کننده آب وهوا 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 می شود، چه اتفاقی می افتد.

این مطالعه هیچ اثر منفی قابل توجهی بر آب وهوا روی زمین نیافت. با این وجود این نتایج نگرانی روزنلوف در مورد خطرات احتمالی در رابطه با تعداد فزاینده پرتاب موشک را برطرف نمی کند.

وی بیان نمود: میزان کربن سیاه در آزمایش ژئومهندسی که ما انجام دادیم، به اندازه مواد این موشک ها بالا نیست. مشکل این است که هر چه بالاتر بروید، این مواد بیشتر دوام می آورد. هیچیک از این موشک ها ایده آل نیستند چونکه هر کدام از آنها در مکان هایی که هم اکنون گرمایش نداریم، گرمایش تولید می کنند.

به گفته ماگی ذرات دوده ساخته شده توسط موتورهای موشک هیبریدی بسیار کوچک و سبک است. در واقع زمانی که وی و همکارانش تلاش کردند خروجی دوده موتورهای موشک هیبریدی را در لابراتوار اندازه گیری کنند، به علت اندازه کوچک ذرات نتوانستند با اطمینان این کار را با دقت انجام دهند.

وی اظهار نمود: ما توانستیم خروجی ذرات را از موتورهای موشک جامد اندازه گیری نماییم. اندازه آن حدودا یک میکرون است و تعداد زیادی از آن وجود دارد اما به علت بزرگ بودن این ذرات سریعتر به زمین می افتد. در موتورهای موشک هیبریدی ما قادر به جمع آوری دوده نبودیم چونکه اندازه آن چند نانومتر است.

ماگی نگران است این ذرات برای همیشه در استراتوسفر باقی بماند.

او می گوید: اندازه آن به اندازه کربن انتشار یافته از هواپیماهاست و می دانیم که لایه ای از کربن در اتمسفر در سطح پرواز هواپیماها وجود دارد که در آنجا می ماند و به احتمال زیاد ذرات ناشی از موتورهای موشک هم همین کار را می کنند.

تجمع این ذرات در طول سال ها و دهه ها چیزی است که دانشمندان را نگران کرده است. همانطور که بحران آب وهوایی کنونی با افزایش میزان کربن آزاد شده در اتمسفر نسبتا آهسته شروع شد، آلودگی در استراتوسفر امکان دارد تنها چند سال بعد شروع به ایجاد صدمه کند.

روزنلوف اضافه کرد: در بلند مدت تزریق آلاینده ها به استراتوسفر می تواند جریان جت قطبی الگوهای طوفان زمستانی را تغییر دهد یا بر میانگین بارندگی تأثیر بگذارد.

وی اضافه کرد: امکان دارد میزان بارندگی از ۲۵ اینچ(۶۴ سانتی متر) در سال به ۲۰ اینچ(۵۱ سانتی متر) در سال در بعضی مکان ها برسد که شاید آنقدرها هم مهم به نظر نرسد؛ مگر این که کشاورزی باشید که تلاش کنید گندم خویش را همانجا بکارید و یک تغییر کوچک در بارندگی می تواند بر عملکرد محصول شما تأثیر بگذارد.

به همین دلیل فاهی می گوید: خیلی مهم است که کار علمی برای ارزیابی خطرات آینده از الان آغاز شود.

وی تصریح کرد: این شکاف اساسی وجود دارد که ما فقط اعداد را نداریم، به این علت که علم محدود است و این کمبود اطلاعات وجود دارد. ما احساس می نماییم این بخشی از مسئولیت ما در اداره ملی اقیانوسی و جوی ایالات متحده است که تأثیر فعالیتهای انسانی بر استراتوسفر را ارزیابی نماییم. موشک ها منبع اصلی و منحصربه فرد آلودگی استراتوسفر است. همینطور فرکانس پرتاب درحال افزایش و اثرات درحال انباشته شدن است.

هنوز چیزهای زیادی در مورد تأثیر پرتاب موشک و انتشار مجدد گازهای گلخانه ای بر جو وجود دارد؛ بخصوص 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؛ ازاین رو گفتگو در مورد تنظیم اثرات زیست محیطی صنعت پرتاب فضایی باید از الان آغاز شود تا بتوانیم صدمه به لایه ازن استراتوسفر و آب وهوا را به حداقل برسانیم.

منابع

www.ucl.ac.uk/news

www.openaccessgovernment.org

phys.org/news

www.space.com