Masa
krytyczna - to pojęcie z fizyki jądrowej. Upraszczając -wyobraźmy
sobie, że jądra ciężkich pierwiastków przypominają ogromne krople wody.
Napięcie powierzchniowe trzyma kroplę razem, ale wystarczy drobne
zaburzenie, by kropla rozpadła się na dwie mniejsze. Podobnie wygląda
sytuacja z jądrami ciężkich pierwiastków - w typowym scenariuszu takie
jądro, trafione neutronem, poruszającym się z odpowiednią prędkością,
rozpada się na dwa lżejsze jądra, emitując dwa neutrony.
Jeśli
atomów w zebranej masie jest zbyt mało, to te wyemitowane neutrony
opuszczą masę, nie powodując dalszych reakcji. Im więcej atomów, im
większa masa, tym większe prawdopodobieństwo, że wyemitowane neutrony
napotkają inne ciężkie jądra, doprowadzając do ich rozpadu i emisji
kolejnych neutronów, które powodują rozpady kolejnych jąder, i z każdą
chwilą liczba swobodnych neutronów rośnie lawinowo - następuje
błyskawiczny rozpad całej masy i wyzwolenie ogromnej energii. Masę,
wystarczającą do zainicjowania lawinowego rozpadu materiału, nazywamy
właśnie masą krytyczną, a sam proces - reakcją łańcuchową.
No
i okazuje się, że i w astronautyce wisi nad nami niebezpieczeństwo
reakcji łańcuchowej innej natury, ale również niosącej za sobą
katastrofalne skutki.
W
przestrzeni kosmicznej na tak zwanych niskich orbitach okołoziemskich
(LEO - Low Earth Orbits) krąży coraz więcej satelitów. Liczba obiektów
na tych orbitach sięga obecnie ok. 20 tys. Ich prędkości względem Ziemi
wynoszą ok. 7 km/s, czyli ok. 25 tys. km/godz. Teoretycznie jest więc
możliwe, że dwa takie obiekty mogą zderzyć się ze sobą z prędkością
nawet 50 tys. km/godz. Energia takiego zderzenia byłaby ogromna,
doprowadzając do rozpadu obu obiektów na wiele mniejszych, poruszających
się w różnych kierunkach. Przy odpowiednim zagęszczeniu przestrzeni
odłamki takiego zderzenia mogą doprowadzić do kolizji z innymi
satelitami, produkując kolejne odłamki i tak dalej. W tym czarnym
scenariuszu od chwili pierwszego takiego zdarzenia do zniszczenia
okrążających Ziemię satelitów i zamiany ich w chmurę śmieci,
wystarczająco gęstą, by uniemożliwić wynoszenie na wyższe orbity nowych
obiektów, minęłyby raptem godziny.
Problem
został podniesiony po raz pierwszy już w 1960 roku, jeszcze nie w tak
katastrofalnym scenariuszu. Willy Ley, popularyzator nauki, zwrócił
uwagę, że rosnąca liczba śmieci orbitalnych może w przyszłości stać się
problemem, i że zajdzie konieczność ich usuwania. Amerykańskie Dowództwo
Obrony Północnoamerykańskiej Przestrzeni Powietrznej i Kosmicznej
(NORAD - North American Aerospace Defense Command) już w 1957 roku, po
starcie pierwszego sztucznego satelity zaczęło prowadzić bazę obiektów
na orbicie okołoziemskiej. Obejmuje ona nie tylko satelity, ale również
wyniesione na orbitę kolejne stopnie rakiet nośnych czy osłony ładunków.
Już
w latach sześćdziesiątych dwudziestego wieku zaczęto prowadzić w
przestrzeni kosmicznej testy broni, służących do rażenia i niszczenia
wrogich satelitów, i tak do bazy obiektów NORAD dołączyły śmieci po
rozwalonych satelitach.
Scenariusz
lawinowego rozpadu satelitów na niskich orbitach został po raz pierwszy
opisany w 1978 roku przez dwóch naukowców z NASA, Donalda Kesslera i
Burtona Cour-Palais, i jest nazywany syndromem Kesslera.
Część
obiektów, których perygeum, a więc punkt orbity, leżący najbliżej
Ziemi, leży nisko, spłonie z czasem w atmosferze ziemskiej. Dla obiektów
o wyższych perygeach czas potrzebny do spontanicznej deorbitacji może
trwać już wiele lat czy wieków.
Niedawno
na arxiv.org (https://arxiv.org/abs/2512.09643) ukazał się artykuł
naukowy, analizujący zagrożenia związane ze zbliżeniami obiektów
kosmicznych i proponujący wprowadzenie miary zagrożenia - zegara CRASH
(Collision Realization and Significant Harm) jako wynikającego z
rachunku prawdopodobieństwa średniego okresu pomiędzy przypadkowymi
zderzeniami, jeśli nie interweniowałby czynnik ludzki. W 2018 roku ten
okres wynosił 121 dni. Obecnie skrócił się do 2.8 dnia.
Podobnie
jak w przypadku klimatu na Ziemi, przyszłość zależy od
odpowiedzialności ludzkości jako całości. Nie ma obecnie prawa, które
nakazywałoby takie projektowanie misji kosmicznych na niskie orbity,
żeby satelity po zakończeniu misji ulegały kontrolowanej deorbitacji. Od
czasu do czasu dochodzi do zdarzeń, sugerujących "gorące" testowanie
broni antysatelitarnych, produkujących kolejne śmieci orbitalne.
Spadające ceny wynoszenia ładunków w kosmos i komercjalizacja
przestrzeni powoduje gwałtowny wzrost liczby obiektów orbitalnych i
wzrost prawdopodobieństwa ziszczenia się opisanego scenariusza. Może być
tak, że niedługo na skutek własnej bezmyślności odetniemy się na
dłuższy czas od możliwości lotów kosmicznych.