Kosmiczne śmieci - zagrożenie dla cywilizacji

 

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.