صنعت گردشگری فضایی ممکن است ترمیم لایه محافظ ازون را خنثی کند

ایسنا/ براساس آخرین خبرهای بدست آمده، صنعت گردشگری فضایی ممکن است ترمیم لایه محافظ ازون را خنثی کند.

زمانی که میلیاردرهایی مانند ریچارد برانسون و جف بزوس سوار بر وسایل نقلیه گردشگری زیرمداری 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 پروازها که پس از سالها تاخیر و علی رغم شکست های قابل توجه بدست آمد، آغاز بالقوه دوره ای بود که مدتها در انتظار آن بودیم؛ یعنی اینکه موشک ها را در لایه های فوقانی نسبتا بکر جو بسیار بیشتر از امروز مشاهده کنیم.

براساس 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 ازون 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 2019 و تاثیر سناریوهای گردشگری فضایی پیش بینی شده میلیاردرهای مشهور کنونی استفاده کردند.

این گروه دریافت که ذرات کربن سیاه (دوده) ساطع شده توسط موشک ها تقریبا 500 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 در حال حاضر نابودی کل ازون به دلیل فعالیت موشک ها اندک است اما روندهای رشد فعلی در گردشگری فضایی نشان دهنده ظرفیت تخریب لایه ازون بالایی استراتوسفر در قطب شمال در بهار است؛ به این دلیل که آلاینده های موشک های سوخت جامد گرمایش مجدد فضاپیماهای بازگشتی و زباله ها بویژه برای ازون استراتوسفر مضر است.

دکتر الویز مارایس، یکی از محققان این تحقیق گفت: پرتاب موشک بطور 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 و هوایی بسیار بیشتری نسبت به هواپیماها و دیگر منابع زمینی دارد؛ بنابراین برای تاثیر مشابه نیازی به پرتاب موشک به اندازه پروازهای بین المللی نیست. آنچه 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 103 پرتاب موشک در سال 2019 از سراسر جهان و همچنین داده هایی در مورد موشک های قابل استفاده مجدد و ورود مجدد زباله های فضایی جمع آوری کردند.

آنان همچنین 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 ازون بررسی شود.

این گروه نشان داد گرمایش حاصل از فعالیت یک دهه موشک های معاصر با سوخت نفت سفید به میزان 3.9 مگاوات متر مربع است؛ در صورتی که این میزان بیش از 2 برابر (7.9 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 پیرامون اینکه صنعت گردشگری فضایی ممکن است ترمیم لایه محافظ ازون را خنثی کند، می گویند این موضوع نگرانی خاصی ایجاد کرده، زیرا وقتی ذرات دوده مستقیما به اتمسفر فوقانی تزریق می شود، تاثیر بسیار بیشتری (یعنی به میزان 500 برابر کارآمدتر 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 ازون استراتوسفر تهدیدی برای تضعیف بهبود تجربه شده پس از اجرای موفقیت آمیز پروتکل مونترال است.

پروتکل مونترال در سال 1987 به تصویب رسید و برای ممنوعیت جهانی موادی است که لایه ازون 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 پیرامون اینکه صنعت گردشگری فضایی ممکن است ترمیم لایه محافظ ازون را خنثی کند، گفت: تنها بخشی از اتمسفر که بازیابی ازون قوی پس از پروتکل مونترال را نشان می دهد، استراتوسفر فوقانی است و دقیقا همان جایی است که تاثیر انتشار موشک ها شدیدترین ضربه را وارد می کند. ما انتظار نداشتیم که چنین تغییرات عظیمی را ببینیم که پیشرفت بازیابی ازون را تهدید می کند.

پروازهای اسپیس شیپ تو (SpaceShipTwo) وسیله نقلیه فضایی ویرجین گلکتیک برانسون توسط یک موتور هیبریدی نیرو میگیرد که لاستیک را می سوزاند و ابری از دوده را پشت سر میگذارد.

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: موتورهای 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 موتورها 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 زیرمداری ویرجین گلکتیک که حدود یک ساعت و نیم طول میکشد، می تواند به اندازه یک پرواز 10 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 پروازهای آن سهم بسیار بیشتری دارد و این می تواند مشکل ساز باشد.

البته موشک های ویرجین گالاکتیک تنها مقصر نیستند. ماگی اظهار کرد 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 میشد، ترکیبات فلزی را می سوزاند و ذرات اکسید آلومینیوم را همراه با اسید هیدروکلریک منتشر می کند که هر 2 اثر مخربی بر جو دارند.

از طرف دیگر موتور BE-3 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-3 در مقایسه با سایر موتورهای 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)، بزرگترین مشکل این است که موشک ها لایه های بالاتر جو را آلوده می کند؛ استراتوسفر که از ارتفاع حدود 6.2 مایلی (10 کیلومتری) شروع می شود و مزوسفر که از 31 مایل (50 کیلومتری) به سمت بالاست.

روزنلوف گفت: شما معمولا آلاینده ها را در مکانهایی 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 راه اندازی چنین موشک هایی زیاد نبوده است.

راس اظهار کرد: میزان سوختی که در حال حاضر توسط صنعت فضایی سوزانده می شود، کمتر 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 بیشتری را فراگیریم.

کاسابوسکی گفت: طی دهه آینده پروازهای گردشگری سر به فلک می کشد و شاید این تعداد از 10 پرواز سالانه در آینده نزدیک به 360 پرواز در سال تا سال 2030 افزایش یابد. این تخمین هنوز بسیار کمتر 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 زیرمداری بسیار زیاد است. این شرکت ها تقریبا 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 نیز افزایش یابد اما کاسابوسکی ظرفیت بیشتری برای رشد در گردشگری فضایی می بیند.

کاسابوسکی در ادامه افزود: 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 اینکه 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 بطور 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 فرآیندهای شیمیایی در جو از دوران پرتاب شاتل های فضایی است. در دهه 1990 زمانی که جهان برای نجات لایه ازون آسیب دیده دور هم جمع میشد، 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 ازون در استراتوسفر پرداخت.

راس گفت: در دهه 1990 نگرانی های قابل توجهی در مورد کلر موتورهای موشک جامد وجود داشت. کلر عاملی با تاثیر بد برای ازون در استراتوسفر است و مدل هایی وجود داشت که نشان می داد تقلیل لایه ازون با موتورهای موشک جامد بسیار قابل توجه است.

دانشمندان از هواپیمای WB 57 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 60هزار پا (19 کیلومتر) 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 موتورهای 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 ازون را تخریب کند.

شاتل فضایی 10 سال پیش بازنشسته شد اما موشک هایی که مواد مخرب ازون تولید می کند، همچنان انسان ها و ماهواره ها را به فضا می فرستد.

در واقع در سال 2018 سازمان جهانی هواشناسی در آخرین ارزیابی علمی خود از تخریب لایه ازون که هر چهار سال یکبار منتشر می شود، موشک ها را به عنوان یک نگرانی بالقوه برای آینده در نظر گرفت. این سازمان خواستار انجام تحقیقات بیشتری 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 بالاتر جو مطالعه می کند. یعنی تاثیر تغییرات جزئی در شیمی هوا در ده ها مایل بالاتر از زمین بر اقلیم و الگوهای 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 (نزدیکترین لایه به زمین)، می کنید، حرکت در استراتوسفر را تغییر می دهید. شما در حال تغییر انتقال انرژی هستید و این می تواند در واقع بر آنچه روی زمین اتفاق می افتد، تاثیر بگذارد.

وی خاطرنشان 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 همچنین بخشی از انتشار موشک است) در استراتوسفر پایینی رخ می دهد، علاقمند 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 و هوا را آغاز کند. این آزمایش مدل سازی کرد که وقتی 1.1 میلیون تن دی اکسید گوگرد منعکس کننده نور خورشید مخلوط با 11 هزار تن کربن سیاه در تروپوسفر فوقانی توسط هواپیما طی یک دوره 10 روزه آزاد می شود، 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 بالاتر بروید، این مواد بیشتر دوام می آورد. هیچیک از این موشک ها ایده آل نیستند، زیرا هر کدام از آنها در مکان هایی که در حال حاضر گرمایش نداریم، گرمایش تولید می کنند.

به گفته ماگی ذرات دوده تولید شده توسط موتورهای موشک هیبریدی بسیار کوچک و سبک است. در واقع زمانی که وی و همکارانش سعی کردند خروجی دوده موتورهای موشک هیبریدی را در آزمایشگاه اندازه گیری 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 موتورهای 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 سریعتر به زمین می افتد. در موتورهای 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 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 نیز همین کار را می کنند.

تجمع این ذرات در طول سالها و دهه ها چیزی است که دانشمندان را نگران کرده است. همانطور 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 درازمدت تزریق آلاینده ها به استراتوسفر می تواند جریان جت قطبی الگوهای طوفان زمستانی را تغییر دهد یا بر میانگین بارندگی تاثیر بگذارد.

وی افزود: ممکن است میزان بارندگی از 25 اینچ (64 سانتی متر) در سال به 20 اینچ (51 سانتی متر) در سال در برخی مکان ها برسد که شاید آنقدرها هم مهم به نظر نرسد؛ مگر اینکه کشاورزی باشید که سعی کنید گندم خود را همانجا بکارید و یک تغییر کوچک در بارندگی می تواند بر عملکرد محصول شما تاثیر بگذارد.

به همین دلیل فاهی می گوید: بسیار مهم است که کار علمی برای ارزیابی خطرات آینده از هم اکنون 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. موشک ها منبع اصلی و منحصر بفرد آلودگی استراتوسفر است. همچنین فرکانس پرتاب در حال افزایش و اثرات در حال انباشته شدن است.

هنوز چیزهای زیادی در مورد تاثیر پرتاب موشک و انتشار مجدد گازهای گلخانه ای بر جو وجود دارد؛ بویژه 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 ازون استراتوسفر و آب و هوا را به حداقل برسانیم.