มลพิษจากดาวเทียมตกสู่โลก: ต้นทุนสิ่งแวดล้อมที่ซ่อนเร้นของกลุ่มดาวเทียมขนาดยักษ์

ชุมชนเทคโนโลยีกำลังถกเถียงกันอย่างร้อนแรงเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อดาวเทียมตกกลับสู่โลก ด้วยการที่ SpaceX ทำให้ดาวเทียม Starlink หนึ่งหรือสองดวงตกออกจากวงโคจรในแต่ละวัน คำถามเกี่ยวกับผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการเผาไหม้ยานอวกาศในชั้นบรรยากาศของเราจึงเกิดขึ้น ขณะที่อุตสาหกรรมอวกาศมุ่งความสนใจไปที่การหลีกเลี่ยงการชนกันในวงโคจร นักวิทยาศาสตร์และผู้แสดงความคิดเห็นออนไลน์กำลังกังวลเกี่ยวกับมลพิษในอีกรูปแบบหนึ่ง ซึ่งอาจส่งผลต่อชั้นบรรยากาศของโลกในแบบที่เราเพิ่งจะเริ่มเข้าใจ

คำถามเรื่องอลูมิเนียม: ดาวเทียม vs อุกกาบาต

ประเด็นหลักในการอภิปรายมุ่งเน้นไปที่ว่ามลพิษจากการตกกลับของดาวเทียมเป็นภัยคุกคามต่อสิ่งแวดล้อมที่สำคัญหรือไม่ ผู้แสดงความคิดเห็นบางส่วนชี้ให้เห็นว่าชั้นบรรยากาศของโลกโดยธรรมชาติแล้วจัดการกับวัสดุนอกโลกประมาณ 100 ตันทุกวัน ส่วนใหญ่มาจากอุกกาบาต เมื่อพิจารณาว่าดาวเทียม Starlink รุ่น V2 mini แต่ละดวงมีน้ำหนักประมาณ 800 กิโลกรัม ข้อโต้แย้งนี้ชี้ให้เห็นว่ามันเป็นภาระเพิ่มเติมเพียงเล็กน้อย

อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างขององค์ประกอบมีความสำคัญอย่างมาก ในขณะที่เศษซากจากอวกาศตามธรรมชาติมีอลูมิเนียมน้อยกว่า 1% แต่ดาวเทียมส่วนใหญ่ทำจากอลูมิเนียมเป็นหลัก ความแตกต่างนี้มีความสำคัญเพราะละอองลอยอลูมิเนียมในชั้นบรรยากาศชั้นบนอาจก่อให้เกิดปฏิกิริยาเคมีที่ส่งผลต่อชั้นโอโซน ดังที่ผู้แสดงความคิดเห็นคนหนึ่งระบุไว้ การวิจัยชี้ให้เห็นว่าการตกกลับของดาวเทียมในปี 2022 ทำให้ปริมาณอลูมิเนียมในชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้น 29.5% เมื่อเทียบกับระดับตามธรรมชาติ

ความแตกต่างที่สำคัญอย่างหนึ่งคือดาวเทียมมีอลูมิเนียมจำนวนมาก ซึ่งเป็นธาตุเบา ในขณะที่อุกกาบาตมีน้อย จากที่ฉันเคยเห็นมาประมาณการว่าปริมาณอลูมิเนียมในชั้นบรรยากาศชั้นบนจะถูกครอบงำโดยการตายของดาวเทียม

การเปรียบเทียบอะลูมิเนียมในชั้นบรรยากาศ

• อะลูมิเนียมจากอุกกาบาตตามธรรมชาติ: ประมาณ 141 ตันต่อปี
• อะลูมิเนียมจากดาวเทียม (ปี 2022): เพิ่มขึ้น 29.5% เมื่อเทียบกับระดับตามธรรมชาติ
• การปล่อยอะลูมิเนียมจากดาวเทียม (ปี 2022): ประมาณ 17 เมตริกตันของอะลูมิเนียมออกไซด์
• การสูญเสียจากการหลอมอะลูมิเนียมในอุตสาหกรรม: ระเหยสูญไปถึง 565,000 ตันต่อปี (เข้าสู่ชั้นบรรยากาศชั้นล่าง)

Kessler Syndrome กับ มลพิษในชั้นบรรยากาศ

การสนทนาเผยให้เห็นถึงความตึงเครียดที่น่าสนใจระหว่างความกังวลด้านสิ่งแวดล้อมสองประการในอวกาศ ขณะที่บทความต้นฉบับมุ่งเน้นไปที่ Kessler syndrome — สถานการณ์การชนกันแบบลูกโซ่ที่อาจทำให้วงโคจรใช้การไม่ได้ — ผู้แสดงความคิดเห็นกำลังตั้งคำถามว่ามลพิษในชั้นบรรยากาศอาจเป็นภัยคุกคามที่เร่งด่วนมากกว่าหรือไม่ ดาวเทียม Starlink ทำงานที่ระดับต่ำกว่า 600 กิโลเมตร ซึ่งแรงลากของบรรยากาศจะทำให้มันตกออกจากวงโคจรตามธรรมชาติภายในไม่กี่ปี ทำให้มันกังวลเรื่องขยะอวกาศในระยะยาวน้อยกว่าดาวเทียมที่อยู่ในระดับความสูงที่มากกว่า

กลุ่มดาวเทียมที่จีนเสนอไว้ที่สูงกว่า 1,000 กิโลเมตร ก่อให้เกิดความกังวลเป็นพิเศษในการอภิปราย เนื่องจากเศษซากที่ความสูงเหล่านั้นสามารถคงอยู่ได้นานหลายศตวรรษ สิ่งนี้เน้นย้ำว่ากลุ่มดาวเทียมที่แตกต่างกันก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อสิ่งแวดล้อมที่แตกต่างกัน — บางส่วนคุกคามความยั่งยืนของวงโคจร บางส่วนอาจส่งผลต่อเคมีของบรรยากาศ

ความกังวลเรื่องระดับความสูงของวงโคจร

• ระดับความสูงของ Starlink: ต่ำกว่า 600 กิโลเมตร (สามารถตกกลับสู่ชั้นบรรยากาศเองภายในไม่กี่ปี)
• แผนกลุ่มดาวเทียมของจีน: สูงกว่า 1,000 กิโลเมตร (เศษซากคงอยู่นานหลายศตวรรษ)
• โซนเสี่ยงต่อปรากฏการณ์ Kessler syndrome: ช่วงระหว่าง 600-1,000 กิโลเมตร

ขนาดของปัญหา

การวิเคราะห์จากชุมชนชี้ให้เห็นว่ามาตรฐานทางเศรษฐกิจของการเปลี่ยนแทนดาวเทียมนั้นบริษัทอย่าง SpaceX สามารถจัดการได้ ด้วยรายได้ต่อปีโดยประมาณประมาณ 12 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ จากลูกค้าประมาณ 10 ล้านคน ต้นทุนในการส่งดาวเทียมแทนที่ขึ้นสู่วงโคจรดูเหมือนจะยั่งยืน การปล่อยจรวด Falcon 9 แต่ละครั้งซึ่งบรรทุกดาวเทียมได้ 60 ดวง มีค่าใช้จ่ายประมาณ 15 ล้านดอลลาร์สหรัฐ ซึ่งเป็นส่วนเล็กน้อยของกำไรที่อาจเกิดขึ้นได้

สิ่งที่ทำให้ผู้สังเกตการณ์กังวลคือขนาดที่คาดการณ์ไว้ เมื่อหลายบริษัทติดตั้งกลุ่มดาวเทียมขนาดยักษ์ตามแผนที่วางไว้ เราอาจเห็นดาวเทียมหลายสิบดวงตกกลับสู่โลกในแต่ละวัน การทดลองที่ควบคุมไม่ได้ของการใช้ชั้นบรรยากาศชั้นบนของเราเป็นเตาเผาสำหรับยานอวกาศ ทำให้นักวิทยาศาสตร์กังวล ซึ่งนึกถึงว่าภัยคุกคามต่อสิ่งแวดล้อมในอดีต เช่น สาร CFC และชั้นโอโซน ถูกตระหนักรู้หลังจากเกิดความเสียหายอย่างมีนัยสำคัญแล้ว

ขนาดของการนำดาวเทียมกลับสู่ชั้นบรรยากาศ

• อัตราปัจจุบัน: 1-2 ดาวเทียม Starlink ต่อวัน
• อัตราที่คาดการณ์เมื่อมีกลุ่มดาวเทียมครบทั้งหมด: ประมาณ 5 ดาวเทียมต่อวัน
• มวลของ Starlink V2 Mini: ประมาณ 800 กิโลกรัมต่อดวง
• การตกลงมาของอุกกาบาตตามธรรมชาติ: ประมาณ 100 ตันต่อวัน

ช่องว่างการวิจัย

บางทีแง่มุมที่น่ากังวลที่สุดที่เกิดขึ้นจากการอภิปรายคือการขาดการวิจัยที่ชัดเจน ผู้แสดงความคิดเห็นระบุว่าการศึกษาที่มีอยู่เกี่ยวกับผลกระทบต่อบรรยากาศมีตั้งแต่ เรื่องนี้เล็กเกินไปที่จะเป็นปัญหา ไปจนถึง เราพังกันไปแล้ว ความไม่แน่นอนในตัวเองก็น่าตกใจแล้ว โดยนักวิทยาศาสตร์เรียกร้องให้มีการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับว่าละอองลอยโลหะอาจส่งผลต่อรูปแบบสภาพอากาศ เคมีของโอโซน และองค์ประกอบของบรรยากาศอย่างไร

การเปรียบเทียบกับการปล่อยมลพิษจากการถลุงอลูมิเนียม — ซึ่งอลูมิเนียมหลายแสนตันจะถูกทำให้ระเหยในแต่ละปี — ให้มุมมองบางอย่าง อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างที่สำคัญอยู่ที่ระดับความสูง: การปล่อยมลพิษจากอุตสาหกรรมเข้าสู่ชั้นบรรยากาศระดับล่าง ในขณะที่เศษซากจากดาวเทียมกระจายตัวโดยตรงเข้าสู่สตราโตสเฟียร์ ซึ่งผลกระทบของมันถูกเข้าใจน้อยกว่าและอาจคงอยู่นานกว่า

การอภิปรายยังคงดำเนินต่อไปในขณะที่อุตสาหกรรมอวกาศขยายตัว โดยสมาชิกในชุมชนเรียกร้องให้มีการประเมินผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่ดีขึ้น และอาจรวมถึงวัสดุทางเลือกสำหรับดาวเทียมในอนาคต ดังที่ผู้แสดงความคิดเห็นคนหนึ่งกล่าวไว้อย่างรวบรัด ความไม่แน่นอนมีมากพอที่เราอาจกำลังทำลายชั้นบรรยากาศชั้นบนอยู่แล้วโดยไม่เข้าใจผลที่ตามได้อย่างถ่องแท้

อ้างอิง: Starlink is burning up one or two satellites a day in Earth's atmosphere