Falcon 9 spłonął nad Europą. W atmosferze został kosmiczny smog
Gdy górny stopień rakiety Falcon 9 spadał nad Europą, większość z nas widziała w najlepszym razie efektowną kulę ognia na nocnym niebie. Niewidoczny gołym okiem finał był jednak znacznie ciekawszy. W górnej atmosferze pojawił się wyraźny ślad metalu pochodzącego z konstrukcji rakiety.
19 lutego 2025 r. górny stopień Falcona 9 po wykonaniu swojej pracy w kosmosie wrócił w niekontrolowany sposób w atmosferę nad Europą. Na nagraniach widać było jasny ślad, który rozpadł się na kilka fragmentów. To klasyczne widowisko znane z wejścia w atmosferę dużego obiektu.
Ta historia ma jednak drugą, mroczniejszą warstwę. Trajektoria spadającego stopnia przechodziła w pobliżu stacji pomiarowej w Saksonii wyposażonej w lidar, czyli laserowy system do badania składu i struktury górnych warstw atmosfery. Zespół fizyków atmosfery ustawił instrument tak, by złapać ewentualne ślady po przelocie metalowego kolosa. Ryzyko było spore, bo okno obserwacji jest krótkie, a takie zjawiska są trudne do przewidzenia. Tym razem się udało.
Około 20 godzin po wejściu Falcona 9 w atmosferę nad Niemcami pojawił się sygnał, którego wcześniej w tym rejonie praktycznie nie notowano. Było to pasmo zwiększonego stężenia litu na wysokości mniej więcej 94-97 km, czyli w górnej mezosferze i dolnej termosferze. Koncentracja atomów tego pierwiastka skoczyła mniej więcej 10-krotnie względem tła. Rakieta zostawiła więc po sobie chemiczny podpis.
Jak laserowy radar widział metal 100 km nad Ziemią?
Lidar działa podobnie jak radar, tylko zamiast fal radiowych wykorzystuje światło lasera. Krótki impuls wysyłany jest w górę, a system czeka na odpowiedź w postaci bardzo słabych fotonów, odbitych, rozproszonych lub wzbudzonych przez atomy i cząsteczki w atmosferze. Z opóźnienia i charakteru takiego sygnału można wyliczyć, co dokładnie dzieje się na określonej wysokości.
W tym konkretnym eksperymencie użyto specjalnej konfiguracji lidaru czułej na lit. To pierwiastek wykorzystywany w stopach aluminium w przemyśle kosmicznym, więc jest doskonałym znacznikiem zanieczyszczeń pochodzących z rakiet i satelitów. Naturalnie występuje w górnej atmosferze w śladowych ilościach, głównie jako składnik kosmicznego pyłu, który codziennie spala się nad naszymi głowami.
Gdy przez badany obszar przeszła chmura gazu powstałego z rozgrzanych fragmentów rakiety, atomy litu zaczęły odpowiadać na impuls lasera dużo silniej niż zwykle. W danych pojawił się wyraźny grzebień: wąska, pozioma struktura o dużo większym stężeniu litu niż tło. Naukowcy śledzili ją przez kilkadziesiąt minut, zanim rozmyła się w strumieniu powietrza.
Lit jako sygnatura kosmicznego złomu
Dlaczego jest tu tak ważny akurat lit? Ano dlatego, że jest niezwykle charakterystyczny. W naturalnej atmosferze można powiedzieć, że to pierwiastek wręcz egzotyczny, więc każdy większy wzrost stężenia po prostu rażąco rzuca się w oczy. Jest on także powszechnie używany w nowoczesnych stopach aluminium w przemyśle lotniczym i kosmicznym. Oznacza to, że jeśli w mezosferze nagle pojawia się dużo litu, prawdopodobnie mamy do czynienia ze śladem po sprzęcie zbudowanym przez człowieka, a nie po zwykłym pyle kosmicznym.
Dotychczasowe analizy sugerowały już, że wkład metali z rakiet, satelitów i innych śmieci wracających z orbity w przypadku części pierwiastków przewyższa to, co dostarcza kosmiczny pył. Mówimy o aluminium, miedzi, ołowiu czy właśnie licie. Nowa detekcja pokazuje, że te metale naprawdę budują w górnej atmosferze nową, antropogeniczną warstwę.
Dla fizyków atmosfery lit działa tu jak migająca lampka. Skoro można go tak wyraźnie wykryć po jednym powrocie rakiety, to przy rosnącej liczbie startów i deorbitacji powinniśmy zakładać, że podobnych plam będzie w najbliższych latach coraz więcej.
Tysiace startów, setki tysięcy powrotów
Jedna smuga litu po Falconie 9 nie zrobi rewolucji w chemii atmosfery. Problem w tym, że rakiet, satelitów i górnych stopni będzie coraz więcej. Konstelacje internetowe, prywatne misje orbitalne, testy wojskowe, stare satelity schodzące z orbity po dekadach pracy – każdy taki obiekt kończy w podobny sposób: wraca, rozpada się, oddaje metale w gęstsze warstwy nieba.
Dotychczas dyskusja skupiała się głównie na ryzyku zderzeń na orbicie oraz na zagrożeniu, że większe fragmenty spadną na Ziemię. Nowe wyniki przesuwają uwagę znacznie wyżej, w okolice 100 km nad powierzchnią – tam, gdzie oko przeciętnego obserwatora już nic nie widzi, ale instrumenty naukowców rejestrują coraz wyraźniejszy ślad po naszej aktywności.
Przeczytaj także:
Co dalej? Grupa badawcza pod kierownictwem Robina Winga z Instytutu Atmosfery im. Leibniza w Kuhlungsborn podkreśla, że pojedynczy pomiar to tak naprawdę dopiero początek. Potrzebne są sieci lidarów, dłuższe serie obserwacji i łączenie danych z różnych instrumentów: od radarów po satelity monitorujące świecące nocne chmury czy górne warstwy ozonu. Właśnie po to są potrzebne kolejne pomiary – by sprawdzić, czy dodatkowe metale w atmosferze można traktować jako coś niecodziennego, czy jako element współkształtujący pogodę i klimat.
