Впервые в истории ученые непосредственно зафиксировали образование облака химических загрязнений в процессе сгорания космического мусора в атмосфере Земли. Полученные данные позволили почти в реальном времени отследить распространение веществ, высвобожденных при входе обломков ракеты в атмосферу, и предоставили новую информацию о воздействии космической деятельности на экологию нашей планеты.

20 февраля 2025 года были проведены измерения после того, как верхняя ступень ракеты Falcon 9 покинула орбиту. При входе в атмосферу над Европой аппарат разрушился, и его обломки упали на территорию Польши. Специалисты из института Leibniz Institute of Atmospheric Physics применили лидар для дистанционного анализа состава воздуха и выявили аномально высокую концентрацию лития в верхних слоях атмосферы.

Как сообщил руководитель исследования Робин Уинг, ученые немедленно приступили к наблюдениям, получив информацию о ярком болиде, пролетевшем над Европой. Результаты анализа указали на десятикратное увеличение концентрации лития на высоте около 96 километров – в районе, где происходило основное разрушение ступени ракеты. Облако загрязнения за двадцать часов было перемещено воздушными потоками из-под Ирландии в район Германии.

Для установления источника выброса применили модель глобальной циркуляции атмосферы, созданную Европейским центром среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF). Полученные данные продемонстрировали соответствие траектории облака маршруту падения ракеты и времени возникновения.

Учёные сосредоточили своё внимание на литии, так как в естественной среде его концентрация крайне низка. По имеющимся данным, с метеоритами на Землю ежесуточно попадает приблизительно 80 граммов лития. Для сопоставления, одна ракета Falcon 9 может содержать до 30 килограммов этого вещества – в составе алюминиево-литиевых сплавов, используемых для корпуса и аккумуляторов. В связи с этим литий стал удобным индикатором загрязнения, связанного с деятельностью человека.

Вопрос утилизации космического мусора приобретает всё большую значимость. За последнее десятилетие количество спутников и ступеней ракет на орбите значительно увеличилось. По информации Европейского космического агентства (ESA), ежедневно в атмосферу Земли возвращаются свыше трёх объектов — от вышедших из эксплуатации спутников до обломков ракет. В общей сложности ежегодно сгорает несколько сотен тонн.

Несмотря на то, что общая масса космического мусора пока меньше массы природных метеоритов, его химический состав существенно отличается. При сгорании аппаратов в атмосфере высвобождаются вещества, которые редко встречаются в естественной среде. Специалисты обеспокоены тем, что эти выбросы способны ускорить разрушение озонового слоя и повлиять на тепловое равновесие Земли.

Изначально наибольшую тревогу вызывала проблема с алюминием, являющимся основным материалом для корпусов спутников и ракет. Его быстрое окисление при сгорании и образование оксида алюминия могут приводить к разрушению озонового слоя и изменять отражение солнечного света. Однако надежно зафиксировать алюминий – задача сложная: он начинает реагировать с кислородом уже через доли микросекунды после испарения.

Влияние лития на процессы, происходящие в атмосфере, остается недостаточно исследованным. Новые данные свидетельствуют о том, что этот элемент может оказывать более существенное воздействие, чем предполагалось ранее. Специалисты отмечают, что для точной оценки влияния космического мусора на климат необходимы непосредственные измерения.

Авторы работы полагают, что полученные результаты указывают на перспективное направление в изучении влияния космической деятельности. С увеличением орбитальной инфраструктуры количество объектов, покидающих орбиту, будет возрастать, что, соответственно, приведёт к увеличению объёмов техногенных выбросов в атмосферу. Теперь у исследователей имеется возможность изучать эти процессы непосредственно.

В перспективе команда намерена расширить мониторинг и изучать подобные явления в различных географических областях. Это позволит оценить потенциальную опасность, которую представляет собой масштабное возвращение спутников и ракет в атмосферу в ближайшие десятилетия.