Một cuộc rượt đuổi bằng máy bay đầy kịch tính đối với một tàu vũ trụ đang rơi đã cung cấp những hiểu biết mới về các quá trình bốc cháy đi kèm với sự sụp đổ của khí quyển của các vệ tinh đã nghỉ hưu. Các phép đo sẽ giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cách ô nhiễm không khí từ vệ tinh ảnh hưởng đến bầu khí quyển của Trái đất.
Vào đầu tháng 9 năm ngoái, một nhóm các nhà khoa học châu Âu đã lên một chiếc máy bay phản lực thương mại thuê trên Đảo Phục Sinh để theo dõi sự tái nhập khí quyển của Salsa, một trong bốn vệ tinh Cluster giống hệt nhau của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA). Máy bay được trang bị 26 camera để ghi lại sự kiện xảy ra trong thời gian ngắn ở các bước sóng ánh sáng khác nhau.
Những kết quả đầu tiên từ chiến dịch quan sát độc đáo này đã được công bố vào đầu tháng 4 tại Hội nghị châu Âu về mảnh vỡ không gian tại Bonn, Đức.
Vệ tinh bốc cháy, một sự kiện giống như thiên thạch kéo dài chưa đầy 50 giây, diễn ra phía trên Thái Bình Dương ngay trước buổi trưa giờ địa phương ngày 8 tháng 9 năm 2024. Ánh sáng ban ngày chói chang làm phức tạp các quan sát và ngăn cản việc sử dụng các thiết bị mạnh hơn, vốn có thể cung cấp các góc nhìn chi tiết hơn. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đã xoay sở để có được những hiểu biết mới về quá trình đốt cháy vệ tinh, một điều ít được hiểu và khó nghiên cứu.
"Sự kiện này khá mờ nhạt, mờ nhạt hơn chúng tôi mong đợi", Stefan Löhle, một nhà nghiên cứu tại Viện Hệ thống Không gian thuộc Đại học Stuttgart ở Đức, nói với Space.com. "Chúng tôi nghĩ rằng điều đó có thể có nghĩa là sự phân rã của vệ tinh tạo ra các mảnh vỡ chậm hơn nhiều so với vật thể chính và tạo ra ít bức xạ hơn."
Sau sự phân rã ban đầu ở độ cao khoảng 50 dặm (80 km), các nhà nghiên cứu đã có thể ghi lại sự phân mảnh trong khoảng 25 giây. Họ đã mất dấu vết của vệt mờ dần của các mảnh vỡ ở độ cao khoảng 25 dặm (40 km). Sử dụng các bộ lọc có màu khác nhau, nhóm nghiên cứu đã có thể phát hiện ra sự giải phóng các hợp chất hóa học khác nhau trong quá trình đốt cháy, điều này cung cấp gợi ý về bản chất của ô nhiễm không khí phát sinh trong quá trình đốt cháy vệ tinh
"Chúng tôi đã phát hiện ra lithium, kali và nhôm", Löhle cho biết. "Nhưng ở giai đoạn này, chúng tôi không biết có bao nhiêu trong số đó sẽ đi vào khí quyển dưới dạng ô nhiễm không khí lâu dài và bao nhiêu rơi xuống Trái đất dưới dạng các giọt nhỏ."
Sự tái nhập của vệ tinh là mối quan tâm ngày càng tăng đối với cộng đồng khoa học khí quyển toàn cầu. Vệ tinh được làm bằng nhôm, quá trình đốt cháy nhôm tạo ra oxit nhôm, còn được gọi là alumina. Các nhà khoa học biết rằng alumina có thể gây ra sự suy giảm tầng ôzôn và làm thay đổi khả năng phản xạ ánh sáng mặt trời của Trái đất, từ đó có thể làm thay đổi sự cân bằng nhiệt của khí quyển.
Với sự gia tăng các vụ phóng vệ tinh, nhiều vệ tinh hơn đang rơi trở lại Trái đất. Bất kỳ sản phẩm phụ nào phát sinh trong quá trình đốt cháy khí quyển có khả năng sẽ tiếp tục tích tụ ở trên cao Trái đất trong những năm tới. Tuy nhiên, tác động của ô nhiễm không khí do vệ tinh này vẫn chưa được hiểu rõ. Độ cao mà vệ tinh phân rã quá cao để khinh khí cầu khí tượng có thể với tới nhưng lại quá thấp để vệ tinh có thể lấy mẫu.
Các cuộc rượt đuổi bằng máy bay, chẳng hạn như cuộc rượt đuổi theo dấu vết của Cluster Salsa khi tái nhập vào năm ngoái, mang lại cơ hội tốt nhất để thu thập dữ liệu chính xác về các quá trình hóa học diễn ra trong các sự kiện đó. Tuy nhiên, các chiến dịch như vậy khá tốn kém và khó thực hiện. Cho đến nay, chỉ có năm lần tái nhập vào của tàu vũ trụ được theo dõi từ trên không; các trường hợp trước đó bao gồm một tầng tên lửa Ariane và ba phương tiện tiếp tế của Trạm vũ trụ quốc tế.
"Hiện tại, các nhà nghiên cứu mô hình hóa các sự kiện này không thực sự biết điều gì xảy ra trong quá trình phân mảnh vệ tinh", Löhle cho biết. "Đó là điều đầu tiên chúng ta cần trả lời. Chúng tôi muốn đảm bảo rằng không có gì rơi vào đầu mọi người. Sau đó, chúng ta cần tìm hiểu xem thứ này có hại như thế nào đối với bầu khí quyển của Trái đất."
Dữ liệu do Löhle và các đồng nghiệp của ông thu thập cho thấy các thùng nhiên liệu titan từ Cluster Salsa nặng 1.200 pound (550 kg) có thể đã sống sót sau khi tái nhập và có khả năng rơi xuống Thái Bình Dương. Đây là một thông tin quan trọng. Theo báo cáo do ESA công bố vào tháng trước, trung bình mỗi ngày có ba vệ tinh rơi trở lại Trái đất.
Hầu hết các vệ tinh này đều thuộc về chòm sao Starlink của SpaceX. Trong khi thế hệ Starlink đầu tiên chỉ nặng khoảng 570 pound (260 kg) mỗi vệ tinh, thì biến thể "V2 mini" hiện tại của vệ tinh này có khối lượng khoảng 1.760 pound (800 kg). Phiên bản V2 theo kế hoạch sẽ còn lớn hơn nữa, nặng 2.750 pound (1.250 kg). Mặc dù SpaceX tuyên bố các vệ tinh được thiết kế để cháy hoàn toàn, công ty trước đây đã thừa nhận rằng một số tàn dư đôi khi có thể rơi xuống tận bề mặt Trái đất.
Nhóm nghiên cứu châu Âu tiếp tục phân tích dữ liệu và hy vọng sẽ liên kết các quan sát của họ với các mô hình máy tính, điều này có thể cung cấp thêm thông tin chi tiết về quá trình diễn biến của các sự kiện trong quá trình phân mảnh vệ tinh và sau đó thiêu hủy.
"Chúng tôi đang so sánh những gì chúng tôi thấy với các mô hình phân mảnh vệ tinh để hiểu được khối lượng bị mất ở giai đoạn nào", Jiří Šilha, Tổng giám đốc điều hành của Astros Solutions có trụ sở tại Slovakia, đơn vị điều phối chiến dịch quan sát, cho biết với Space.com. "Khi chúng ta có sự liên kết giữa các mô hình đó và các quan sát của mình, chúng ta có thể bắt đầu mô hình hóa cách kim loại nóng chảy tương tác với bầu khí quyển."
Các câu chuyện liên quan:
— Ai sẽ giải quyết vấn đề rác vũ trụ?
— Ô nhiễm từ các vụ phóng tên lửa và vệ tinh đốt cháy có thể gây ra tình trạng khẩn cấp về môi trường tiếp theo
— Ô nhiễm không khí từ vệ tinh nguy hiểm tồn tại trong một lỗ hổng pháp lý
Löhle giải thích rằng cho đến nay các nhà nghiên cứu hiểu quá ít về quá trình đốt cháy để có thể ước tính mức độ ảnh hưởng của vệ tinh tái nhập khí quyển. Thân nhôm phân hủy của vệ tinh tái nhập khí quyển tan chảy, tạo thành các giọt kim loại nóng chảy lớn. Một số giọt này bốc hơi thành khí dung nhôm oxit, trong khi những giọt khác phân tán và nguội đi, cuối cùng trôi xuống đất dưới dạng các mảnh nhôm có kích thước nano và micromet. Nhôm biến thành khí dung là thứ sau đó kích hoạt sự suy giảm tầng ôzôn và các tác động khí hậu khác.
"Chúng tôi vẫn chưa có dữ liệu để có thể nói được có bao nhiêu trong số đó biến thành khí dung", Löhle nói. "Chúng tôi hy vọng rằng, tại một thời điểm nào đó, chúng tôi sẽ có thể tái tạo một chuỗi phân mảnh và cho biết lượng nhôm mà mỗi vụ nổ tiếp theo giải phóng vào tầng khí quyển trên."
Các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ thu thập được nhiều dữ liệu hơn khi ba vệ tinh anh chị em của Cluster Salsa — Rumba, Tango và Samba — quay trở lại Trái đất vào năm 2025 và 2026. Bộ tứ vệ tinh này đã bay quanh Trái đất kể từ năm 2000, đo từ trường của hành tinh và tương tác của nó với gió mặt trời.
Tuy nhiên, tất cả những lần quay trở lại đó cũng sẽ xảy ra vào ban ngày, điều đó có nghĩa là các nhà nghiên cứu sẽ không thể có được các phép đo quang phổ, có thể tiết lộ các quá trình hóa học trong đám mây phân mảnh chi tiết hơn. Quang phổ là một phương pháp quan sát phân tách ánh sáng đi vào thành các bước sóng riêng lẻ. Tuy nhiên, tín hiệu từ tàu vũ trụ quay trở lại quá yếu và bị ánh sáng mặt trời mạnh lấn át.
Vào đầu tháng 9 năm ngoái, một nhóm các nhà khoa học châu Âu đã lên một chiếc máy bay phản lực thương mại thuê trên Đảo Phục Sinh để theo dõi sự tái nhập khí quyển của Salsa, một trong bốn vệ tinh Cluster giống hệt nhau của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA). Máy bay được trang bị 26 camera để ghi lại sự kiện xảy ra trong thời gian ngắn ở các bước sóng ánh sáng khác nhau.
Những kết quả đầu tiên từ chiến dịch quan sát độc đáo này đã được công bố vào đầu tháng 4 tại Hội nghị châu Âu về mảnh vỡ không gian tại Bonn, Đức.
Vệ tinh bốc cháy, một sự kiện giống như thiên thạch kéo dài chưa đầy 50 giây, diễn ra phía trên Thái Bình Dương ngay trước buổi trưa giờ địa phương ngày 8 tháng 9 năm 2024. Ánh sáng ban ngày chói chang làm phức tạp các quan sát và ngăn cản việc sử dụng các thiết bị mạnh hơn, vốn có thể cung cấp các góc nhìn chi tiết hơn. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đã xoay sở để có được những hiểu biết mới về quá trình đốt cháy vệ tinh, một điều ít được hiểu và khó nghiên cứu.
"Sự kiện này khá mờ nhạt, mờ nhạt hơn chúng tôi mong đợi", Stefan Löhle, một nhà nghiên cứu tại Viện Hệ thống Không gian thuộc Đại học Stuttgart ở Đức, nói với Space.com. "Chúng tôi nghĩ rằng điều đó có thể có nghĩa là sự phân rã của vệ tinh tạo ra các mảnh vỡ chậm hơn nhiều so với vật thể chính và tạo ra ít bức xạ hơn."
Sau sự phân rã ban đầu ở độ cao khoảng 50 dặm (80 km), các nhà nghiên cứu đã có thể ghi lại sự phân mảnh trong khoảng 25 giây. Họ đã mất dấu vết của vệt mờ dần của các mảnh vỡ ở độ cao khoảng 25 dặm (40 km). Sử dụng các bộ lọc có màu khác nhau, nhóm nghiên cứu đã có thể phát hiện ra sự giải phóng các hợp chất hóa học khác nhau trong quá trình đốt cháy, điều này cung cấp gợi ý về bản chất của ô nhiễm không khí phát sinh trong quá trình đốt cháy vệ tinh
"Chúng tôi đã phát hiện ra lithium, kali và nhôm", Löhle cho biết. "Nhưng ở giai đoạn này, chúng tôi không biết có bao nhiêu trong số đó sẽ đi vào khí quyển dưới dạng ô nhiễm không khí lâu dài và bao nhiêu rơi xuống Trái đất dưới dạng các giọt nhỏ."
Sự tái nhập của vệ tinh là mối quan tâm ngày càng tăng đối với cộng đồng khoa học khí quyển toàn cầu. Vệ tinh được làm bằng nhôm, quá trình đốt cháy nhôm tạo ra oxit nhôm, còn được gọi là alumina. Các nhà khoa học biết rằng alumina có thể gây ra sự suy giảm tầng ôzôn và làm thay đổi khả năng phản xạ ánh sáng mặt trời của Trái đất, từ đó có thể làm thay đổi sự cân bằng nhiệt của khí quyển.
Với sự gia tăng các vụ phóng vệ tinh, nhiều vệ tinh hơn đang rơi trở lại Trái đất. Bất kỳ sản phẩm phụ nào phát sinh trong quá trình đốt cháy khí quyển có khả năng sẽ tiếp tục tích tụ ở trên cao Trái đất trong những năm tới. Tuy nhiên, tác động của ô nhiễm không khí do vệ tinh này vẫn chưa được hiểu rõ. Độ cao mà vệ tinh phân rã quá cao để khinh khí cầu khí tượng có thể với tới nhưng lại quá thấp để vệ tinh có thể lấy mẫu.
Các cuộc rượt đuổi bằng máy bay, chẳng hạn như cuộc rượt đuổi theo dấu vết của Cluster Salsa khi tái nhập vào năm ngoái, mang lại cơ hội tốt nhất để thu thập dữ liệu chính xác về các quá trình hóa học diễn ra trong các sự kiện đó. Tuy nhiên, các chiến dịch như vậy khá tốn kém và khó thực hiện. Cho đến nay, chỉ có năm lần tái nhập vào của tàu vũ trụ được theo dõi từ trên không; các trường hợp trước đó bao gồm một tầng tên lửa Ariane và ba phương tiện tiếp tế của Trạm vũ trụ quốc tế.
"Hiện tại, các nhà nghiên cứu mô hình hóa các sự kiện này không thực sự biết điều gì xảy ra trong quá trình phân mảnh vệ tinh", Löhle cho biết. "Đó là điều đầu tiên chúng ta cần trả lời. Chúng tôi muốn đảm bảo rằng không có gì rơi vào đầu mọi người. Sau đó, chúng ta cần tìm hiểu xem thứ này có hại như thế nào đối với bầu khí quyển của Trái đất."
Dữ liệu do Löhle và các đồng nghiệp của ông thu thập cho thấy các thùng nhiên liệu titan từ Cluster Salsa nặng 1.200 pound (550 kg) có thể đã sống sót sau khi tái nhập và có khả năng rơi xuống Thái Bình Dương. Đây là một thông tin quan trọng. Theo báo cáo do ESA công bố vào tháng trước, trung bình mỗi ngày có ba vệ tinh rơi trở lại Trái đất.
Hầu hết các vệ tinh này đều thuộc về chòm sao Starlink của SpaceX. Trong khi thế hệ Starlink đầu tiên chỉ nặng khoảng 570 pound (260 kg) mỗi vệ tinh, thì biến thể "V2 mini" hiện tại của vệ tinh này có khối lượng khoảng 1.760 pound (800 kg). Phiên bản V2 theo kế hoạch sẽ còn lớn hơn nữa, nặng 2.750 pound (1.250 kg). Mặc dù SpaceX tuyên bố các vệ tinh được thiết kế để cháy hoàn toàn, công ty trước đây đã thừa nhận rằng một số tàn dư đôi khi có thể rơi xuống tận bề mặt Trái đất.
Nhóm nghiên cứu châu Âu tiếp tục phân tích dữ liệu và hy vọng sẽ liên kết các quan sát của họ với các mô hình máy tính, điều này có thể cung cấp thêm thông tin chi tiết về quá trình diễn biến của các sự kiện trong quá trình phân mảnh vệ tinh và sau đó thiêu hủy.
"Chúng tôi đang so sánh những gì chúng tôi thấy với các mô hình phân mảnh vệ tinh để hiểu được khối lượng bị mất ở giai đoạn nào", Jiří Šilha, Tổng giám đốc điều hành của Astros Solutions có trụ sở tại Slovakia, đơn vị điều phối chiến dịch quan sát, cho biết với Space.com. "Khi chúng ta có sự liên kết giữa các mô hình đó và các quan sát của mình, chúng ta có thể bắt đầu mô hình hóa cách kim loại nóng chảy tương tác với bầu khí quyển."
Các câu chuyện liên quan:
— Ai sẽ giải quyết vấn đề rác vũ trụ?
— Ô nhiễm từ các vụ phóng tên lửa và vệ tinh đốt cháy có thể gây ra tình trạng khẩn cấp về môi trường tiếp theo
— Ô nhiễm không khí từ vệ tinh nguy hiểm tồn tại trong một lỗ hổng pháp lý
Löhle giải thích rằng cho đến nay các nhà nghiên cứu hiểu quá ít về quá trình đốt cháy để có thể ước tính mức độ ảnh hưởng của vệ tinh tái nhập khí quyển. Thân nhôm phân hủy của vệ tinh tái nhập khí quyển tan chảy, tạo thành các giọt kim loại nóng chảy lớn. Một số giọt này bốc hơi thành khí dung nhôm oxit, trong khi những giọt khác phân tán và nguội đi, cuối cùng trôi xuống đất dưới dạng các mảnh nhôm có kích thước nano và micromet. Nhôm biến thành khí dung là thứ sau đó kích hoạt sự suy giảm tầng ôzôn và các tác động khí hậu khác.
"Chúng tôi vẫn chưa có dữ liệu để có thể nói được có bao nhiêu trong số đó biến thành khí dung", Löhle nói. "Chúng tôi hy vọng rằng, tại một thời điểm nào đó, chúng tôi sẽ có thể tái tạo một chuỗi phân mảnh và cho biết lượng nhôm mà mỗi vụ nổ tiếp theo giải phóng vào tầng khí quyển trên."
Các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ thu thập được nhiều dữ liệu hơn khi ba vệ tinh anh chị em của Cluster Salsa — Rumba, Tango và Samba — quay trở lại Trái đất vào năm 2025 và 2026. Bộ tứ vệ tinh này đã bay quanh Trái đất kể từ năm 2000, đo từ trường của hành tinh và tương tác của nó với gió mặt trời.
Tuy nhiên, tất cả những lần quay trở lại đó cũng sẽ xảy ra vào ban ngày, điều đó có nghĩa là các nhà nghiên cứu sẽ không thể có được các phép đo quang phổ, có thể tiết lộ các quá trình hóa học trong đám mây phân mảnh chi tiết hơn. Quang phổ là một phương pháp quan sát phân tách ánh sáng đi vào thành các bước sóng riêng lẻ. Tuy nhiên, tín hiệu từ tàu vũ trụ quay trở lại quá yếu và bị ánh sáng mặt trời mạnh lấn át.