Спутники дырявят озоновый слой

Иллюстрация Петра Перевезенцева

«Что за друг, без которого мужик из дома не выйдет?» Правильный ответ — шапка, потому что это старинная русская загадка. Интересно, а вы что подумали? Загадайте своим детям и узнаете, что нынче это совсем другой друг — это смартфон. А вот еще одна загадка, тоже старинная:

«Кто над нами вверх ногами
Ходит не страшится,
Упасть не боится?»

Дети до второй половины ХХ века уверенно давали правильный ответ — муха. А вот дети, родившиеся в эпоху расцвета космонавтики, отвечали иначе — космонавт.

Конечно, загадки, их смысл, меняются под влияние меняющегося мира. Причем меняющегося по воле человека, создающего смартфоны и спутники.

Давайте поговорим сегодня о спутниках. Идею использовать спутники на земных орбитах для связи высказывал еще К.Э. Циолковский в начале ХХ века. Первый искусственный спутник запустили мы в 1957 году. Повторяю это при каждом удобном случае, потому что на Западе историю космонавтики тоже начали переписывать.

А вот саму идею спутниковой связи популяризировал известный английский писатель-фантаст Артур Кларк. В 1945 году, то есть 80 лет назад, он опубликовал в журнале «Wireless World» научно-популярную статью про внеземные ретрансляторы, которые должны обеспечить всемирное радиовещание.

Кларк предложил поместить ретрансляционный аппарат на такую орбиту, где он будет вращаться с той же скоростью, что и Земля. Соответственно такой аппарат для наблюдателя с Земли будет оставаться неподвижным, как будто привязанным тросом к тому месту, над которым висит.

Через такой аппарат можно передавать радио- и телесигнал. А спутниковая тарелка и прочие антенны наземных станций могут быть постоянно направлены в это место, и им не нужно вращаться, чтобы отслеживать спутник. Орбиту Кларк предложил назвать геостационарной. Поэтому сегодня геостационарные орбиты называют на Западе орбитами Кларка, а совокупность спутников на этой орбите поясом Кларка.

Кстати, именно Кларк рассчитал, что три геостационарных спутника обеспечат покрытие всей планеты, потому что с каждого спутника видно 42,4% поверхности нашей планеты. А вот спутник на низкой орбите высотой в 300 километров может наблюдать только 2,25% земной поверхности.

Сегодня лишь 10% из общего количества спутников находятся на геостационарной орбите и остаются неподвижными для земного наблюдателя. Это большие и сложные аппараты, да и запускать их на высоту почти 36 тысяч километров — дорогое удовольствие. Остальные 90% спутников, то есть подавляющее большинство, — это небольшие приборы на низких околоземных орбитах в несколько сот километров, которые легко запускать.

Вся эта громадная семья обеспечивает нам спутниковую связь, телевидение, позволяет нам пользоваться смартфонами, наблюдать за Землей и собирать разнообразные данные, которые облегчают нам жизнь и, конечно, помогают делать научные открытия.

Пояс Кларка вокруг нашей Земли становится все плотнее и плотнее, причем буквально на наших глазах. Из 8 с лишним тысяч аппаратов, действующих сегодня на низкой околоземной орбите, которые обеспечивают нам мобильную связь, 6 тысяч — это спутники системы Starlink компании «Спейс-Икс» Илона Маска. К 2027 году она выведет на орбиту еще 12 тысяч спутников. А в планах — 42 тысячи.

Но это только одна группировка Starlink. Амбициозный Amazon и другие компании по всему миру намерены создать свои группировки от 3 до 13 тысяч спутников. Все это будет кружить над Землей. И в какой-то момент вышедшие из строя спутники, а каждый такой спутник служит в среднем пять лет, будут сыпаться нам на головы в прямом смысле этого слова.

Конечно, эти небольшие аппараты сгорят в плотных слоях атмосферы. Собственно, спутники Starlink так и спроектированы, чтобы они полностью сгорали при входе в атмосферу в конце срока службы или в случае поломки. Но ничто на Земле не проходит бесследно. Дело в том, что при сгорании спутника в атмосфере Земли образуются, среди прочего, наночастицы оксида алюминия. Один небольшой спутник связи весит в среднем 250 килограммов и на треть состоит из алюминия. Сгорая в атмосфере, он будет оставлять там около 30 килограммов оксида алюминия.

Эти частицы со временем, но неизбежно, попадут в стратосферу и в озоновый слой, который находится на высоте около 20–30 километров. И вот тут-то и начнут разворачиваться нежелательные события. Частицы оксида алюминия начнут работать катализаторами, на поверхности которых будут идти реакции озона с хлорсодержащими соединениями. Это будет цепная реакция, в которой один атом хлора может разрушить до 100 тысяч молекул озона в стратосфере (Geophysical Research Letters).

Концентрация оксида алюминия за последние шесть лет уже увеличилась в 8 раз и продолжает нарастать по мере того, как на орбиты выводят все новые и новые спутники. Проблема в том, что эти частицы могут болтаться в атмосфере десятилетиями.

И к тому времени, когда запланированные группировки спутников будут завершены, каждый год в атмосферу будет попадать 360 тонн оксида алюминия. А это в 7 раз превышает естественный фон.

Разрушение озонового слоя, который защищает все живое от жесткого ультрафиолета, очень опасно. Но такова любая рукотворная технология. Она обязательно имеет побочные эффекты, которые надо учитывать.

Никто не отрицает, что и пользы от спутников очень много. Связь, навигация, интернет, метеорология, наблюдения из космоса с научными целями — все это крайне важно сегодня.

Недавно вычитала в журнале «Прикладная геодезия», что накануне разрушительного турецкого землетрясения в 2023 году спутники зафиксировали множество аномалий в земле, атмосфере и ионосфере.

За 19 дней изменилась температура поверхности суши в районе будущего землетрясения. За 5–10 дней до катастрофы изменилось содержание водяного пара, метана, озона и моноксида углерода в атмосфере. Все это регистрировали спутники.

Так что теперь с их помощью мы можем предсказывать разрушительные землетрясения и давать возможность заранее эвакуировать людей из эпицентров будущей стихии. Это, несомненно, польза.

Существование спутников и пояса Кларка на руку и астрофизикам. Мало того что это орбитальные телескопы и летающие обсерватории. Наличие такого пояса вокруг далекой планеты — это совершенно четкое и однозначное указание на то, что планета обитаема. Это своего рода техническая сигнатура, отпечаток пальца высокоразвитой цивилизации. Если у нее есть спутники на орбитах, то она развита ну уж никак не меньше, чем мы.

Поиски далеких планет на расстоянии от нескольких десятков до нескольких тысяч световых лет с такими техномаркерами начнутся в ближайшее время. Нам уже известно более 5 тысяч экзопланет, вращающихся вокруг других звезд. Правда, из них всего 200 представляют в этом смысле интерес, потому что они похожи на Землю. Остальные — это газовые гиганты.

Современная техника наблюдения за космосом умеет многое. С помощью телескопа «Джеймс Уэбб» уже сегодня можно искать эти пояса Кларка на дальних планетах, тщательно анализируя кривые блеска их звезд. Но, с другой стороны, этот отпечаток пальца в виде пояса Кларка есть и у нашей планеты Земля. Не правда ли? Значит, мы тоже видимы для других цивилизаций?

Пока пояс Кларка человечества еще слишком тонок, чтобы его можно было обнаружить с экзопланет прямо сейчас — по крайней мере, с помощью такой технологии, как наша. Но за последние несколько десятилетий его заселенность увеличилась в геометрической прогрессии. Если так пойдет и дальше, то к 2200 году наш пояс Кларка увидят с других обитаемых планет.

И вот вопрос — хотим ли мы, чтобы нас обнаружили другие, неизвестные миры? Эту интересную дискуссию стоит начинать уже сейчас.