خطر زباله‌هایی که انسان در فضای اطراف کره‌ی زمین رها می‌کند

فضای اطراف کره‌ی زمین پر از زباله، از لکه‌های رنگ گرفته تا باقی مانده‌ی ماهواره‌های منهدم شده‌ی قدیمی و موشک‌ها، شده است. وجود ذرات در حال گردش در مدار زمین به مفهوم پایان پروازهای فضایی در دهه‌های آینده خواهد بود. می‌توان گفت که فضا در حال حاضر تبدیل به یک زباله دانی بزرگ شده است. آلوده کردنِ بی ملاحظه و در مواردی همراه با تعمد محیط فضا توسط امریکا و روسیه سبب شده است که تعداد تکه‌های زباله در مدار زمین به نزدیک به پنج میلیون تکه برسد. وجود این ذرات در فضا برای فضاپیماها و هم‌چنین خدمه‌ی آن‌ها خطرناک است. یک براده‌ی فلزی به عرض نیم میلیمتر و در حال حرکت با سرعت نسبی ده کیلومتر بر ثانیه به سادگی در داخل پوسته‌ی فضا پیما نفوذ می‌کند و فضانورد را به هلاکت می‌رساند. تکه‌ای با قطر چند سانتیمتر می‌تواند قسمتی از یک ایستگاه بزرگ فضایی را منهدم کند. مواردی از برخوردهای بسیار نزدیک نیز تاکنون پیش آمده است. در سال 1982 میلادی، قسمتی از یک موشک قدیمی متعلق به روسیه از فاصله‌ی دوازده کیلومتری سفینه‌ی شاتل کلمبیا عبور کرد. یک سال بعد از آن یک لکه‌ی رنگ دو دهم میلیمتری از داخل شیشه‌ی فضاپیمای چلنجر عبور کرد. مسئولان پرواز در زمین می‌بایستی شیشه را قبل از پرتابِ دوباره‌ی فضاپیما تعویض می‌کردند. تعداد ذرات فضایی در حال افزایش است و این افزایش در مدت سی سال می‌تواند سبب شود که ما نتوانیم از محدوده‌ی کره‌ی زمین پا فراتر بگذاریم. به گفته‌ی مدیر عامل آژانس هوایی اروپا اگر ما در جلوگیری از این مسأله شکست بخوریم نسل آینده وارث میراث شومی خواهد شد. لیکن در حال حاضر توجه بسیار اندکی به ذرات فضایی در صنعت جادویی فضا شده است. اکثر صاحبان ماهواره‌ها فرض می‌کنند که فضاپیماهای آن‌ها به فضای نامحدودی پرتاب می‌شوند. افراد معدودی به خطر افزایش سریع ذرات فضایی اشاره کرده‌اند. در حال حاضر، در داخل مدارهای تا دو هزار کیلومتری زمین نزدیک به پنج میلیون کیلوگرم از این ذرات وجود دارند.

در فوریه‌ی سال 1989 میلادی گزارشی به شورای امنیت ملی امریکا در مورد ذرات فضایی ارائه شد که پیش بینی می‌کرد در عرض کمی بیش از بیست سال زباله‌های در حال گردش موجود تا ارتفاع کم‌تر از پنج هزار و پانصد کیلومتر (مدار پایین زمین) در فضا بین شش تا دوازده میلیون کیلوگرم باشد. این مسأله‌ای جدی است. انفجارهای اتفاقی و عمدی سبب پدید آمدن ذرات زیادی در فضا می‌شود (در حدود چهل و نه درصد). به عنوان نمونه در دهه‌ی هفتاد قرن گذشته‌ی میلادی هفت موشک دلتای امریکا، قبل از این که شرکت سازنده‌‌ی آن‌ها مک دانل داگلاس مطلع شود، در مدار زمین منفجر شد. پس از آن‌که این شرکت کشف کرد که چه چیزی اتفاق افتاده است متخصصان، موشکِ مذکور را طوری اصلاح کردند که هیچ گونه سوختی پس از پرتاب باقی نمانَد و به این ترتیب انفجارها متوقف شد. هم‌چنین در دهه‌های شصت و هفتادِ همان سده، انهدام عمدی سی و چهار ماهواره به دلایل ایمنی سبب شد تعداد بیست هزار و نود و چهار قطعه در فضا پراکنده شود. از این تعداد، سی و یک ماهواره به روسیه تعلق داشت. اگرچه مسئولیت تولید ذرات فضایی عمدتاً بر عهده‌ی ابرقدرت‌هاست آژانس بین المللی اروپا نیز برای نخستین بار در سال 1986 میلادی در این امر سهیم شد. یک موشک آریان منفجر شد و قطعات آن در فضا معلق ماند. گردان فضایی امریکا که اشیای بزرگ‌تر از ده سانتیمتر را در فضا مشخص و ثبت می‌کند بر اثر این انفجار، چهارصد و شصت و پنج قطعه را مشخص و ثبت کرد. دانشمندان تخمین می‌زنند که این انفجار دو هزار و سی‌صد قطعه‌ی کوچک دیگر نیز تولید کرده باشد. پس از انفجار، ذرات از مدار اصلی خارج شدند و سرانجام به صورت پوسته‌ای به دور زمین درآمدند.
گردان فضایی امریکا متشکل از حدود چهل پایگاه فعال اپتیکی و حس‌گرهای راداری، بیش از هفت هزار شیء را در فضا ردیابی می‌کند. از این تعداد تنها پنج درصد آن فضاپیماهای در حال گردش به دور زمین هستند. اکثر اشیای ردیابی شده در مدار پایین زمین قرار دارند و دائماً با میلیون‌ها قطعه‌ی کوچک‌تر تصادف می‌کنند و قطعات کوچک‌تری به وجود می‌آورند. بیش از هفت‌صد شیء دیگر بین مدار پایین و ارتفاع سی و شش هزار کیلومتری (مدار زمین ثابت) که اکثر ماهواره‌های مخابراتی در آن قرار دارند ردیابی شده‌اند. مدار زمین ثابت که اکثر ماهواره‌های مخابراتی را در خود جای داده است به تنهایی شامل بیش از پانصد تکه از ذراتی است که ردیابی شده‌اند.
تعداد اشیای موجود بر حسب هر ده کیلومتر ارتفاع در ارتفاع هشت‌صد کیلومتری به حداکثر می‌رسد. این موضوع مشکلاتی را برای استفاده کنندگان از فضا ایجاد می‌کند، ولی چاره‌ای جز ادامه‌ی کار در کنار آن‌ها نیست. آقای مایکل شارا از انستیتوی علوم تلسکوپ فضایی در بالتیمور امریکا بیان داشت احتمال این‌که یک قطعه از ذرات ده سانتیمتری یا بزرگ‌تر، تلسکوپ فضایی هابل را منهدم کند یک درصد است و حتی یک تکه‌ی سه سانتیمتری می‌تواند خطری جدی به وجود آورد. متأسفانه ایجاد پوشش محافظتی در برابر تکه‌های بزرگ‌تر از یک سانتیمتر، ماهواره‌ها را آن‌قدر سنگین می‌کند که عملاً پرتاب‌شان ناممکن می‌شود. ذرات معلق در فضا مزاحت‌های دیگری هم برای تلسکوپ هابل ایجاد می‌کنند. حس‌گرهای راهنمایی کننده‌ی ظریف که بر روی ستاره‌ها ثابت می‌شوند و به جهت‌یابی تلسکوپ کمک می‌کنند طوری اصلاح شده‌اند که نوری که از ذرات بازتاب می‌شود کار آن‌ها را مختل نکند. مهندسان، کنترل کننده‌های نرم افزاری‌ای را دایر کرده‌اند که از آسیب رساندن نور به تجهیزات ابزار دقیق تلسکوپ که به طیف نگار اشیای کم سو موسوم است جلوگیری می‌کند. متخصصان انتظار دارند که در آینده رصدخانه‌های بزرگی در مدار زمین ثابت، قرار گیرند و از مشکلات تداخل نور و خطر برخورد ذرات فارغ باشند.
برای ایستگاه فضایی فریدم چنین امکانی برای گریز از خطر وجود نداشت. قرار بود ساختن فریدم به رهبری ایالات متحده‌ی امریکا همراه با اروپا، ژاپن و کانادا صورت گیرد. برپایی این ایستگاه فضایی با بسیاری از موانع سیاسی و تکنیکی مواجه بود که از جمله‌ی آن‌ها ذرات فضایی بود. قرار بود فریدم در ارتفاع 407 کیلومتری بر هم سوار و ساخته شود و در ارتفاع 463 کیلومتری به کار بپردازد که این ارتفاع درست در زیر ارتفاعی است که حداکثر تراکم ذرات معلق را دارد.
ذراتی که فقط به دیوار کابین فضاپیماها برخورد می‌کنند و آن را می‌لرزانند سبب می‌شوند قطعات گلوله مانند در فضای داخل کابین با سرعت زیاد به پرواز درآیند. ذرات گلوله مانندِ بزرگ‌تر روزنه‌های کوچکی در دیواره‌ی کابین ایجاد می‌کنند و صدای شکستن دیوار صوتی و حرارت نیز ایجاد می‌کنند که در این حال امکان آتش سوزی به وجود می‌آید. ذراتِ دارایِ عرض یک تا پنج سانتیمتر سبب ایجاد سوراخ ده سانتیمتری می‌شوند به گونه‌ای که فشار کابین به سرعت اُفت می‌کند. ذراتِ به عرضِ پنج تا ده سانتیمتر از یک طرف ایستگاه نفوذ می‌کنند و از طرف دیگر ایستگاه خارج می‌شوند و سوراخ بزرگی پدید می‌آورند. برای مقابله با این خطرها، در وهله‌ی نخست قرار بود از سپر محافظتی استفاده شود که فریدم را در برابر تکه‌های کوچک‌تر از یک سانتیمتر محافظت می‌کرد. تکه‌های با قطرهای بین یک تا ده سانتیمتر با وسایل نصب شده بر روی ایستگاه و شاید توسط حس‌گرهای فروسرخ که گرمای منتشر شده از ذرات را می‌گیرند ردیابی می‌شوند. گرچه حس‌گرهای فروسرخ وجود شیء را می‌تواند نشان دهد لیکن سرعت و فاصله‌ی آن شیء را از ایستگاه فضایی نشان نمی‌دهد. می‌توان برای حل این مشکل، در کنار حس‌گرهای فروسرخ از رادار استفاده کرد. راه حل دیگر این بود که ناسا دو حس‌گر فروسرخ نصب کند که فاصله و سرعت را بر مبنای روابط مثلث بندی تعیین کنند. به رغم کار بر روی ردیاب‌ها، ناسا هنوز نمی‌دانست با ذرات یک تا ده سانتیمتری که ردیاب‌ها ردگیری می‌کنند چه باید کرد. یک امکان این بود که با تفنگ الکترونی یا لیزری ذرات را نابود کنند یا این که به فضانوردان اخطار کنند که به قسمتی از ایستگاه فضایی که سپر محافظتی قطورتری دارد بروند.
قطعاتِ با عرضِ بزرگ‌تر از ده سانتیمتر را مراکز زمینی گردان فضایی امریکا ردیابی می‌کنند. به طور نظری، فریدم در این موارد می‌توانست با مانوری از مسیر حرکت قطعات کنار برود، ولی انجام این کار پر هزینه و مشکل بود. آقای کسلر از ناسا بیان داشت که خطر برخورد تکه‌های بزرگ‌تر از ده سانتیمتر به کابین فضاپیما در سال، کم‌تر از خطر کشته شدن در یک بزرگ‌راه امریکاست. فضانوردانی که قرار بود در خارج از فریدم مشغول کار باشند در معرض خطر بیشتری می‌بودند زیرا قطعات ریز می‌توانند به داخل لباس فضانوردان نفوذ کنند. او گفت که زندگی فضانوردان در خطر است، لیکن ایمنی صددرصد ممکن نیست و هدف ناسا رسیدن به حد قابل قبولی از مخاطره است. کارشناسان برای احتمال برخورد ذرات به ایستگاه فضایی فریدم و آسیب رساندن به آن یا منهدم کردنش اعداد مختلفی را محاسبه کردند. کسلر بیان داشت که عددی مشخص شده بود. ولی معنی آن برای خدمه یا ایستگاه چه بود؟ در هر سال یک در دو هزار احتمال دارد که یک ذره به یک عنصر حیاتی ایستگاه فضایی نفوذ کند؛ ولی در حدود بیست عنصر حیاتی در ایستگاه وجود دارد و مشخص نیست که یک عنصر حیاتی تا چه حد حیاتی است. بنا بر این احتمال به خطر افتادن خدمه یا ایستگاه فضایی باید بر اساس حدس علمی تعیین شود و باید در این حدس تا حد ممکن محافظه کار بود. قصد سازمان فضایی امریکا این بود که فریدم تا سی سال دوام آورد. بنا بر این محدوده‌ی ایمنی بیش‌تری را برای آن در نظر گرفته بود. پیش‌گویی‌ها باید دقت بیش‌تری داشته باشند. رادار فضایی دوربرد گلداستار در کالیفرنیا گاه تکه‌هایی به کوچکی دو میلیمتر را رد یابی می‌کرد و ناسا از یک پایگاه فضایی به نام کی استاک خواسته بود که اشیای بین یک تا ده سانتیمتری را بشمارد و اندازه گیری کند. رادارهای پیچیده، که به منزله‌ی قسمتی از طرح دفاع استراتژیک ساخته می‌شوند، می‌توانند تکه‌های کم‌تر از نیم میلیمتر را هم ردیابی کنند.

برخی تأملات درباره‌ی آینده‌ی زباله‌های فضایی ممکن است هرگونه محاسبه درباره‌ی عوامل ایمنی در فضا را زاید و غیر ضروری کنند. بنا بر یک فرضیه، قطعات معلق در فضا آن‌قدر انبوه خواهند شد که برخوردهای اتفاقی به برخوردهای ثانوی بهمن‌وار و به صورت افسار گسیخته منجر می‌شود. این وضع به سندروم کسلر معروف است. در نتیجه کمربندی از ذرات کوچک به دور زمین درست خواهد شد و پروازهای فضایی غیر ممکن خواهد گشت. فرض سازمان فضایی امریکا این است که در اواسط قرن بیست و یکم میلادی چنین کمربندی درست خواهد شد. دیتریش رکس و پیتر آیشلر از دانشگاه فنی برانشوایک آلمان معتقد بودند که وضع بحرانی ممکن است حتی زودتر فرا برسد. به گفته‌ی آن‌ها برای آغاز یک واکنش زنجیری تنها به دو تا سه برابر صد هزار پاره‌ی موجود به قطع یک سانتیمتر یا بیش‌تر نیاز هست و در طی بیست تا پنجاه سال آینده فضاپیمایی عملاً غیر ممکن خواهد شد. به عقیده‌ی کسلر ما آن‌قدر به این افسار گسیختگی نزدیک هستیم که طی سی سال آینده ممکن است زمین گیر شویم. در وهله‌ی نخست، مدارهای زیر یک هزار کیلومتری زمین آن‌قدر ناامن می‌شود که هرگونه پروازی باید در ارتفاع بالاتر از آن صورت گیرد. ولی نیروی کشش جو در آن جا مؤثر نیست، بنا بر این ذرات به جای این که به زمین سقوط کنند در آن‌جا بیش‌تر جمع می‌شوند. ما نمی‌توانیم به ارتفاع بالاتری پرواز کنیم و انسان‌ها را در معرض کمربندهای تابشی قرار دهیم، و از طرفی پرتاب به ارتفاع بالاتر نیز هزینه‌ی زیادتری دارد. بنا بر این، ملاحظات اقتصادی، ما را زمین گیر خواهد ساخت. حتی اگر همین الآن تمام فعالیت‌های فضایی متوقف شود، مدل‌های کامپیوتری نشان می‌دهد که بیش از نیمی از اشیای موجود در مدار تا نیم قرن آینده در آن‌جا خواهند ماند. نیروی کشش جو باعث می‌شود که تکه‌های موجود در ارتفاع نسبتاً پایین دوباره به داخل جو زمین بازگردند و بسوزند، و این موضوع سبب کاهش تراکم در هشت‌صد کیلومتری تا حد پنجاه درصد در طیِ پنج سال خواهد شد، اما مقدار حداکثر بعدی که در فاصله‌ی هزار و پانصد کیلومتری است تغییر نخواهد کرد. پس از صد سال، مقدار حداکثرِ هشت‌صد کیلومتری از بین خواهد رفت ولی مقدار حداکثر هزار و پانصد کیلومتری فقط به میزان پانزده درصد کم می‌شود. طی کوششی برای کم کردن میزان زباله‌ در مدار پایینِ زمین، ناسا در پایان قرن گذشته تصمیم گرفت تعداد موشک‌هایی را که در مدار زمین منفجر می‌شوند محدود کند و مهندسان طرح‌هایی از فضاپیماها را به کار گیرند که هیچ چیزی را در مدارِ بیش‌تر از سی صد کیلومتری از خود دفع نکنند. ژاپن و سازمان فضایی اروپا هم به همین شکل عمل کردند. به هر حال سازمان فضایی امریکا سیاستی در مورد حفاظت از مدار زمین ثابت ندارد. این سازمان معتقد است که مشکل این مدارها مشکلی فوری نیست. در این مدار، سرعت‌های نسبی پایین هستند. بنا بر این، برخوردها ضربه‌ی کم‌تری دارند و چون مقدار زباله‌ی کم‌تری در مدار زمین ثابت در مقایسه با مدار پایین زمین وجود دارد احتمال برخوردها کم‌تر است. با این حال تجمع ماهواره‌ها احتمال برخورد را افزایش می‌دهد و به عنوان مثال در یک سال مشخص سه ماهواره‌ی نظامی امریکایی در مدار زمین ثابت مجبور به گریز شدند.
در سال 1988 میلادی سازمان فضایی اروپا اولین سازمانی بود که سیاستی تدوین کرد که هر دو مدار زمین ثابت و مدار پایینی زمین را در بر می‌گرفت. نگرانی اصلی این سازمان این بود گه افزایش ذرات در مدار زمین ثابت سریع‌تر از مدار پایین زمین است و ذرات ممکن است میلیون‌ها سال در مدار بالاتر باقی بمانند. سازمان فضایی اروپا از صاحبان ماهواره‌ها خواست ماهواره‌های از کار افتاده‌ی خود را از مدار زمین ثابت خارج کنند و به مدارهای بالاتر بفرستند. اتحادیه‌ی بین المللی ارتباط دور، سازمان تنظیم کننده‌ی مقررات برای مدار زمین ثابت، مباحثه‌ای را در این مورد راه انداخت، ولی ایالات متحده در مقابل آن مقاومت می‌کرد. به گفته‌ی یک سخن‌گوی سازمان فضایی امریکا، بالا بردن ماهواره‌های از کار افتاده راه حل این مشکل نیست زیرا تکه‌هایی که از برخورد بین ماهواره‌هایی که به بالا فرستاده می‌شوند و سنگ‌های آسمانی پدید می‌آیند به مدار زمین ثابت فرو می‌ریزند. هم‌چنین به بالا فرستادن ماهواره‌هایی که از کار افتاده‌اند دو درصد خطر انفجار دارد که خود می‌تواند ذرات موجود در مدار را چند برابر کند. بنا بر این سازمان فضایی امریکا قبل از تصمیم گیری در مورد بالاتر بردن یا پایین تر آوردنِ ماهواره‌های در حال مرگ از مدار زمین ثابت، منتظر نتایج مطالعات است. پر شورترین حامیانِ بالا بردن ماهواره‌های از کار افتاده کشورهای استوایی هستند که بیم دارند تا زمانی که این کشورها به تکنولوژی فرستادن ماهواره و به کار بردن آن‌ها دست یابند مدار زمین ثابت با ماهواره‌های از کار افتاده پر و مسدود شده باشد. مدارهای زمین ثابت درست از روی خط استوا می‌گذرند و کشورهای استوایی در قرن گذشته مدعی مالکیت این مدارها شدند.
در این فاصله‌ی زمانی سازمان فضایی اروپا و سازمان فضانوردی امریکا، دانشگاه کنت را مأمور گردآوری اطلاعات پایه‌ای در مورد ذراتی به هر اندازه و در هر مدار نمودند تا بر اساس این اطلاعات، این سازمان‌های فضایی بتوانند مسیرهای پرتابی را بیابند که در آن‌ها برخورد روی ندهد. ولی به گفته‌ی یکی از اعضای مدیریت سازمان فضایی اروپا هیچ یک از ابر قدرت‌ها درباره‌ی ماهواره‌های نظامی خود اطلاعاتی به دست نمی‌دهند. ایالات متحده‌ی امریکا در مورد ماهواره‌ی نظامی KHII که در ماه مارس 1990 میلادی متلاشی شد هیچ‌گونه اطلاعاتی منتشر نکرد هرچند ممکن بود این ماهواره در اروپا به زمین فرود آید. یک آژانس خبری روسیه فاش کرد که KHII چهار تکه شد. آژانس فضایی اروپا خواهان آن است که درباره‌ی ورود مجدد اشیای بزرگ به زمین اخطار داده شود. هنگامی که آزمایشگاه فضایی سازمان فضایی امریکا در بالای جنوب غربی استرالیا و اقیانوس هند متلاشی شد دنباله‌ای به طول هزار کیلومتر به جا گذاشت. پانصد پاره‌ی آن به زمین برخورد کرد. با این که سرعت سقوط برخی از آن‌ها بیش‌تر از سرعت صوت بود ولی کسی کشته یا مجروح نشد.
یک جنبه‌ی نگران کننده از مشکل وجود ذرات، حضور ماهواره‌های با قدرت هسته‌ای در محدوده‌ی حداکثر تراکم، یعنی در هشت‌صد تا هزار کیلومتری زمین، است. بیش‌تر ماهواره‌های دارای قدرت هسته‌ای از آنِ روسیه است که در پایان مأموریتشان به مدارهای توقفی در ارتفاع بالاتر از هشت‌صد کیلومتر انتقال داده می‌شوند. هر دو ابرقدرت در باره‌ی ماهواره‌های اتمی خود بسیار رازداری می‌کنند. یک کارشناس روس گفته بود که احتمال تصادم ماهواره‌های رادیواکتیو، که تعداد آن‌ها نزدیک به صد تا برآورد می‌شود، با ذرات فضایی یک واقعیت تردید ناپذیر است. او البته اکنون اعتقاد دارد که وضعیت بهبود یافته است، نخست به این دلیل که افزایش فعالیت خورشیدی جو زمین را گرم و منبسط کرده است و سبب افزایش نیروی کشش جو بر روی ماهواره‌هایی شده است که در غیر این صورت بالای جو قرار می‌گرفتند. نیروی کششی جو که افزایش می‌یابد سرعت گردش ذرات متلاشی شده در ارتفاع پایین‌تر را کند می‌کند و سبب می‌شود که آن‌ها به جو زمین برگردند و به این ترتیب مدار پایین زمین پاک می‌شود. ثانیاً فضاپیماهای کم‌تری نسبت به گذشته به مدار پایین زمین فرستاده می‌شوند.
دو تن از کارشناسان نشان دادند که اگر برخوردی بین ذرات و یک ماهواره‌ی اتمی روی دهد، نود و هفت درصد از پاره‌های رادیواکتیو طی بیست و پنج سال وارد جو زمین می‌شوند. در نتیجه‌ی این تحقیقات و افزایش رغبت روسیه به تفاهم جمعی، بالاخره مقرراتی بین المللی برای کارکرد این منابعِ دارای توان هسته‌ای وضع شد. این مقررات، استفاده از منابعِ دارای توان هسته‌ای را محدود به مأموریت‌هایی می‌کند که نمی‌توان آن‌ها را با منابع غیر هسته‌ای به انجام رساند. هر دو کمیسیون حقوقی و علمی کمیته‌ی استفاده‌ی صلح آمیز از فضای بیرونی، این مقررات را به تصویب رساندند.