افزایش بیشتر سفرهای فضایی به لایه‌ اوزون آسیب می‌رساند

افزایش مورد انتظار پرتاب‌ راکت‌های فضایی با هدف گسترش گردشگری فضایی، مأموریت‌های فرود بر ماه و احتمالاً سفر به مریخ شاید برای برخی نویدبخش آغاز عصر جدیدی از اکتشافات فضایی باشد. اما مطالعات انجام‌شده در سازمان ملی اقیانوسی و جوی آمریکا نشان می‌دهد که افزایش بی‌سابقه‌ی فعالیت‌های مرتبط با سفرهای فضایی می‌تواند به لایه‌ی محافظت‌کننده‌ی اوزون آسیب برساند.

سوخت موتور راکت‌هایی که به‌طور گسترده در صنایع هوافضا کاربرد دارند حاوی ماده‌ای به‌نام کروزین (نفت سفید) است که با سوختن آن کربن سیاه یا دوده تولید می‌شود. این ماده‌ی به‌شدت آلاینده به‌طور مستقیم وارد استراتوسفر می‌شود؛ قسمتی از اتمسفر زمین که لایه‌ی اوزون هم جزو آن است. لایه‌ی اوزون از موجودات زنده‌ی زمین دربرابر اثرات تشعشعات فرابنفش محافظت می‌کند. قرار گرفتن درمعرض پرتوهای فرابنفش ممکن است به بروز سرطان پوست، تضعیف سیستم ایمنی بدن انسان و اختلال در اکوسیستم زمین و کشاورزی منجر شود.

با ادامه‌ی روند رو‌به‌رشد فعالیت‌های فضایی پیش‌بینی می‌شود که در بیست سال آینده تعداد پرتاب‌ راکت‌های سوخت هیدروکربن تا ۱۰ برابر افزایش پیدا کند. اما مطالعه‌ی جدیدی که توسط سازمان ملی اقیانوسی و جوی انجام شده و گزارش یافته‌های آن در ژورنال تحقیقات ژئوفیزیک اتمسفریک منتشر شده نشان می‌دهد این میزان افزایش باعث آسیب به لایه‌ی اوزون و تغییر الگوهای جریانی در اتمسفر خواهد شد.

به‌گفته‌ی ملونی در دهه‌های اخیر سرعت رشد تعداد پرتاب‌ها راکت‌های فضایی سه برابر شده است و انتظار می‌رود در دهه‌های آینده این روند شتاب بیشتری بگیرد. راکت‌ها تنها منبع آلودگی آئروسل ناشی از فعالیت‌های انسانی در خارج از تروپوسفر محسوب می‌شوند. تروپوسفر پایین‌ترین لایه‌ی اتمسفر است که ۸ تا ۱۶ کیلومتر از سطح زمین ارتفاع دارد.

تیم تحقیقاتی از یک مدل اقلیمی برای شبیه‌سازی اثرات انتشار تقریباً ۱۰ هزار تن دوده به‌صورت سالانه به استراتوسفر زمین در نیم‌کره‌ی شمالی برای ۵۰ سال آینده استفاده کرده‌اند. درحال‌حاضر برآورد‌ها نشان می‌دهد که سالانه هزار تن آلاینده‌ی دوده ناشی از احتراق موتور راکت‌ها وارد اتمسفر زمین می‌شود. بااین‌حال محققان می‌گویند تاکنون میزان دقیق آلاینده‌ی دوده‌ی وارد شده به اتمسفر ناشی از کارکرد موتورهای هیدروکربنی مختلف در سراسر جهان به‌خوبی مطالعه نشده است.

یافته‌های ملونی و همکاران او نشان می‌دهد که افزایش پیش‌بینی‌شده‌ی سطح فعالیت‌های فضایی می‌تواند دماهای سالانه‌ی استراتوسفر را بین ۰/۵ تا ۲ درجه‌ی سانتی‌گراد افزایش دهد. این موضوع می‌تواند به تغییر الگوهای جهانی جریانات جوی ازطریق کاهش سرعت جت استریم در نواحی نزدیک استوا تا میزان ۳/۵ درصد و تضعیف جریانات بالارونده‌ی استراتوسفر منجر شود.

رابرت پورتمن یکی از نویسندگان گزارش این تحقیق و فیزیکدان محقق در آزمایشگاه علوم شیمی می‌گوید که مولکلو‌های اوزن در استراتوسفر شدیدا تحت‌تأثیر دما و جریانات اتمسفریک قرار دارند. بنابراین جای تعجب نیست که تغییر دمای استراتوسفر و تغییر سرعت جریانات آن باعث تغییر فراوانی مولکول‌های اوزون شود. دانشمندان دریافتند که کاهش تعداد مولکول‌های اوزون در جهت قطب و ۳۰ درجه‌ی شمالی (نزدیک عرض جغرافیایی شهر هیسوتون) و تقریباً در تمام ماه‌های سال رخ می‌دهد.

مخلص کلام این است که افزایش پرتاب‌ راکت‌های فضایی در آینده مردم نیم‌کره‌ی شمالی را بیشتر درمعرض پرتوهای مضر فرابنفش قرار خواهد داد.

همچنین تیم تحقیقاتی ملونی با هدف درک بهتر تأثیرات جوی ناشی از افزایش بسیار شدید مسافرت‌های فضایی ازطریق استفاده از موتورهای سوخت هیدروکربنی و بررسی پاسخ اتمسفریک زمین به مدل‌سازی انتشار ۳۰ هزار و ۱۰۰ هزار تن از آلاینده‌ی دوده پرداختند. آن‌ها دریافتند که استراتوسفر زمین حتی به افزایش نه‌چندان زیاد دوده حساسیت نشان می‌دهد. از این‌رو انتشار بیشتر این آلاینده تأثیرات مشابه اما به مراتب وخیم‌تری بر جریانات جوی نسبت به سناریوی انتشار ۱۰ هزار تنی در پی خواهد داشت.

این مطالعه براساس تحقیقات پیشین چند تن از اعضای تیم شکل گرفته است. مارتین راس، دانشمند شرکت آئرواسپیس و یکی از نویسندگان گزارش این تحقیق است که پیش از این در سال ۲۰۱۰ به مطالعه‌ی تأثیرات اقلیمی افزایش پرتاب‌ راکت‌های فضایی و به‌تبع آن افزایش انتشار آلاینده‌ی دوده پرداخته بود. مطالعه‌ی دوم نیز در سال ۲۰۱۷ توسط محققان سازمان ملی اقیانوسی و جوی انجام گرفت.

در آن مطالعه نیز مارتین راس به تحقیق در مورد پاسخ اقلیمی به انتشار بخار آب ناشی از استفاده از راکت‌های پاک‌تر با سوخت هیدروژنی در قالب یک سیستم پرتاب فضایی با قابلیت استفاده‌ی مجدد پرداخته بود.

راس در این ارتباط می‌گوید:

تحقیقات ما بر اهمیت از بین رفتن لایه‌ی اوزون در اثر آلایندگی ذرات دوده ناشی از راکت‌های سوخت مایع تأکید می‌کند. این مدل‌سازی‌ها نشان می‌دهد که راکت‌های فضایی سوخت جامد تنها تهدید برای لایه‌ی اوزون به‌شمار نمی‌روند. ما نشان دادیم که ذرات آلاینده‌ی ناشی از سفرهای فضایی بر وضعیت اتمسفر زمین تأثیر می‌گذراند.

مطالعه‌ی حاضر تنها به توصیف تأثیر آلاینده‌ی دوده بر وضعیت اقلیمی زمین و ترکیبات استراتوسفر می‌پردازد. دانشمندان می‌گویند این اولین قدم برای درک طیف وسیعی از تأثیر آلاینده‌ها‌ی ناشی از پرتاب‌های فضایی بر استراتوسفر زمین است. دانشمندان معتقدند گازهای ناشی از احتراق انواع مختلف موتور راکت‌ها باید مورد مطالعه قرار گیرند. خارج شدن ماهواره‌ها از مدار و سقوط آن‌ها به جو زمین یکی دیگر از منابع انتشار دوده و دیگر ذرات آلاینده در بخش‌های میانی تا بالایی اتمسفر زمین است که تاکنون آن‌طور که باید مورد مطالعه قرار نگرفته است. به‌نظر می‌رسد انجام تحقیقات گسترده‌تر در مورد موضوعات اشاره‌شده برای به‌دست آوردن تصویری کامل از تأثیر آلاینده‌های صنعت هوافضا بر اقلیم و لایه‌ی اوزون زمین ضروری است.