يشكل سقوط النفايات الفضائية خارج المدار وتحطمها باتجاه الأرض تهديدًا متزايدًا. وفي الواقع، تعود الأقمار الصناعية القديمة وأجزاء المركبات الفضائية إلى الغلاف الجوي لكوكبنا أكثر من ثلاث مرات في اليوم.
عندما تحترق هذه الأجسام في الغلاف الجوي، فإنها يمكن أن تطلق مواد ضارة، وإذا وصلت إلى سطح الأرض، فإنها يمكن أن تلوث البيئة وكذلك تصطدم بالمباني والبنية التحتية الأخرى وربما حتى الناس.
ومع ذلك، فإن تتبع الحطام المتساقط في محاولة للتخفيف من تأثيره أمر معقد لأن النفايات الفضائية يمكن أن تخرج من مدارها فجأة أثناء سفرها بسرعة تصل إلى 18000 ميل في الساعة. تستخدم الأساليب الحالية لمراقبة سقوط الحطام الفضائي الرادار والتتبع البصري، لكنها تواجه صعوبة في التنبؤ بدقة بالمكان الذي يمكن أن تهبط فيه معظم الأجسام، خاصة إذا انفصل الحطام أثناء العودة إلى الغلاف الجوي للأرض. هذا النقص في بيانات الموقع الدقيقة يمكن أن يؤخر أو يمنع استعادة المخلفات الفضائية السامة الخطيرة.
الآن، يقول باحثون من جامعة جونز هوبكنز وكلية إمبريال كوليدج في لندن إنهم وجدوا طريقة جديدة للمساعدة في اكتشاف النفايات الفضائية أثناء إعادة الدخول. ويستخدم نهجهم أجهزة قياس الزلازل، وهي الأدوات التي تكتشف عادة الزلازل في الأرض.
تكمن الحيلة في البحث عن بيانات تشير إلى حدوث دوي صوتي – موجة الصدمة الناتجة عندما يتجاوز جسم ما سرعة الصوت – والتي يولدها الحطام المتساقط أثناء سقوطه عبر الغلاف الجوي.
قال بنجامين فرناندو، زميل أبحاث ما بعد الدكتوراه في جامعة جونز هوبكنز، الذي يدرس الزلازل على المريخ والأرض والكواكب الأخرى في نظامنا الشمسي: “لقد عرفنا منذ فترة طويلة أن الحطام الفضائي الذي يعود إلى الغلاف الجوي ينتج طفرات صوتية، تمامًا بنفس الطريقة التي تنتج بها النيازك الطبيعية أو الطائرات الأسرع من الصوت طفرات صوتية”.
وأضاف فرناندو، الذي شارك في تأليف ورقة بحثية مع كونستانتينوس شارالامبوس، زميل باحث في إمبريال كوليدج لندن، حول الطريقة الجديدة التي نشرت يوم الخميس في مجلة Science: “لقد قمت بالكثير من العمل في مهمة ناسا تسمى InSight، حيث حاولنا استخدام النيازك كمصادر زلزالية على المريخ، باستخدام مقياس زلازل واحد”.
واكتشفت مركبة الهبوط إنسايت، التي هبطت على سطح المريخ في عام 2018، أكثر من 1300 زلزال مريخي، نتجت حفنة منها عن اصطدام النيازك بالسطح، وليس عن طريق حركة الصخور داخل الكوكب. كان InSight قادرًا على “سماع” موجات الصدمة التي أنتجتها النيازك عند دخولها الغلاف الجوي الرقيق للمريخ ثم تحديد موقع الاصطدام. تم بعد ذلك تحليق مركبة Mars Reconnaissance Orbiter التابعة لناسا فوق هذه الحفر لدراستها وتصويرها، مما يكشف عن رؤى مهمة حول سطح الكوكب الأحمر.
وقال فرناندو: “كانت الخطوة الكبيرة في هذه الورقة هي اتخاذ بعض التقنيات التي طورناها لدراسة النيازك الطبيعية على الأرض والمريخ وتطبيقها على دراسة الحطام الفضائي على الأرض”.
وأضاف فرناندو: “لكن من نواحٍ عديدة، يختلف الحطام الفضائي تمامًا عن الأجسام الفضائية الطبيعية – فهو يميل إلى الدخول إلى الغلاف الجوي بشكل أبطأ وبزاوية أقل عمقًا. كما أنه يميل أيضًا إلى التفكك بطريقة أكثر تعقيدًا ويشكل بالفعل خطرًا أكبر بكثير على الأشخاص الموجودين على الأرض”.
توقعات مختلفة
ولاختبار طريقتهم، استخدم الباحثون إعادة الدخول غير المنضبط للمركبة الفضائية الصينية شنتشو-15، وهي مهمة عام 2022 إلى محطة تيانجونج الفضائية. وعادت الوحدة المدارية للمركبة الفضائية، التي يبلغ عرضها 3.5 قدم (حوالي متر واحد) وتزن أكثر من 1.5 طن، إلى الغلاف الجوي في أبريل 2024 فوق كاليفورنيا.
صاروخ لونج مارش-2إف، يحمل المركبة الفضائية شنتشو-15، في 21 نوفمبر 2022. – cnsphoto/رويترز
عندما احترقت المركبة الفضائية في الغلاف الجوي، وصلت الطفرات الصوتية التي أنتجتها إلى الأرض، مما أدى إلى خلق اهتزازات التقطتها أجهزة قياس الزلازل ولكنها لم تكن تشبه الزلازل. نظرت الدراسة إلى بيانات من 125 أداة من هذا النوع، باستخدام شدة القراءات لإعادة بناء مسار الجسم في السماء.
بالمقارنة مع توقعات قوة الفضاء الأمريكية باستخدام بيانات الرادار، أعادت طريقة الطفرة الصوتية مسارًا كان على بعد 25 ميلًا (40 كيلومترًا) جنوبًا. وقال فرناندو: “لم يتم انتشال أي شظايا من الحطام، لذا كل ما يمكننا قوله هو أننا نرى شيئًا مختلفًا عن توقعات القوة الفضائية”.
ويحتاج الباحثون الآن إلى مزيد من الاختبارات للتحقق من جدوى هذه الطريقة. وقال فرناندو: “هدفنا النهائي هو إنتاج أداة يمكننا دمجها في خط المراقبة المدنية”. وأضاف: “لنفترض أنك قلق من سقوط شيء ما من السماء فوق كاليفورنيا أو فوق لندن – سيكون لديك أداة، تعتمد على بيانات مفتوحة المصدر، والتي يمكن أن تساعدك في تحديد مكان حدوث ذلك وربما إعلام جهود التعافي”، في إشارة إلى البيانات من علماء الزلازل، والتي عادة ما تكون متاحة للجمهور.
وقال فرناندو إنه سيتم اكتشاف الطفرات الصوتية تلقائيًا، مما يسمح للناس بتتبع الحطام المتساقط في غضون ثوانٍ أو دقائق من بداية العودة وجمع بيانات مهمة حول موقع التلوث الجوي المحتمل. قد يستغرق تقدير موقع التأثير وقتًا أطول قليلًا لأنه سيتعين أخذ المتغيرات الأخرى مثل الرياح في الاعتبار، ولكن ستظل الأداة قادرة على اقتراح موقع بسرعة كافية لدعم الاستجابة السريعة.
واستشهد فرناندو بمثالين للمخاوف البيئية الناجمة عن سقوط الحطام. إحداهما هي عودة القمر الصناعي السوفييتي كوزموس 954 إلى الدخول عام 1978، مما أدى إلى نثر الحطام المشع فوق شمال كندا. وقال: “لم يتم استرداد معظمها مطلقًا”. “إنها لا تزال مشعة.”
والآخر هو انفجار صاروخ SpaceX Starship في أوائل عام 2025 فوق منطقة البحر الكاريبي، مما أثر على الطيران المدني وتناثر الحطام والمعادن الثقيلة في البيئات البحرية والمناطق السكنية.
تم رصد حطام صاروخ سبيس إكس الذي تم إطلاقه في تكساس فوق بورت أو برنس بهايتي في 16 يناير 2025. – تلفزيون رويترز
وأضاف: “الشيء الآخر الذي أصبحنا أكثر وعيًا به هو أن كل عمليات العودة إلى الغلاف الجوي هذه بدأت في تغيير تكوين الغلاف الجوي”. “الكثير من المواد الكيميائية الموجودة في المركبات الفضائية سامة للغاية. وبعضها لديه قدرة واضحة على استنفاد الأوزون. لذلك فهي مادة خطيرة للغاية، ولسنا متأكدين تمامًا من تأثيرها، لأن هذه لا تزال مشكلة جديدة نسبيًا”.
تطور جديد مثير
وأشار هيو لويس، أستاذ الملاحة الفضائية في جامعة برمنغهام في إنجلترا، إلى أن استخدام شبكة موجودة من أجهزة الاستشعار الزلزالية يجعل الطريقة الجديدة “تطورًا جديدًا مثيرًا وقابلاً للتطوير ومنخفض التكلفة”. لم يشارك لويس في البحث.
“إنه يصف نهجا يساعدنا على فهم ما يحدث عندما تعود مركبة فضائية أو مرحلة صاروخية إلى الغلاف الجوي – وهي عملية كان من الصعب للغاية مراقبتها وقياسها تاريخيا، بسبب القيود المفروضة على أنظمة الرادار الحالية المستخدمة لتتبع هذه الأجسام في المدار، وغالبا بسبب بعد موقع إعادة الدخول”، قال لويس في رسالة بالبريد الإلكتروني.
وقال موريبا جاه، أستاذ هندسة الطيران والميكانيكا الهندسية في جامعة تكساس في أوستن، إن استخدام الشبكات الزلزالية لاستخراج المعلومات من عمليات إعادة الدخول في الغلاف الجوي هو مثال جيد على كيفية إعادة استخدام البيانات “الصدفة”. وأشار جاه، الذي لم يشارك أيضًا في الدراسة، إلى أنه يمكن استخدام البيانات لمعرفة المزيد عن الأشياء التي يفقد العلماء مسارها خلال المرحلة الأكثر فوضوية من عودتهم إلى الأرض.
لكنه حذر من القيود المحتملة. وكتب جاه في رسالة بالبريد الإلكتروني: “تعتمد هذه الطريقة على موجات صدمية قوية، وهي في الأساس طفرات صوتية، تقترن بالأرض”. “العديد من الأجسام التي تدخل مرة أخرى تكون صغيرة جدًا أو تتحلل في مكان مرتفع جدًا في الغلاف الجوي بحيث لا يمكنها إنتاج إشارات كهذه على الإطلاق. لذلك لن تكتشف معظم الحطام، كما أنها ليست حلاً مستقلاً لمشكلة الحطام الفضائي”.
وقال إنه سيكون هناك أيضًا التحدي المتمثل في التمييز بين إشارات العودة الناتجة عن الحطام الفضائي وتلك التي تأتي من مصادر أخرى مثل الطائرات أو الانفجارات أو الظواهر الطبيعية. ومن خلال التحقق الدقيق والتكامل إلى جانب التتبع الراداري والبصري والأقمار الصناعية، يمكن أن تصبح هذه الطريقة “أداة تكميلية مفيدة بدلاً من كونها حلاً عالميًا”.
يعد تحسين جمع المعلومات حول الأجسام التي تعود إلى الغلاف الجوي أمرًا بالغ الأهمية، ليس فقط لعمليات التعافي في الوقت المناسب، ولكن أيضًا لبناء فهم أعمق لكيفية تأثير الأنشطة الفضائية على المجتمع على الأرض، وفقًا لما ذكره دافيد جوزيتي، الأستاذ المشارك في هندسة الطيران في جامعة أوبورن، والذي لم يشارك في الدراسة.
وقال جوزيتي في رسالة بالبريد الإلكتروني: “ما أجده رائعًا بشكل خاص هو أن هذه القياسات قد توفر أيضًا نظرة ثاقبة لديناميكيات التشظي التي تحدث أثناء إعادة الدخول، وليس فقط مسار العودة”. “باستخدام الأدوات المناسبة والوصول إلى البيانات الزلزالية، من السهل أن نتصور ظهور مشاريع علمية للمواطنين، حيث يساعد الناس في تتبع وتحديد الحطام من خلال الكشف عن الانفجارات الصوتية.”
قم بالتسجيل في النشرة الإخبارية للعلوم Wonder Theory على قناة CNN. استكشف الكون بأخبار الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.
لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية لـ CNN، قم بإنشاء حساب على CNN.com