يمكن لأجهزة استشعار الزلازل تتبع النفايات الفضائية التي تصطدم بالأرض

عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.

ما لا يقل عن ثلاث قطع كبيرة من الحطام الفضائي – الأقمار الصناعية القديمة ومراحل الصواريخ المستهلكة – تتساقط على الأرض كل يوم في المتوسط، لكن الباحثين ليس لديهم سوى فهم محدود للغاية حول مكان هبوط هذه الشظايا التي يحتمل أن تكون خطرة وما يحدث لها في الغلاف الجوي. هناك طريقة جديدة، تعتمد على تتبع الطفرة الصوتية بواسطة أجهزة استشعار الزلازل، يمكن أن توفر معلومات في الوقت الحقيقي حول مكان وجود شظايا الحطام المندفعة.

في نوفمبر 2022، إسبانيا وفرنسا إغلاق أجزاء من مجالها الجوي لمدة 40 دقيقة تقريبًا، حيث كان من المتوقع أن تتحطم قطعة عملاقة من صاروخ صيني في جنوب أوروبا. أدى الإغلاق إلى تحويل أو تأخير مئات الرحلات الجوية وكلف ملايين الدولارات. عاد جسم الصاروخ في النهاية إلى الجانب الآخر من الكرة الأرضية، إعادة الدخول عبر المحيط الهادئ.

أظهر الحادث مدى ضآلة ما يعرفه مراقبو الحركة الفضائية الحاليون عن سلوك الأشياء العائدة من المدار. ويمكن للطريقة الجديدة، التي طورها باحثون من جامعة جونز هوبكنز وكلية إمبريال كوليدج لندن، أن تساعدنا في التعامل بشكل أفضل مع المشكلة في المستقبل.

يتنبأ مجتمع الفضاء بمسارات إعادة الدخول الحطام الفضائي بناءً على قياسات من شبكة عالمية من الرادارات والبصريات التلسكوبات. وهذا النهج سليم، ولكن له حدود.

وقال المؤلف الرئيسي للدراسة بنجامين فرناندو، زميل ما بعد الدكتوراه في جامعة جونز هوبكنز، لموقع Space.com: “إن رادارات الوعي الظرفي الفضائي والتتبع البصري تكون رائعة عندما يكون الجسم في المدار”. “ولكن بمجرد أن تكون على ارتفاع أقل من بضع مئات من الكيلومترات، تصبح التفاعلات مع الغلاف الجوي فوضوية تمامًا، وليس من الواضح دائمًا أين ستدخل قطعة الحطام مرة أخرى.”

وأضاف فرناندو أن الرادارات الأرضية موزعة بشكل متناثر في جميع أنحاء العالم وتكافح من أجل مراقبة تفكك الجسم الفضائي العائد. علاوة على ذلك، فإن القياسات ليست متاحة على الفور لكل من قد يحتاج إليها.

على العكس من ذلك، فإن أجزاء كبيرة من الكرة الأرضية مملوءة بكثافة كبيرة بأجهزة استشعار زلزالية مصممة للكشف الزلازل، وهذه القياسات متاحة في الغالب بشكل علني عبر الإنترنت. وبالإضافة إلى الهزات الصادرة من داخل الكوكب، تكتشف هذه المستشعرات الانفجارات والاهتزازات المرورية وحتى الأصوات التي تصدرها الحيتان في المحيطات.

وفي الدراسة الجديدة، استخدم فرناندو وزملاؤه البيانات من أجهزة الاستشعار الزلزالية لإعادة بناء مسار الوحدة المدارية المنفصلة عن القمر الصناعي الصيني. شنتشو 17 كبسولة الطاقم وسقطت على الأرض في أبريل 2024.

وقال فرناندو إنه من المتوقع أن تنهار قطعة الخردة التي يبلغ وزنها 1.5 طن في جنوب المحيط الهادئ أو شمال المحيط الأطلسي. لكنه أضاف أن هذين التوقعين “كانا خاطئين تماما”.

وقام الباحثون بتحليل بيانات من 127 جهاز استشعار للزلازل منتشرة في جميع أنحاء كاليفورنيا لتمييز انتشار الطفرة الصوتية التي تنتجها وحدة شنتشو 17 أثناء اندفاعها عبر المنطقة. الغلاف الجوي للأرض بسرعة تصل إلى 30 مرة سرعة الصوت. لقد رأوا أنه يتحرك على بعد حوالي 25 ميلاً (40 كيلومترًا) شمال المسار الذي تنبأت به قيادة الفضاء الأمريكية، مع احتمال تحطم بعض الشظايا في مكان ما بين بيكرسفيلد، كاليفورنيا، ولاس فيغاس، نيفادا.

وقال فرناندو: “هناك 50 مليون شخص يعيشون تحت مسار الرحلة هذا”. “لا يبدو بالضرورة أن أي حطام وصل إلى السطح نتيجة لهذا الحدث، ولكن من الممكن أن يكون قد حدث.”

يقول فرناندو إنه على الرغم من أن البيانات لا يمكنها التنبؤ بمكان سقوط قطعة من الحطام الفضائي، إلا أنها يمكن أن تساعد في تتبع مواقع الارتطام بدقة، مما يسمح للفرق الأرضية باستعادة أي شظايا قد تكون سامة يمكن أن تشكل خطراً على البيئة.

وقال فرناندو: “إن الأجسام الأسرع من الصوت سوف تتفوق دائمًا على دوي الصوت الخاص بها”. “سوف تراه دائمًا قبل أن تسمعه. إذا كان سيضرب الأرض، فلا يمكننا فعل أي شيء حيال ذلك. لكن يمكننا محاولة تقليل الوقت الذي يستغرقه العثور على الأجزاء من أيام أو أسابيع إلى دقائق أو ساعات.”

وذكر حادثة وقعت عام 1978 عندما دخل قمر صناعي روسي مرة أخرى انفصلت عن كندا، ينثر الحطام المشع من مفاعله النووي الموجود على متنه. وأضاف فرناندو أنه لم يتم العثور على معظم تلك النفايات السامة.

قد تساعد طريقة التتبع الجديدة أيضًا في الإجابة على السؤال الكبير المجهول حول مقدار الحطام الفضائي الذي يصل فعليًا إلى سطح الأرض. على سبيل المثال، سبيس اكس يدعي أن الأقمار الصناعية في ستارلينك تتبخر الكوكبة العملاقة التي تبث الإنترنت تمامًا أثناء عودتها النارية، لكن العديد من الخبراء يشككون في هذا التقييم، مدعين أن بعض المكونات، مثل خزانات الوقود والبطاريات، مصنوعة من مواد قوية للغاية وبالتالي من المرجح أن تبقى على قيد الحياة. وجود فهم أفضل لكيفية تماما الأقمار الصناعية سيساعد احتراقها في الغلاف الجوي الخبراء على تقييم المخاطر التي تشكلها هذه الأجسام على الأشخاص والممتلكات على الأرض، وكذلك على الطائرات المبحرة بشكل أفضل.

“في هذه الدراسة، نظهر أن شبكة الزلازل الموجودة لدينا في الولايات المتحدة قادرة على تتبع المنطقة طفرات صوتية قال فرناندو: “من الحطام، مما يسمح لنا بتحديد المسار والسرعة وزاوية الهبوط وكذلك وصف بعض عمليات التفكك. هذا النوع من التحقيق التفصيلي لعملية إعادة الدخول مثير للاهتمام حقًا، لأنه يسمح لنا بفهم المزيد عن كيفية تفاعل الجسم مع الغلاف الجوي وما إذا كانت أي شظايا ستصل إلى الأرض أم لا”.

وقال فرناندو إن أجهزة الاستشعار الزلزالية المستخدمة في هذه الدراسة تحول الاهتزازات الأرضية إلى إشارات كهربائية يمكنها اكتشاف طفرات صوتية على مسافات تصل إلى عدة مئات من الأميال. لكن هناك نوعًا مختلفًا من شبكات الاستشعار، استنادًا إلى القياسات الصوتية، وهو ما قد يزيد من مدى وصول هذه الطريقة. وفي الدراسات المستقبلية، يريد الفريق تحليل مخرجات أجهزة الاستشعار الأخرى وربما تتبع الحطام الفضائي عبر مناطق أكبر.

وقال فرناندو: “تستشعر أجهزة الاستشعار الصوتية الأشياء على بعد آلاف الأميال”. “إنهم قادرون على التقاط إطلاق المركبة الفضائية صواريخ [from Texas] من ألاسكا. من المحتمل أن يتمكنوا من الاستماع فوق المحيط المفتوح لضوضاء إعادة الدخول، وهو ما سيكون أمرًا رائعًا لأنه لا توجد بيانات زلزالية وبيانات رادارية قليلة جدًا فوق المحيط. لذلك قد تدعي شركة SpaceX أن أقمار Starlink الصناعية تتلاشى فوق المحيط الهادئ، ولكن لا توجد طريقة للتحقق من ذلك فعليًا.

ونشرت الدراسة يوم الخميس (22 يناير) في المجلة علوم.